芻議工業(yè)電氣自動化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：電力傳送具有復雜的特性，電動機頻繁正、反向運行，經(jīng)常處于電動、制動不斷轉(zhuǎn)換和過負荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，其可靠性和安全性非常重要，變頻調(diào)速是電動機調(diào)速節(jié)能的主要技術(shù)，并且在電氣自動化控制中具有廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)電氣自動化；變頻調(diào)速；應(yīng)用

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0060-01

德國學者Blaschke于20世紀70年代提出矢量控制理論，這一理論的提出使交流電動機實現(xiàn)了解耦，并能夠進行矢量的變換，促進交流調(diào)速動、靜態(tài)性能達到直流調(diào)速的水平。80年代，德國學者Depenbrock接著提出直接轉(zhuǎn)矩控制原理，從而減少了在矢量的控制較為繁瑣的坐標的控制的變換。這種方法是電壓型逆變器的工作過程中，控制住轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈間的夾角，完成對電動機轉(zhuǎn)矩的直接控制。該種控制方法比較簡單且易于操作，而且對電動機模型的參數(shù)沒有太大的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，使控制的效果好于直流調(diào)速，而且變頻調(diào)速的可靠性也在不斷的提高，實用性較強，其在工業(yè)電氣自動化中有著廣泛的應(yīng)用，是科學技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

1 變頻器的節(jié)能原理及常用功能

1.1 變頻器的節(jié)能原理

①變頻調(diào)速節(jié)能。根據(jù)水泵工作的原理，流量和轉(zhuǎn)速的一次方是成正比的，功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比，揚程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，即水泵的效率保持一定，當調(diào)節(jié)流量下降，轉(zhuǎn)速也成比例下降，此時功率成立方關(guān)系降低。

②功率因數(shù)補償功能。無功功率容易導致設(shè)備發(fā)熱和增加線損，功率因數(shù)降低會使有功功率降低，導致大量電能消耗，降低了設(shè)備的使用效率，浪費嚴重。裝置變頻調(diào)速器能夠提高功率因數(shù)，減少無功損耗。

③軟啟動節(jié)能。電機一般為Y/D啟動或直接啟動，其中啟動電流相當于額定電流的4～7倍，這既需要較高的電容量，也容易影響電機使用壽命。變頻器能夠利用軟啟動的方式使啟動電流極大降低，降低了電容量的要求，減輕了對電網(wǎng)的沖擊，延長設(shè)備壽命。

1.2 變頻器的常用功能

①過載保護功能。該功能能夠有效保護電動機使其不易被燒壞。電機在低額運行的時候其較差的散熱性導致電機發(fā)熱嚴重，溫度升高超過額定值。變頻器具有電子熱保護的功能，其中在不同運行的頻率下有著相應(yīng)的保護曲線，運行頻率越低，連續(xù)運行的時間就越短，對電動機進行有效保護。

②升速功能。變頻器的升速其實就是從一種穩(wěn)定的狀態(tài)到另一種穩(wěn)定的狀態(tài)，一般情況下，在保證電流低于額定電流的情況下，盡量降低升速時間。其中常見的升速方式有：S形方式、半S形方式、頻率和時間呈線性關(guān)系。當然需要根據(jù)具體的情況選擇合適的升速方式。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)特征

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用變頻調(diào)速的技術(shù)能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要，變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過長時間的研發(fā)和實踐而形成，具有顯著的特征，影響著工業(yè)領(lǐng)域成長和發(fā)展。變頻調(diào)速器中所使用的全部Cyclonell器件運用的都是300 mm晶圓，并且采用低K工藝和TSM90 nm技術(shù)而制造，從而加快了制造速度，提高生產(chǎn)效率，并且節(jié)約了成本，降低了生產(chǎn)造價。這種技術(shù)在設(shè)計時使用的的是最小化硅區(qū)，在具有復雜性的數(shù)字系統(tǒng)中，一個芯片就可以了，所花費的成本僅僅相當于一個專用的集成電路成本。這樣既降低了成本，還可以達到使用的要求。高性能的通用變頻器的主要目的就是滿足不同工程的需求，其硬件結(jié)構(gòu)通常包括帶能量回饋單元變頻器、公共直流母線式變頻器、獨立式變頻器。特別是獨立式變頻器應(yīng)用較為廣泛，它能夠逆變單元和整流單元共同放在同一個機殼里，并且效果十分不錯。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀80年代，是隨著科學技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，該技術(shù)的出現(xiàn)使工業(yè)生產(chǎn)進入全新的時期，為人類生產(chǎn)力的提高起到了巨大的推動作用。

變頻調(diào)速技術(shù)主要由以下幾個部件組成，其中每個部件都發(fā)揮著各自的功能并有著重要的作用。

①自適應(yīng)電動機模型單元。這個單元是重要的組成部件，在具體的應(yīng)用中，它主要的作用是對輸入電動機的電流和電壓進行檢測，從而來識別電動機的基本參數(shù)。根據(jù)這種電動機的模型來說，它有著十分重要的作用，而且是進行轉(zhuǎn)矩直接控制的關(guān)鍵單元。變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的時候，一般情況下當轉(zhuǎn)速控制精度大于0.5%的時候，可以運用閉環(huán)轉(zhuǎn)速來反饋，最后達到應(yīng)用的要求。

②轉(zhuǎn)矩和磁通比較器。兩種比較器就是將參考值和反饋值分別對比，每20 ms進行一次比較。在對比完成之后，利用滯換調(diào)節(jié)器的功能來輸出磁場狀態(tài)或者轉(zhuǎn)矩，然后就能夠及時的掌握磁場狀態(tài)和轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，從而為采取針對性的措施提供重要依據(jù)。

③脈沖優(yōu)化選擇器。一般情況下選擇CyclonellEP2C5Q208

C8芯片來對信息進行處理，完成選擇之后，需要設(shè)計OFDM信號源，同時還要編寫由5個模塊所組成的電路，每個模塊具有不同的功能，其中包括D/A功能、緩沖模塊、插入循環(huán)前綴、FFT、星座映射?？梢允褂肙FDM信號源仿真驗證的方式對這些模塊的功能進行驗證。接下來的工作就是完成OFDM信號源的設(shè)計，工作內(nèi)容為FPGA硬件驗證和軟件仿真驗證。一定要認識到電解電容器的容量本身具有強烈的離散性，這種特性的存在很可能會造成他們承受著不相等的電壓狀況，從而對整個系統(tǒng)造成不利的影響，這時就需要采取一定的措施對這種狀況進行必要的改進和優(yōu)化，最后將離散性可能造成的不利影響消除。常用處理方法：在電容旁各并聯(lián)一個相等阻值的均壓電阻。此外，為了保護整流電路的安全以防止被燒毀，可以在電路中增加抑制浪涌電流的方法。

3 確保變頻器正常運行的預防措施

變頻器的不正確使用容易使變頻器發(fā)生故障或影響使用效果，為了確保變頻器的正常發(fā)揮功能需要掌握科學的預防措施。

針對外部電磁感應(yīng)的干擾，可以采取縮短控制回路配線的距離，并與主線分離。變頻器應(yīng)該按照規(guī)定來接端子，不可以同動力接地、電焊混用。安裝噪聲過濾器，以防止干擾；針對環(huán)境問題，按照要求安裝空調(diào)或采取一些避免陽光直射，對某些振動沖擊大的情況，可以應(yīng)用橡膠等減震方法，此外還要定期的檢查變頻器的冷卻風扇及空氣過濾器；最后，一定要特別注意選擇正規(guī)廠家的變頻器產(chǎn)品，規(guī)范對變頻器的日常保養(yǎng)，由專人對變頻器的日常使用和維修負責，加強對變頻器設(shè)備的操作和管理人員的培訓，對維修人員的專業(yè)節(jié)能深入或系統(tǒng)的培訓，確保變頻設(shè)備正常運行。

4 結(jié) 語

目前有很多生產(chǎn)領(lǐng)域都裝置了變頻調(diào)速器，有效地滿足了生產(chǎn)中降低能耗的要求，在保證生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，其為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟效益。調(diào)速器的設(shè)計應(yīng)該根據(jù)實際要求將調(diào)速器的作用和功能不斷地創(chuàng)新和完善，為工業(yè)電氣自動化提供具有優(yōu)秀節(jié)能價值的高質(zhì)量變頻調(diào)速器，既起到了節(jié)能作用，又達到了改善工藝條件的要求。

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