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

許長(zhǎng)濤

【摘 ?要】工業(yè)作為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)繁榮起到了重要的作用。提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低能源消耗會(huì)顯著提高工業(yè)企業(yè)的利潤(rùn)和技術(shù)附加值，實(shí)現(xiàn)工業(yè)的健康綠色發(fā)展。利用變頻調(diào)速技術(shù)，能有效提高工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率，降低電能消耗，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電網(wǎng)適應(yīng)性，在整體上提升了工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的性能和可靠性。本文只要分析工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

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

中圖分類號(hào)：TM921 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

隨著現(xiàn)代控制技術(shù)與生產(chǎn)需求的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，而集成電路技術(shù)與微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，為交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)與技術(shù)條件，變頻技術(shù)的功率因數(shù)高，調(diào)速性能也比較良好，在未來的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備中應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

1、變頻調(diào)速技術(shù)的原理

變頻技術(shù)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)，根據(jù)其工作的具體要求，主要運(yùn)用了磁極對(duì)數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源之間的關(guān)系，可以將其定義概括為，式中的 n 代表電動(dòng)機(jī)運(yùn)作的速度，f 代表電機(jī)輸出的頻率，p 為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)在工作過程中，主要通過編寫程序控制它的轉(zhuǎn)速與電源，以達(dá)到改變工作頻率，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的目標(biāo)。變頻調(diào)速技術(shù)主要包括自適應(yīng)電機(jī)模型、脈沖優(yōu)化選擇器以及比較器等三部分構(gòu)成，自適應(yīng)電機(jī)的模型主要功能是對(duì)電動(dòng)機(jī)工作的電壓、電流進(jìn)行控制，以達(dá)到識(shí)別電機(jī)工作性質(zhì)的目的，從而能夠有效控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，脈沖優(yōu)化選擇器是根據(jù)電機(jī)工作范圍來選擇合適的工作信號(hào)，并在工作時(shí)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行緩沖，使得在不同范圍的功能模塊能夠按照既定的功能工作，比較器模型主要是對(duì)轉(zhuǎn)矩與磁通的功能數(shù)值與正常情況進(jìn)行比較，一般情況下，每隔 20s 比較一次，然后，通過比較的結(jié)果來判斷調(diào)節(jié)器的輸出或者磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)電氣設(shè)備的變頻調(diào)速控制。

2、變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 電機(jī)啟動(dòng)沖擊小

大功率電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間，啟動(dòng)電流過大，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)大啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)沖擊影響很大，會(huì)導(dǎo)致電源電壓突然波動(dòng)，影響同一電網(wǎng)內(nèi)其它負(fù)荷設(shè)備的正常工作。利用變頻調(diào)速技術(shù)，通過對(duì)電機(jī)啟動(dòng)頻率的控制，能實(shí)現(xiàn)電機(jī)緩慢啟動(dòng)，使電源頻率從低到高輸出，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，從而控制電機(jī)啟動(dòng)電流，變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電機(jī)和電源起到了有效的保護(hù)作用。

2.1.2 電機(jī)調(diào)速性能好

變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)速范圍寬，調(diào)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且調(diào)速過程平滑沖擊少，能實(shí)現(xiàn)從 0HZ到幾百 HZ 的頻率輸出范圍，而且線性度很高，適合應(yīng)用于各種電機(jī)各種場(chǎng)合的調(diào)速，如提升機(jī)，機(jī)床，電動(dòng)汽車，生活水泵、消防泵、穩(wěn)壓泵等調(diào)速速度和精度要求較高的場(chǎng)合均須用到變頻調(diào)速技術(shù)。

2.1.3 可以有效節(jié)約電能

變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用可以大范圍改變電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低速運(yùn)行工況時(shí)能耗極大下降，能有效節(jié)約電力能源成本。

2.1.4 電源適應(yīng)性強(qiáng)

變頻器通常配置直流母線電容器，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能在額定電壓5%-10% 的范圍內(nèi)滿負(fù)荷輸出，在突然出現(xiàn)電網(wǎng)壓降時(shí)，變頻器能在 5 個(gè)周期內(nèi)失電運(yùn)行不跳閘，在輕載狀態(tài)下可失電運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的缺點(diǎn)和不足

2.2.1 產(chǎn)生諧波

變頻器輸入側(cè)一般采用普通移相整流技術(shù)，低頻狀態(tài)有較大的波形畸變，會(huì)給電網(wǎng)造成一定的諧波污染，尤其在缺少電磁隔離設(shè)備時(shí)，對(duì)電源波形影響較大。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，部分廠家已在變頻器內(nèi)部設(shè)置輸入 /輸出濾波器，以避免其產(chǎn)生的諧波。

2.2.2 設(shè)備投入成本較高

變頻調(diào)速技術(shù)中用到的功率器件如 IGBT模塊成本較高，并且耐壓能力有限，難以在高壓（10KV 等級(jí)）狀態(tài)下工作運(yùn)行，因此，在高電壓、大容量變頻調(diào)速時(shí)，需要利用變壓器先對(duì)電源降壓，再調(diào)頻，再進(jìn)行升壓，這一過程加大了設(shè)備投資和系統(tǒng)損耗，造成系統(tǒng)成本上升。

3、工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 通過變頻技術(shù)能夠進(jìn)行資源的有效節(jié)約

工業(yè)作為我國(guó)的第二產(chǎn)業(yè)，其在生產(chǎn)過程中還需要耗費(fèi)大量的能源。電力作為工業(yè)運(yùn)行過程中的主要能源之一，其也是保障工業(yè)正常生產(chǎn)的重要依據(jù)。在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制過程中，還需要在同一時(shí)間內(nèi)來對(duì)多臺(tái)機(jī)器的運(yùn)行情況進(jìn)行有效的控制，但是在很多工程中多是對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行直接供電，也沒有對(duì)用電機(jī)器的具體運(yùn)行情況進(jìn)行考察，也就存在有一定的電力資源浪費(fèi)情況，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致機(jī)器的損壞，從而威脅到該工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)可靠性以及生產(chǎn)效益。在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制工作中通過變頻調(diào)速技術(shù)的合理應(yīng)用，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電流的合理分配，在滿足各種用電機(jī)器正常用電需求的基礎(chǔ)上，盡可能的節(jié)約電力能源，還能夠有效減少機(jī)器在運(yùn)行過程中可以遭受的損傷，來減少該工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)成本。此外變頻技術(shù)的相關(guān)組裝零件還具備有一定的通用性，而在電氣自動(dòng)化控制工作中還需要對(duì)多種不同規(guī)格的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，通過變頻技術(shù)能夠有效減少零件規(guī)模原因所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失跟資源損失，還能夠促進(jìn)這些機(jī)器的工作效率得到進(jìn)一步的提升，借此來為該工業(yè)企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 在電氣自動(dòng)化控制發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行過程中還會(huì)產(chǎn)生非常多的能源需求，若過于依賴外界的能源傳輸，還會(huì)浪費(fèi)大量的財(cái)力、人力以及物力，對(duì)于該工業(yè)企業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展會(huì)產(chǎn)生非常大的阻礙。因此大多數(shù)的電氣自動(dòng)化控制技術(shù)均攜帶自身的發(fā)電系統(tǒng)。在發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行過程中各個(gè)環(huán)節(jié)還具備有一定的運(yùn)行復(fù)雜性，如果電流的運(yùn)輸位置出現(xiàn)了偏差，也就容易導(dǎo)致電流故障的發(fā)生。通過變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)Πl(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)行故障進(jìn)行有效的控制，對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)還有著整體的維護(hù)效果。通過變頻技術(shù)可以對(duì)發(fā)電系統(tǒng)中的各項(xiàng)資源進(jìn)行合理的安排，也就能夠促使資源的利用效率得到最大限度的發(fā)揮，以減少資源浪費(fèi)等問題的發(fā)生。此外變頻技術(shù)的相關(guān)配件成本都比較低，也就能夠促使工業(yè)成本得到大幅度的降低，借此為該工業(yè)企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此說在電氣自動(dòng)化控制發(fā)電系統(tǒng)中通過變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，還能夠減少發(fā)電成本，提升發(fā)電的穩(wěn)定性，借此來為該工業(yè)企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 在電氣行業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

目前工業(yè)的電氣行業(yè)自動(dòng)化控制工作中，多需要機(jī)器跟工作人員來現(xiàn)場(chǎng)工作，這也就容易出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)秩序過于混亂等問題的發(fā)生。此外在電氣行業(yè)自動(dòng)化控制工作中有著儀器復(fù)雜的問題，在使用過程中還會(huì)因?yàn)殡姶挪ń徊娴纫蛩貙?dǎo)致電氣運(yùn)行故障的發(fā)生。通過在電氣行業(yè)自動(dòng)化控制過程中進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)的合理應(yīng)用，還能夠?qū)﹄姶挪ㄒ约霸胍羝鸬搅己玫钠帘翁幚硇Ч瑢?duì)于整體電氣系統(tǒng)也能夠起到一定的保護(hù)效果。針對(duì)工業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及工作程序繁瑣的特點(diǎn)，也就要求各工業(yè)企業(yè)在自身的電氣化控制工作中能夠進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)的合理應(yīng)用，借此來促進(jìn)企業(yè)的運(yùn)行穩(wěn)定性跟可靠性得到進(jìn)一步的提升。

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（作者單位：聊城潤(rùn)達(dá)水業(yè)有限公司）