工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的整合應(yīng)用分析

運(yùn)廣超

【摘 ?要】工業(yè)在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中仍然扮演著發(fā)動(dòng)機(jī)的角色，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了巨大的作用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，提高效率、減少成本一直是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)中亙古不變的話題，也是一直以來(lái)我國(guó)工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，圍繞此目標(biāo)需要不斷的進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新和管理模式的升級(jí)，所以變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)能夠最大限度的提高工業(yè)生產(chǎn)效率，而且能夠相應(yīng)的降低成本，但是在當(dāng)前的變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，還存在一些問(wèn)題。本文則據(jù)此展開(kāi)分析。

【關(guān)鍵詞】工業(yè);電氣自動(dòng)化;變頻調(diào)速技術(shù);應(yīng)用

引言

變頻調(diào)速技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是運(yùn)用矢量控制理論，進(jìn)行矢量變換。根據(jù)逆變器的電壓，在電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中對(duì)電子磁點(diǎn)和轉(zhuǎn)子磁點(diǎn)進(jìn)行有效的控制，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，能夠增加電機(jī)的穩(wěn)定性和頻率。這種方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，對(duì)電機(jī)的要求標(biāo)準(zhǔn)也非常低，應(yīng)用前景極為廣闊。所以，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)不僅僅是技術(shù)不斷創(chuàng)新的結(jié)果，更是工業(yè)發(fā)展的必然要求和趨勢(shì)。

1變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)分析

1.1變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

第一，變頻調(diào)速技術(shù)的電機(jī)啟動(dòng)沖擊比較小，一般來(lái)說(shuō)大功率電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的一瞬間會(huì)產(chǎn)生非常大的電流。這種電流不僅僅會(huì)影響電機(jī)的使用壽命，還會(huì)對(duì)電網(wǎng)形成巨大的沖擊，有可能會(huì)導(dǎo)致整體電源穩(wěn)定性受到突然的波動(dòng)的沖擊，影響在該電網(wǎng)中的其他設(shè)備正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)則能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。在電機(jī)剛剛啟動(dòng)時(shí)，減小電源的頻率，經(jīng)過(guò)一個(gè)緩沖期之后，再將電源頻率調(diào)高，形成一個(gè)緩慢上升的過(guò)度階段，也就能有效的保護(hù)電源和電機(jī)。第二就是有效解決電能。一般來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠依據(jù)各個(gè)時(shí)段的電機(jī)需求對(duì)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)控。這就保證了電機(jī)的能源消耗能夠根據(jù)需求來(lái)調(diào)整，能夠有效的節(jié)約電力資源成本。第三，電機(jī)調(diào)速性能相對(duì)較好?？傮w來(lái)說(shuō)變頻調(diào)速技術(shù)具有調(diào)速范圍非常廣、調(diào)速過(guò)程平緩、調(diào)速動(dòng)態(tài)反應(yīng)非?？斓奶攸c(diǎn)，非常適合各種功率的電機(jī)以及各種場(chǎng)合的調(diào)速。包括提升機(jī)、生活水泵、電動(dòng)汽車(chē)、消防泵等對(duì)于調(diào)速的精度和速度要求都比較高的設(shè)施和場(chǎng)合。第四就是電源的適應(yīng)性非常強(qiáng)。變頻調(diào)速技術(shù)的適應(yīng)電壓能夠在5%到10%的變動(dòng)范圍內(nèi)運(yùn)行。一旦出現(xiàn)電網(wǎng)的電壓驟降情況，也不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象，變頻器能夠在5個(gè)運(yùn)行周期當(dāng)中進(jìn)行正常運(yùn)行。

1.2變頻調(diào)速技術(shù)的劣勢(shì)

第一個(gè)就是設(shè)備的投入成本比較高。這也是很多高新技術(shù)應(yīng)用的普遍缺點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，變頻調(diào)速技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用到的一些組件和技術(shù)都非常難以生產(chǎn)和制作。比如IGBT模塊，這種功率器件成本高而且抗壓能力非常有限，難以在10千瓦等級(jí)的高壓狀態(tài)下正常工作。這種情況下，如果想要進(jìn)行大容量，高電壓的變頻調(diào)速，就應(yīng)該借助變壓器的幫助，對(duì)電源進(jìn)行降壓和升壓的調(diào)控，這樣才能夠保證正常運(yùn)行。第二個(gè)缺點(diǎn)就是變頻調(diào)速技術(shù)極有可能會(huì)產(chǎn)生諧波。因?yàn)樽冾l調(diào)速器采用的普通移相整流技術(shù)，會(huì)產(chǎn)生波形畸變。當(dāng)然，該缺點(diǎn)也能夠進(jìn)行一定的彌補(bǔ)，就是在變頻器內(nèi)部進(jìn)行輸入輸出濾波器的設(shè)置，對(duì)于產(chǎn)生的諧波進(jìn)行一個(gè)過(guò)濾和消除。

2變頻調(diào)速技術(shù)的核心技術(shù)

第一，矢量控制技術(shù)。矢量控制技術(shù)的基本原理就是基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向作用，采用矢量變換的方法解藕定子電流的轉(zhuǎn)取分量和激勵(lì)分量。這種設(shè)備的主要優(yōu)勢(shì)就是能夠非常便捷快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)于電流和交流電動(dòng)機(jī)磁通量的分別控制，這種分別控制能夠大幅度的提高電機(jī)的性能。第二種是數(shù)字控制技術(shù)。數(shù)字控制技術(shù)是變頻調(diào)速技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)。因?yàn)閿?shù)字控制技術(shù)的控制精度極高、運(yùn)算速度也非?？?。對(duì)于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的效率和性能有極大的提升。而且在提升當(dāng)中并沒(méi)有增加運(yùn)行的噪音和一些其他故障。除此之外，數(shù)字控制技術(shù)的變頻器擁有很小的體積，不會(huì)占用過(guò)多的空間和位置。相比于傳統(tǒng)的矢量控制來(lái)說(shuō)有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。第三就是直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。這種技術(shù)和矢量控制技術(shù)相比來(lái)說(shuō)，性能得到了大幅度的提升，該技術(shù)采用的原理是電子磁場(chǎng)定向，能夠直接實(shí)現(xiàn)電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)距優(yōu)化，不需要進(jìn)行一些電流和轉(zhuǎn)矩分量的解藕。

3變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用

3.1應(yīng)用到工業(yè)電器行業(yè)的自動(dòng)控制當(dāng)中

常規(guī)電器行業(yè)的自動(dòng)化控制工作中，需要投入很多的資源。在工作時(shí)，工作人員和機(jī)器設(shè)備需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)和組合，但是實(shí)際情況是協(xié)調(diào)和組合的作用和效果并不好，導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)的工作秩序異常混亂，并且各種聲音非常嘈雜。除此之外，電氣行業(yè)的自動(dòng)化控制工作中，會(huì)涉及到非常多復(fù)雜的儀器和設(shè)備，各種儀器和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生各種各樣的電磁波，這種電磁波的交叉和重疊會(huì)導(dǎo)致一系列故障。有時(shí)不僅僅會(huì)對(duì)本身產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)其他機(jī)器造成很大的影響。所以將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用其中，不僅僅能夠保證整體的自動(dòng)化控制系統(tǒng)有序工作和運(yùn)行，減少人工的參與，還能夠大幅度的降低電磁波和噪音，保障系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，使得各個(gè)部分和設(shè)備都能夠安全的工作。

3.2應(yīng)用到電氣自動(dòng)化控制的相關(guān)發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中

要想實(shí)現(xiàn)工業(yè)電器自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行，必須有強(qiáng)大的能源支持。在這種情況下，如果過(guò)于依賴(lài)外界的能源提供，對(duì)于一系列相關(guān)資源的浪費(fèi)是極為巨大的，而且對(duì)于企業(yè)的整體發(fā)展也會(huì)造成資金上的問(wèn)題和困擾。另外，由于大部分電器自動(dòng)化控制系統(tǒng)都有匹配的發(fā)電系統(tǒng)，而且這種發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行非常復(fù)雜，實(shí)際工作起來(lái)出現(xiàn)的問(wèn)題很多。比如，一旦電流的運(yùn)輸位置發(fā)生誤差，很可能會(huì)出現(xiàn)電流事故。如果能夠?qū)⒆冾l調(diào)控技術(shù)應(yīng)用到其中，便民調(diào)控系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行電流和電壓的電控，根據(jù)需求、機(jī)器的承載能力，以及實(shí)際情況進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)控。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于各種資源有一個(gè)科學(xué)合理的安排，也能夠盡可能的發(fā)揮出自動(dòng)化控制技術(shù)的作用。

3.3變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)力應(yīng)用

在實(shí)際的工程應(yīng)用當(dāng)中，將變頻調(diào)試技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。主要研究在改造數(shù)控機(jī)床節(jié)能效果的工程當(dāng)中，使用變頻技術(shù)的效果。第一，該數(shù)控機(jī)床在項(xiàng)目改造之前，驅(qū)動(dòng)率為50千瓦，機(jī)床的速度是16000轉(zhuǎn)每分鐘。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床工程項(xiàng)目需要消耗非常多的電力能源，所以企業(yè)為了解決能源問(wèn)題，盡可能的提高效益，都會(huì)采用工頻運(yùn)行方式，該運(yùn)行方式在一定程度上確實(shí)能夠節(jié)約一定的成本，但是在其他方面比如效率上卻存在諸多不足，所以應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，完全能夠再不出現(xiàn)其他問(wèn)題的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)成本的降低和效益的提高。第二，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床工程中的橫線速度設(shè)計(jì)方案存在許多不足，也會(huì)出現(xiàn)很多故障，甚至需要對(duì)離合器進(jìn)行經(jīng)常性的檢修，這會(huì)形成巨大的檢修和維護(hù)成本，還會(huì)降低生產(chǎn)效率。第三，對(duì)直流型主軸進(jìn)行無(wú)極調(diào)速需要非常復(fù)雜的維護(hù)和檢修工作，而且最高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)也會(huì)受到各種各樣因素的影響，很難產(chǎn)生滿意的效果，而如果應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，則能夠大大提高工作效率，改善效果。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)能夠極大的提升工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，而且不僅僅是單純的提升效率，在提升效率的同時(shí)并沒(méi)有造成資源消耗的增加和成本支出的上升。但是在目前還存在一些應(yīng)用問(wèn)題，所以相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的研究，從而全方位提升工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。

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（作者單位：沈陽(yáng)遠(yuǎn)大智能高科機(jī)器人有限公司）