變頻調(diào)速技術(shù)及其在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用研究

鄧建旺

摘? 要：現(xiàn)代工業(yè)單位早已實現(xiàn)了電氣自動化運行模式，其通過電控方式，使電氣設(shè)備自動運作，而電氣設(shè)備的運作，并不會永遠維持一個水平，其頻率與速度需要根據(jù)實際工作需求來變化，這一點也需要在自動化運行模式中來體現(xiàn)。在此前提下，工業(yè)單位就可以使用變頻調(diào)速技術(shù)，對工業(yè)電氣自動化控制進行優(yōu)化，實現(xiàn)電氣設(shè)備頻率、速度自動變化。該文為了了解變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用，將展開相關(guān)分析工作。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)? 工業(yè)電氣自動化控制? 應(yīng)用

中圖分類號：TM921.51 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0017-02

在變頻調(diào)速技術(shù)出現(xiàn)之前，工業(yè)電氣自動化運作模式就已經(jīng)實現(xiàn)，但早期運作當(dāng)中，自動化控制系統(tǒng)的運作機制相對簡單，即依照統(tǒng)一邏輯，對電氣設(shè)備進行啟停控制，這種模式在實際工作，主要可以起到合理調(diào)配電氣設(shè)備運作時間，降低設(shè)備故障率的作用，但單純的啟?？刂茩C制，會影響到工業(yè)單位的產(chǎn)能水平，由此可見早期自動化控制存在缺陷。那么在現(xiàn)代技術(shù)背景下，有學(xué)者提出了變頻調(diào)速技術(shù)在自動化控制當(dāng)中的應(yīng)用，在啟?？刂茩C制上進行細化，盡可能保障“產(chǎn)能相對最大化”，同時兼顧降低故障率的能效。

1? 諧波危害及變頻調(diào)速技術(shù)分析

1.1 諧波危害分析

諧波危害常發(fā)生在容量較小的電力系統(tǒng)當(dāng)中，但此類電力系統(tǒng)最為常見，所以我們要重視諧波危害現(xiàn)象。具體來說，在諧波條件下，會導(dǎo)致供電線路電能損失量大幅度增加，即供電線路在電能傳輸過程當(dāng)中會產(chǎn)生肌膚效應(yīng)以及臨近效應(yīng)，此時如果諧波進入線路，就會增加線路的電阻頻率，說明電能損失增加。此外，諧波危害與普通配電存在區(qū)別，即任何與工頻頻率不同的成分都屬于諧波，而普通配電的有效分量就代表了工頻頻率，因為兩者之間不兼容，所以一旦接觸就會形成危害。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)分析

變頻調(diào)速技術(shù)是通過變頻器，對電氣設(shè)備的運作頻率、速度進行調(diào)制的技術(shù)，例如調(diào)節(jié)設(shè)備振動頻率、轉(zhuǎn)速等。在此前提下，因為設(shè)備如果在長期應(yīng)用當(dāng)中，一直保持高頻率與高轉(zhuǎn)速，那么就代表設(shè)備內(nèi)部的溫度在逐漸上升，當(dāng)溫度達到一定水平，就可能燒毀元件，出現(xiàn)相應(yīng)的故障現(xiàn)象，所以通過變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效避免這一點，使電氣設(shè)備運作更加合理，降低此類事故的發(fā)生，由此說明變頻調(diào)速技術(shù)在電氣設(shè)備控制中的作用[1]?，F(xiàn)代變頻器主要采用脈沖來進行控制，而為了確?？刂菩Ч?，要重視脈沖儲量的選擇，關(guān)于這一點，應(yīng)當(dāng)根據(jù)控制電機的額定電流、實際運行中的最大電流值來進行選擇。此外，在諧波條件下，變頻器需要得到調(diào)整，由此可以適當(dāng)降低諧波，如果“癥狀”較輕可以直接消除，在具體方法上，該文建議先測得諧波具體表現(xiàn)，隨后檢查變頻器接地，如果發(fā)現(xiàn)問題則進行調(diào)整，使系統(tǒng)有效地抑制外來干擾，或者適當(dāng)縮短線路長度，由此避免線路交叉。綜上，可以起到一定的治理效果。

2? 變頻調(diào)速技術(shù)自動運作結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

在普遍案例上，當(dāng)前變頻調(diào)速技術(shù)的硬件結(jié)構(gòu)核心在于變頻器。常用的變頻器大致分為三類，即獨立式變頻器、公共直流母線式變頻器和帶能量回饋單元變頻器，各變頻器特點如下。

（1）獨立式變頻器。

獨立式變頻器是一種將整流單元與逆變單元放于同一容器當(dāng)中，隨后將容器與控制設(shè)備相接即可，在應(yīng)用當(dāng)中，獨立式變頻器可以將電氣設(shè)備的工頻電源進行頻率轉(zhuǎn)化，且將工頻電流變成交流電，由此借助交流電頻率，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的控制。由此可見，獨立式變頻器的應(yīng)用方式相對簡便，所以在工業(yè)單位當(dāng)中的應(yīng)用率最高，但是這種變頻器的缺陷在于：每臺獨立式變頻器只能控制一臺電氣設(shè)備，且功能上只能夠?qū)υO(shè)備運作速度進行控制，起到負載控制效果[2]。

（2）公共直流母線式變頻器。

公共直流母線式變頻器是一種作用于多電氣設(shè)備傳動系統(tǒng)當(dāng)中，對多臺電氣設(shè)備進行控制的變頻器，其采用單獨的整流、回饋裝置，使控制系統(tǒng)中產(chǎn)生帶功率的直流電，隨后將該變頻器與傳動系統(tǒng)的直流母線連接，此時變頻器就具備吸收母線內(nèi)直流電、增強母線直流電的能力，所以在控制當(dāng)中，對該變頻器的整流、回饋裝置進行操作，可以實現(xiàn)電流削弱或增強，相應(yīng)使電氣設(shè)備的運作頻率變化。由此可見，公共直流母線式變頻器應(yīng)用方法相對復(fù)雜，所以應(yīng)用率相對較少，但其功能性表現(xiàn)良好，適用于大型工業(yè)當(dāng)中。

（3）帶能量回饋單元變頻器。

帶能量回饋單元變頻器是一種作用于電氣設(shè)備調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中的變頻器，其與上述兩種變頻器之間存在較大區(qū)別，即帶能量回饋單元變頻器分為帶能量回饋單元、變頻器兩個結(jié)構(gòu)，這兩個結(jié)構(gòu)相互獨立，但又保持著聯(lián)系。在運作原理上，首先將變頻器結(jié)構(gòu)與電氣設(shè)備的發(fā)電電源相連，此時在發(fā)電條件下，受負載轉(zhuǎn)動慣量影響，電氣設(shè)備與變頻器會同時運轉(zhuǎn)，但在短時間之內(nèi)電機的轉(zhuǎn)速會大于變頻器，代表電機內(nèi)部存在多余的電能，這些電能會被變頻器吸收，所以變頻器內(nèi)的電壓會迅速上漲，容易對設(shè)備造成溫度影響，而隨后通過帶能量回饋單元，其可以獲取變頻器當(dāng)中的直流母線電壓，并通過逆變效應(yīng)將直流電壓轉(zhuǎn)化為交流電壓，再通過多重噪聲濾波環(huán)節(jié)，將交流電電能反饋到發(fā)電網(wǎng)當(dāng)中，相應(yīng)就消耗掉了電能。由此可見，帶能量回饋單元變頻器的應(yīng)用步驟相對復(fù)雜，但具有良好的節(jié)能效果，在實際應(yīng)用當(dāng)中同樣受到青睞。

2.2 軟件結(jié)構(gòu)

軟件結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)變頻調(diào)速技術(shù)自動運作的關(guān)鍵，其具有遠程操控、預(yù)設(shè)邏輯、功能服務(wù)等特點。具體來說，變頻調(diào)速技術(shù)自動運作的軟件結(jié)構(gòu)當(dāng)中，首先需要采用電控單元對變頻器進行控制，電控單元通常由傳感器、控制電路組成，原理上傳感器可以獲取電氣設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，隨后將狀態(tài)實時發(fā)送到終端處，其次終端依照自動邏輯，識別設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，且以人工預(yù)設(shè)的要求為基準，對狀態(tài)好壞進行判斷，判斷完成之后，將對控制電路發(fā)出信號，使變頻器依照邏輯要求運作;預(yù)設(shè)邏輯方面，是指人工在終端處依照工作要求設(shè)置的運作機制，即面對不同條件，終端將自動發(fā)出相應(yīng)的指令，而在先進理論當(dāng)中，因為實際工作要求由很多，所以需要預(yù)設(shè)邏輯數(shù)量較多，那么為了方便選擇，可以通過封裝技術(shù)將各個邏輯機制打包形成應(yīng)用程序，實現(xiàn)軟件化應(yīng)用。

3? 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)

3.1 優(yōu)化運作模式

綜合上述軟件結(jié)構(gòu)分析可見，自動控制系統(tǒng)的終端具備狀態(tài)識別功能，而其識別目標就是電信號，此類信號由自適應(yīng)電動機模型單元實現(xiàn)。自適應(yīng)電動機模型單元即為傳感器、控制電路的集成單元（電控單元），其原理見上述分析，此處不多加贅述，而在應(yīng)用當(dāng)中，通過自適應(yīng)電動機模型單元，電氣設(shè)備的狀態(tài)判斷依據(jù)為數(shù)字化形式，相應(yīng)代表判斷準確度提高。在此前提下，可以取代很多以往需要人工操作的部分，例如，電氣狀態(tài)診斷自動化等，說明其應(yīng)用可減低人工負擔(dān)、提高運作精度[3]。

3.2 等速區(qū)間超速控制

等速區(qū)間常見于電氣拉動設(shè)備，即所有電氣拉動設(shè)備的速度必須保持一致，但在設(shè)備本身的運作條件下，因為負荷等因素的影響，不同設(shè)備的運作速度會發(fā)生變化，相應(yīng)可能出現(xiàn)超速現(xiàn)象，此時為了避免設(shè)備故障，通過變頻調(diào)速技術(shù)的自動化運行，可以提供控制效果。具體來說，在變頻調(diào)速自動應(yīng)用讀高中，其根據(jù)設(shè)備運行情況，可以判斷設(shè)備當(dāng)中是否存在過載、超速等情況，如果存在則自動運行控制，嘗試通過頻率調(diào)節(jié)來控制速度，而如果無法成功，則會激發(fā)終端預(yù)警功能。此外，為了避免誤動等現(xiàn)象，人工在預(yù)設(shè)邏輯設(shè)置時，套重點注意預(yù)設(shè)邏輯是否合理，對此該文根據(jù)普遍案例，建議將邏輯標準值設(shè)置在15%以下，但如果實際情況特殊，可以進行調(diào)整。

4? 結(jié)語

綜上，該文對變頻調(diào)速技術(shù)及其在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用進行了分析研究，通過分析得到結(jié)論：對變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理以及早期應(yīng)用進行概述;針對自動運作下，變頻調(diào)速技術(shù)的結(jié)構(gòu)進行了介紹，了解其硬件、軟件的設(shè)計方法;結(jié)合普遍案例，對變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)進行了介紹，主要了解此項技術(shù)自動運作條件下的能效表現(xiàn)以及運作原理。變頻調(diào)速技術(shù)自動運作有利于工業(yè)生產(chǎn)，具有良好的推廣價值。

參考文獻

[1] 康彥婷，李柏霖.電機拖動中變頻調(diào)速技術(shù)的實際應(yīng)用分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（20）：19.

[2] 羅洪福.淺談變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2014（7）：104.

[3] 翟弘毅，路林吉.變頻調(diào)速技術(shù)的原理及應(yīng)用[J].電子測試，2016，27（5）：112.