變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用

譚銘巍 蘭艦

摘? ?要：變頻器通過(guò)微電子技術(shù)與變頻技術(shù)來(lái)轉(zhuǎn)變工作電源的頻率，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效控制。變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)以及檢測(cè)單元等幾部分構(gòu)成。變頻器利用內(nèi)部絕緣柵雙極型晶體管的開斷調(diào)節(jié)輸出電壓以及輸出頻率（具體的電源電壓視電動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要而定），以實(shí)現(xiàn)調(diào)速、節(jié)能的目的。此外，變頻器還具有過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)等功能。文章將結(jié)合實(shí)際，對(duì)變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用選型與注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述分析。

關(guān)鍵詞：變頻器;工業(yè)自動(dòng)化控制;功能作用;應(yīng)用

1? ? 工業(yè)自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

1.1? 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

工業(yè)產(chǎn)業(yè)范圍廣，涉及石油、機(jī)械、建材、冶金等，經(jīng)營(yíng)形式也十分多樣，如生產(chǎn)線、加工設(shè)備、工廠車間、公司等。工業(yè)自動(dòng)化主要由硬件、軟件、系統(tǒng)技術(shù)3大模塊組成。其中，硬件系統(tǒng)又由多個(gè)組件構(gòu)成，如命令執(zhí)行裝置、設(shè)備控制裝置等。軟件可分為管理、控制與測(cè)量。系統(tǒng)技術(shù)的綜合性較強(qiáng)，如軟硬件集成、軟件集成、硬件集成等。在工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，3大模塊之間聯(lián)系緊密，既相互作用，又相得益彰。只要分工明確，就可以有效提升工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)與控制質(zhì)量。在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的支持下，工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)水平大幅度提升，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整優(yōu)化，企業(yè)的市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力呈上升趨勢(shì)。

1.2? 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)整理、分析技術(shù)數(shù)據(jù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件的控制與應(yīng)用，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)向智能化、自動(dòng)化發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮基礎(chǔ)性作用，可歸納為硬件系統(tǒng)、軟件控制算法以及軟件。計(jì)算機(jī)利用自身數(shù)據(jù)處理的功能，下發(fā)指令，有效控制相應(yīng)對(duì)象。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為了滿足生產(chǎn)需求、提高計(jì)算機(jī)控制水平，通常會(huì)配置一些輔助部件。以上位機(jī)為例，控制軟件的人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)，完成了數(shù)據(jù)與程序間的交互。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息的收集整理，也進(jìn)一步加速了工業(yè)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化建設(shè)進(jìn)程。當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，網(wǎng)絡(luò)信息立即向控制系統(tǒng)反饋。對(duì)于輔助系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以利用計(jì)算機(jī)交換信息，采取最有效的方式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，并有針對(duì)性地優(yōu)化被操縱對(duì)象。

2? ? 變頻器的功能作用

2.1? 變頻節(jié)能

為確保設(shè)備能夠穩(wěn)健運(yùn)行，通用機(jī)械設(shè)備應(yīng)合理設(shè)計(jì)備用容量。當(dāng)電機(jī)無(wú)法滿負(fù)荷作業(yè)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致多余力矩的產(chǎn)生，增加功率及電能的消耗，造成資源浪費(fèi)。這時(shí)候，就需要調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)速度。傳統(tǒng)調(diào)速一般會(huì)采取調(diào)節(jié)入口擋板以及閥門的開度等方式以降低輸入功率，這種方法有效且便捷，但會(huì)在關(guān)閉擋板與閥門的過(guò)程中浪費(fèi)大量能量。而變頻器（Variable Frequency Drive，VFD）可以根據(jù)泵轉(zhuǎn)速或者風(fēng)機(jī)流量適當(dāng)調(diào)整電壓、頻率等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同負(fù)荷下的優(yōu)化調(diào)速、降低電流，以達(dá)到變頻節(jié)能的效果。

2.2? 降低線路無(wú)功功率損耗

無(wú)功功率損耗不僅造成電能資源浪費(fèi)，降低設(shè)備使用效率，同時(shí)，還會(huì)增加線路損耗，縮短設(shè)備的使用壽命。因此，想要實(shí)現(xiàn)能源利用率最大化，降低無(wú)功損耗才是關(guān)鍵。變頻器利用內(nèi)部的濾波電容可以有效提升電網(wǎng)的有功功率，降低無(wú)功功率的資源損耗，從而獲得功率因數(shù)補(bǔ)償，起到節(jié)能增效的作用。

3? ? 變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用中的選型

3.1? 變頻器防護(hù)等級(jí)

根據(jù)不同的使用環(huán)境，應(yīng)選擇相應(yīng)等級(jí)的變頻器。換言之，選擇變頻器等級(jí)時(shí)，要對(duì)環(huán)境溫度、濕度、灰塵、酸堿性等因素進(jìn)行綜合考量，而這些因素將會(huì)對(duì)變頻器的使用壽命有直接性影響。就目前而言，絕大多數(shù)制造商在設(shè)備出廠前，已經(jīng)為變頻器做好了日常防護(hù)。比如，敞開型：可以直接加裝于電氣室內(nèi)的架子上，但對(duì)使用環(huán)境要求較高，通常是多臺(tái)變頻器集中使用。封閉型：適用范圍相對(duì)較廣，可以在稍微潮濕或者有少量粉塵條件下使用。密封型：可用于交叉作業(yè)的施工現(xiàn)場(chǎng)或者是濕度較高的腐蝕性環(huán)境中。

3.2? 變頻器功率

首先，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率選擇匹配的變頻器，以保證變頻器的操作頻率。即使不能完全匹配，也要功率接近，并且保證變頻器的功率略大一些。其次，當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要多次啟動(dòng)或者頻繁重啟時(shí)，為保證變頻器能夠長(zhǎng)期運(yùn)行，建議選擇大一級(jí)的功率。再次，在經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，若電動(dòng)機(jī)仍存在功率富余的情況，則應(yīng)更換更大功率的變頻器。最后，在高海拔或者高溫環(huán)境中，同樣也需要選擇大一級(jí)的變頻器。

4? ? 變頻器在工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用的注意事項(xiàng)

4.1? 散熱

變頻器對(duì)于散熱的要求較高，隨著溫度的增加，變頻器故障頻發(fā)，其使用壽命也會(huì)受影響。通常情況下，變頻器會(huì)垂直安裝內(nèi)部冷卻風(fēng)扇，使空氣流通方向自下而上，以確保冷卻循環(huán)的效果。對(duì)于一個(gè)控制箱安裝多臺(tái)變頻器的情況，各變頻器之間會(huì)產(chǎn)生相互熱效應(yīng)，可以采取橫向并列的方向，避免超高溫問(wèn)題。與此同時(shí)，工作人員還要做好日常巡檢工作，定期維護(hù)、保養(yǎng)變頻器的冷卻風(fēng)扇，確保溫度控制在正常范圍。假若未配置溫度控制系統(tǒng)，那么建議變頻器與冷卻風(fēng)扇應(yīng)采取聯(lián)動(dòng)工作形式。

4.2? 諧波干擾

在脈寬調(diào)制控制下，變頻器在正常運(yùn)作過(guò)程中會(huì)在電源側(cè)產(chǎn)生大量諧波電流。這些諧波電流會(huì)影響電能的穩(wěn)定性，干擾其他電氣元件的正常運(yùn)行。針對(duì)上述問(wèn)題，應(yīng)在變頻器的輸出側(cè)安裝濾波電抗器，以降低諧波干擾。同時(shí)，變頻器在專用接地點(diǎn)的正確接地，也會(huì)在一定程度上提升控制系統(tǒng)的靈敏性。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸，市場(chǎng)上的變頻器種類也越來(lái)越多樣化。而針對(duì)不同環(huán)境，如何提高變頻器應(yīng)用的安全性、經(jīng)濟(jì)性尤為重要。相關(guān)工作人員要全面掌握變頻器的型號(hào)、功能以及應(yīng)用注意事項(xiàng)，確保變頻器功能得以充分發(fā)揮的同時(shí)，合理加裝輔助設(shè)備，以免損壞其他電器元件，增加企業(yè)維修成本，造成不必要的資源浪費(fèi)。

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