1.1煤矿空气压缩机系统概述
在传统的煤矿井下岩石巷道掘进中，使用以压缩空气为动力的凿岩机钻孔，火药爆破碎岩,耙斗装岩机装车的生产工艺。因此空气压缩机也是煤矿主要生产设备之一。空气压缩机站可以设在井上或井下，设置在井上的空气压缩机站，可以选用通用型电气控制设备，在井下的空气压缩机站，一般设置在有新鲜风流通过的井底车场内，按《煤矿安全规程》的规定，在这种场合可以选用”矿用一般型”电气设备。
附表 谋矿常用压缩机型号及规格
型 号 3L-10/8 4L-20/8 5L-40/8 EP200
类 型 往复式 往复式 往复式 螺杆式
排气量(M5/MIN) 10 20 40 20
排气压力(MPA) 0.8 0.8 0.8 0.86
电机功率(KW) 75 130 250 138
电机类型 绕线式 绕线式 同步电机 鼠笼型
煤矿常用的空气压缩机有往复式(活塞式)和螺杆式;常用压缩机型号和主要技术数据见附表。
空气压缩机出厂时配套的排气压力调节装置,多数为关闭进气管式压力调节器，其工作原理是当储气罐(风包)内空气压力超过设定压力(0.815MPA)时，压缩机进气管上碟阀自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态。当储气罐内空气压力低于设定压力(0.77MPA)时，压缩机进气管碟阀自动开启，压缩机又进入满载工作状态。空气压缩机的排气量和压力，在运转中也不是不变的,常因所使用风动机械和风动工具的台数多少而变化，所以空气压缩机工作时总是在重复满载-卸荷工作方式.满载时的工作电流接近电动机的额定电流;卸荷时的空转电流约为30-50%电动机额定电流;这部分电流不是做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗.这种机械式调节装置虽然也能起到压力调节作用,但是压力调节精度低，压力波动大;压缩机总是在额定转速下工作，机械磨损大、电耗高。
根据空气压缩理论、压缩机的轴功率、排气量和轴转速符合下列公司：
N= （MR×N）/9553（KW） VD1=K×VH1×N2（M5/MIN）
式中：N2—压缩机轴功率,(KW)；
M—压缩机输入的平均轴扭矩,(N.M)；
N—压缩机轴转速,(R/MIN)；
K—与汽缸容积、压力、温度和泄漏有关的系数；
N2—调节后的压缩机转速，(R/MIN)；
VH1—一级缸容积，（M5）；
VD1—在N2转速下的排气量，（M5/MIN）。
根据上述理论分析，在空气压缩机的汽缸容积不能改变的条件下，只有调节压缩机的转速能改变排气量；空气压缩机是恒转矩负载，压缩机轴功率与转速呈正比变化；在压缩机总排气量大于风动工具用气量时，通过降低压缩机转速调节供风压力，是达到压缩机经济运行的有效方法。在可以选用的压缩机变极电动机、改变皮带轮传动比、串极调速等调速方法中，变频调速与其它调速方法相比，具有无极调速、容易实现自动控制、不用改变设备结构和安装量小的特点。
变频调速的优点是压力给定方便，根据用气量的变化随时调整设定值，能够实现压力死循环运行，实现压缩空气的恒压供应。
1.2空气压缩机选用变频器时的有关要求
空气压缩机属于恒转矩类负载；压缩机选用变频器拖动的主要目的是按需要的用风量，合理调节供气压力的设定值，实现稳压节能运行。按配套电动机额定功率选用相同容量的恒转矩变频器。变频器要有内置PID调节功能和4～20MA或0～10V模拟信号接口；使用地点的电压变动率要在变频器允许输入电压范围内。
1.3应用举例
某矿地面空气压缩机站安装3台EP200型螺杆喷油式空气压缩机，额定排气量20M3/MIN、排气压力0.8MPA，配用电动机功率138KW/ 380V，配套Y-Δ启动箱；设计为两台工作一台备用。实际运行中，最大用气量期间，需要两台压缩机运行，排气压力0.68MPA.用风量最小期间,一台压缩机运行。
按矿方要求我们选用易驱公司产品ED2003-4T0750M型,恒转矩类通用变频器一台,并利用变频器的可编程继电器,组成一台变频器控制两台压缩机的恒压自动供气系统.控制系统框图见图1所示；变频器ED2003控制1#空气压缩机；压力变送器安装在总排风管上，回馈输出4～20MA信号接入配电器PD,经PD输出两路4～20MA信号，一路去数显压力表，另一路做为回馈信号接入变频器电流输入口AI2;变频器输出继电器AO1、AO2通过转换开关接2#、3#压缩机控制箱的运行、停止回路；变频控制设计有自动、手动两种工作方式，通过选择开关SA转换；选择手动控制方式时，通过电位器RS给定频率，人工调节供风压力；选择自动运行时，通过键盘设定供风压力，变频器内的PI调节器随时检测和比较回馈压力和设定压力，实现压力死循环调节；当回馈压力大于设定压力时，驱动压缩机减速，使供风压力趋于设定压力；当回馈压力小于设定压力时，驱动压缩机增速，使供风压力趋向设定值；当变频器输出频率达到50HZ时，供风压力仍然小于设定压力时，继电器AO1启动2#（或3#）压缩机，保持系统压力恒定。用风量减少时，变频器降低输出频率，当频率低于下限频率时，继电器AO2停止2#（或3#）压缩机；通过死循环控制实现系统恒压控制。
按上述要求设计的压缩机变频调速系统，充分的运用了易驱变频器的可编程控制功能，节省了一台可编程控制器和调节器；实现用最少的控制组件，达到恒压供气的目的。
图1 压缩机恒压供气控制框图
压缩机变频改造后运行平稳，工作压力设定为0.68MPA,由变频器控制1#、2#空气压缩机自动运行；实测日耗电量：改造前3941KWH，改造后3468KWH；年节约电量156090KWH，年节约电费85849.5元;投入回收期1.5年。
设备改造后实现了供风压力死循环控制,减少了压缩机启停次数,减轻操作人员劳动强度;降低了耗电量和机械磨损,延长了机械使用寿命。