電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的有效運(yùn)用探究

袁光輝

摘 要：在電氣自動(dòng)化控制中，變頻調(diào)速技術(shù)擁有調(diào)速性能好，功率因數(shù)高，節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)，該技術(shù)的正確應(yīng)用滿足了工業(yè)電氣自動(dòng)化控制的需求。事實(shí)證明該技術(shù)在各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)中的運(yùn)用取得不錯(cuò)的效果，為更多的工業(yè)生產(chǎn)節(jié)省更多的人力資源，提高生產(chǎn)效率。本文圍繞電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的有效運(yùn)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化控制；變頻調(diào)速技術(shù)

隨著電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的日益發(fā)展成熟，該技術(shù)已成為工業(yè)領(lǐng)域中的核心技術(shù)之一。電氣自動(dòng)化控制涉及廣泛，包括信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。由于電氣自動(dòng)化控制的核心目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)施能夠自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，因此要更好的將工業(yè)電氣自動(dòng)化控制和變頻調(diào)速技術(shù)結(jié)合起來(lái)，并且在變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化節(jié)能的時(shí)候，還要根據(jù)具體的運(yùn)行情況進(jìn)行相應(yīng)的變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，進(jìn)而使得電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)際工作效率得到提升，促進(jìn)工業(yè)電氣自動(dòng)化的真正實(shí)現(xiàn)。

一、變頻調(diào)速技術(shù)簡(jiǎn)介

（一）基本原理

變頻調(diào)速技術(shù)的原理是電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率成正比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在電機(jī)控制過(guò)程中，改變電機(jī)工作電源的頻率就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，變頻器就是基于以上原理開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。該技術(shù)初始于20世紀(jì)70年代初，國(guó)外學(xué)者提出了相關(guān)的控制理論，對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的耦合問(wèn)題，用該理論解耦成功，并且，根據(jù)直流條件下的調(diào)速原理進(jìn)行矢量的變換，明顯的提高了交流調(diào)速的能力。在這個(gè)理論提出后，相關(guān)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了完善，一個(gè)德國(guó)的學(xué)者在研究電壓逆變器時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)子磁力鏈和定子磁力鏈進(jìn)行了角度控制，可以成功控制兩鏈之間的夾角，從而在控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其轉(zhuǎn)矩的直接控制。變頻調(diào)速技術(shù)效果比直流調(diào)速好，在可靠性方面，該技術(shù)性能也在日益提高，已經(jīng)大范圍的使用在工業(yè)電氣自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制、工業(yè)系統(tǒng)中，并且實(shí)用性更強(qiáng)。

（二）技術(shù)特征

首先，變頻調(diào)速技術(shù)具有造價(jià)低廉、生產(chǎn)效率較高的特點(diǎn)，如今的變頻調(diào)速器所使用的所有零部件大都采用生產(chǎn)效率較高的工藝制造而成，例如低K制造工藝等，新型生產(chǎn)技術(shù)的引入能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)備生產(chǎn)，同時(shí)降低了其原有的生產(chǎn)成本；其次，為更好的滿足不同工業(yè)領(lǐng)域需求，變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程中的通用性，避免了不同地區(qū)、不同領(lǐng)域必須使用不同型號(hào)變頻設(shè)備的繁瑣，同時(shí)提高了變頻調(diào)速技術(shù)的可推廣性；最后，目前市面上較為常見(jiàn)的幾類(lèi)變頻調(diào)速器性能仍處于逐步優(yōu)化之中，以獨(dú)立式變頻調(diào)速器為例，其可以實(shí)現(xiàn)整流單元與逆變單元的一體化安置，大大提升了設(shè)備使用的便捷性，因而也得到了工業(yè)電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可。

二、電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的有效運(yùn)用

（一）自適應(yīng)電機(jī)模型模塊的應(yīng)用

變頻調(diào)速對(duì)電機(jī)的自動(dòng)化適應(yīng)也即自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元，在實(shí)際使用過(guò)程中，自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)輸入電流（Ii）及實(shí)時(shí)輸入電壓（Ui）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所獲得的數(shù)值可用來(lái)確定相應(yīng)電動(dòng)機(jī)的設(shè)備參數(shù)。這些參數(shù)的獲得對(duì)于后期的轉(zhuǎn)矩控制發(fā)揮著十分重要的作用，通常情況下，變頻調(diào)速器能夠與其所控制的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)直接關(guān)聯(lián)，從而實(shí)施轉(zhuǎn)矩控制。除此之外，還可通過(guò)工業(yè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中不同的精度采取相應(yīng)的控制措施，并依據(jù)具體情況實(shí)施轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

（二）脈沖優(yōu)化選擇器的運(yùn)用

運(yùn)用過(guò)程中，多采用的是CycloneIIEP2C5Q208C8芯片對(duì)信息加以處理，并對(duì)OFDM調(diào)制信號(hào)源進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)五大模塊所構(gòu)成的電路進(jìn)行編寫(xiě)，以便實(shí)現(xiàn)各自對(duì)應(yīng)的功能，如星座映射、緩沖模塊、FFT、D/A、插入循環(huán)前綴等功能。對(duì)此類(lèi)模塊功能加以驗(yàn)證時(shí)，需要利用OFDM信號(hào)源，對(duì)驗(yàn)證加以仿真。最后，需要OFDM信號(hào)源進(jìn)行設(shè)計(jì)，如軟件仿真、驗(yàn)證FPGA硬件等。應(yīng)注意的是，電解電容器容量離散性極強(qiáng)，可能造成承受電壓不相等等一系列問(wèn)題，通常采用在電容旁分別并聯(lián)阻值相同的均壓電阻的方法來(lái)解決。此外，為避免整流電路被燒毀，還需要對(duì)浪涌電流進(jìn)行抑制，以保證電路運(yùn)行過(guò)程的可靠性。

（三）轉(zhuǎn)矩與磁通比較器的作用

轉(zhuǎn)矩與磁通比較器的主要作用是將反饋信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行周期性對(duì)比，并在此之后通過(guò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)矩或者磁場(chǎng)狀態(tài)輸出，輸出的信號(hào)中可以分析得到轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)狀態(tài)與磁場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為后續(xù)采取何種方式控制提供數(shù)據(jù)參考。

三、電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)用實(shí)例

本文結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控機(jī)床節(jié)能改造中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析。由于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床所需消耗的電能很多，不利于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗，導(dǎo)致企業(yè)電能消耗開(kāi)支巨大，而且造成了不必要的能源浪費(fèi)。為了提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，數(shù)控機(jī)床操作人員通常采用的是工頻運(yùn)行方式，雖然取得了一定效果，但也存在諸多問(wèn)題，如齒輪主軸速度可選范圍大，齒輪變速式主軸有30段速度可供選擇，尤其是恒線速度因而難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制。借助于變頻調(diào)速技術(shù)，避免了傳統(tǒng)工頻技術(shù)存在的問(wèn)題，重點(diǎn)針對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、功能加以改造，優(yōu)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，節(jié)約了所需要的金屬材料，簡(jiǎn)化了操作，降低了機(jī)械損耗程度與維修次數(shù)，進(jìn)一步拓展了數(shù)控機(jī)床的控制范圍，提高了控制精度和效率。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)及其他領(lǐng)域電氣自動(dòng)化控制中具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。借助于變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效提高電氣自動(dòng)化控制效果及質(zhì)量，提高電氣自動(dòng)化控制的精度，與此同時(shí)，還有效精簡(jiǎn)了控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減耗的目的。

參考文獻(xiàn)：

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