變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的運用探究

顧沛

摘 要：本文針對變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的運用，結(jié)合理論實踐，在簡要闡述變頻調(diào)速技術(shù)相關(guān)特性的基礎(chǔ)上，分析了變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制應(yīng)用的重要性，最后深入分析了變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的具體應(yīng)用，得出在電氣自動化控制中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)既能有效提高電氣自動化系統(tǒng)的運行效率，還能降低運行控制成本的結(jié)論。希望對相關(guān)單位有一定幫助。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；電氣自動化控制；結(jié)構(gòu)特性；運用研究

中圖分類號：TM921 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0080-02

1 變頻調(diào)速技術(shù)特性

變頻調(diào)速技術(shù)起源于德國，是一種基于直接轉(zhuǎn)矩控制理論的新型技術(shù)，主要原理是電壓逆變器在運行中，通過控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈之間形成的夾角而實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)矩的直接控制。具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、對電動機模型參數(shù)的要求比較小的優(yōu)點。近年來，隨著全球科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)愈發(fā)先進，將其應(yīng)用在電氣自動化控制系統(tǒng)中，可有效提高電氣自動化設(shè)備和儀器運行的穩(wěn)定性和可靠性。

變頻調(diào)速技術(shù)常用的電力元件為：晶閘管、絕緣柵雙極晶體管、集成門極換流晶閘管。

晶閘管其實就是一種四層三端大功率半導(dǎo)體器件，有三個PN結(jié)，為J1、J2、J3，具體工作過程圖如圖1所示：

圖1中A引出端為陽極，K引出端為陰極，G引出端為控制極也稱為門極，從中可以看出，晶閘管具有單向?qū)щ姾驼驅(qū)煽匦缘奶攸c，在具體應(yīng)用時要滿足兩個條件，A極和K極之間要加正向電壓，在G極和K極之間則要加正向的處罰電壓，同時需要有充分足的門極電流[1]。

絕緣柵雙極晶體管（IGBT），集金氧半場效晶體管和電力晶體管的優(yōu)點于一身，具有高輸入阻抗、開關(guān)速度快、驅(qū)動簡單、通態(tài)電壓低、可承受高電壓大電流等優(yōu)勢，因此，在變頻調(diào)速技術(shù)中有非常廣泛的應(yīng)用。

集成門極換流晶閘管（IGCT），屬于一種中壓、大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，是將門極驅(qū)動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一個整體。門極換流晶閘管GCT是基于GTO結(jié)構(gòu)的電力半導(dǎo)體器件。因此，IGCT不但具有GTO高阻斷能力的特點，而且還具有IGBT開關(guān)性能，是一種較為理想的開關(guān)器件。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化系中運用的重要性

變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價值，在工業(yè)領(lǐng)域中非常廣泛的應(yīng)用。電氣自動化進行控制的主要目標(biāo)是確保電氣設(shè)備能實現(xiàn)自動化運作。比如：某工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)制作過程中，受到諸多因素的影響，生產(chǎn)效率上比較低，難以滿足具體需求，自從應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)以后，有效改變了供給電動機的供電頻率和電機的轉(zhuǎn)速。電機的轉(zhuǎn)速通過公式：即可計算出，此公式中f表示供電的頻率，P表示電機的極對數(shù)，s表示滑差。通常情況情況，P和s屬于固定不變的數(shù)值，因此，通過提高f的數(shù)值，就可以打動改變電機轉(zhuǎn)速的目的，大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。所以，把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到電氣自動化控制系統(tǒng)中，能有效增強電氣自動化的控制力度，從而達到改變電氣自動化控制水平低、質(zhì)量不達標(biāo)的現(xiàn)狀，既有效保證了生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時還能促進國家社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的運用

3.1 選擇科學(xué)合理的PWM控制技術(shù)

PWM控制技術(shù)是變頻技術(shù)的核心，也是應(yīng)用電氣自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一項技術(shù)。所謂PWM控制技術(shù)就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。通過對逆變器電路開關(guān)器件的通斷進行全方位控制，促使輸出端可以獲得一系列有效完整的幅值相同但寬度不等的方波脈沖，然后通過這些相應(yīng)的脈沖來代替正弦波需要的波形，從而達到改變逆變電路輸出電壓的大小的目的。

通過不完全統(tǒng)計，目前約85%的工業(yè)企業(yè)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用了恒幅PWM型變頻電路，主要構(gòu)件包括：二級管整流器、濾波電容器、逆變器等。在具體應(yīng)用過程中，電力系統(tǒng)傳輸來的交流電壓通過二極管整流器整流后，即可得到恒定的直流電壓，然后把恒定的直流電壓輸入到逆變器中，通過改變逆變器的脈沖寬度和輸出交流電的具體頻率，即可實現(xiàn)在調(diào)壓和調(diào)頻。整流電路發(fā)生短路故障的概率非常高，因此，為避免短路故障對電力自動化系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行的影響，就需要通過一系列科學(xué)的方法來規(guī)模短路故障。選擇科學(xué)合理的PWM控制，并達到相應(yīng)的效果后，便可達到有效保證電路整體能安全可靠運行的目的。

3.2 變頻器的額定值和頻率指標(biāo)的確定

變頻器的額定值包括兩個方面，一方面是輸入測的額定值指的是電壓和相數(shù)，通常情況下，變頻器輸入指標(biāo)有以下幾種：第一種，國內(nèi)設(shè)備，采用三相380V/50Hz；第二種，國外進口設(shè)備，采用三相230V/50Hz或者60Hz；第三種，家用電器設(shè)備，采用三相220V/50Hz。輸入側(cè)額定值一般由生產(chǎn)廠家設(shè)定，且不能更改；另一方面為輸出側(cè)的額定值，包括：輸出電壓的最大值，指的是變頻器在進行變頻的同時也要進行變壓處理，通常情況下，輸出電壓的額定值即為輸出電壓的最大值。輸出電流的最大值，指的是允許長時間輸出的最大電流。輸出容量，輸出容量的具體數(shù)值為輸出最大電壓值和輸出最大電流值乘積的倍。配用電動機容量，指的是變頻器規(guī)定的配用電動機的容量，適合長時間連續(xù)負載運行。超載能力，指的是輸出電流超過額定值允許的范圍和時間，通常情況下，不超過變頻系數(shù)的150%。

變頻器頻率范圍的確定：變頻器頻率范圍是輸出頻率范圍為最高頻率和最低頻率的差，通常情況下，變頻器的用處不同頻率范圍也不盡相同，但最低不能低于0.1Hz，最高不能超過650Hz。頻率精度，指的是變頻器輸出頻率的精確度，通常用最大誤差和最低工作頻率的百分?jǐn)?shù)來表示。

3.3 磁通比較器和轉(zhuǎn)矩比較器的選擇

磁通比較器和轉(zhuǎn)矩比較器是變頻調(diào)速技術(shù)的主要構(gòu)成部分，其主要工作是把電氣自動化工作中的反饋值和參考值進行全方位對比，每隔10～20ms就進行一次對比，確保系統(tǒng)中磁場和轉(zhuǎn)矩時刻處于最佳的運行狀態(tài)。通過兩點式滯環(huán)調(diào)節(jié)器，可第一時間發(fā)生電氣自動化設(shè)備在運行中存在的問題，提示操作人員及時維護和糾正，避免安全隱患。

3.4 變頻器的安裝條件與抗干擾

變頻器屬于全晶體管設(shè)備，因此，對周圍環(huán)境有極高的要求，通常情況下，為保證變頻器能安全、高效、穩(wěn)定的運行，安裝環(huán)境要盡量滿足IEC標(biāo)準(zhǔn)的具體需求。因此，變頻器安裝場所要盡量滿足如下條件：電氣室內(nèi)通風(fēng)干燥，且沒有水浸入；無爆炸性、燃燒性、腐蝕性的氣體，風(fēng)塵要少；要有足夠的空間，確保維修和檢查能順利開展；要和易受變頻產(chǎn)生的高次諧波和無線電干擾影響的裝置相互隔離。

變頻器干擾其他設(shè)備的根本原因，是因為其輸入和輸出電流中具有高次諧波成分。如果干擾方式為感應(yīng)耦合方式，則可通過科學(xué)合理的布線或者通過相應(yīng)的屏蔽線來降低干擾程度；如果干擾方式為電路傳導(dǎo)，則要通過增大阻抗的方式來削弱。通常情況下，可通過串入一個小電感，起到抑制干擾的作用；如果干擾方式為空中輻射，則要通過吸收法來降低干擾。

4 結(jié)語

綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)屬于一種全新的技術(shù)，將其應(yīng)用在電氣自動化控制系統(tǒng)中，能有效保證降低生產(chǎn)能耗，同時還能保證生產(chǎn)的質(zhì)量和安全性，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。但我國對此方面的研究還有待進一步深入，需要相關(guān)人員不斷創(chuàng)新和完善，才能充分發(fā)揮變頻調(diào)速技術(shù)的作用和性能。

參考文獻

[1]王寶利.變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的運用探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（27）：3-4.