電氣控制系統(tǒng)中的變頻器應(yīng)用研究

向榮華 陸向東

摘 要 變頻器是電氣控制系統(tǒng)中對主軸轉(zhuǎn)速起到控制作用的一個重要元件，也是提升控制系統(tǒng)性能的一個措施。因此，本文以電氣控制系統(tǒng)中的變頻器概述為開篇，重點研究其工作原理與具體應(yīng)用，以期為相關(guān)工作者提供一定的參考與幫助，提升相應(yīng)的安裝與維護(hù)水平。

關(guān)鍵詞 電氣控制系統(tǒng);變頻器;矢量控制技術(shù)

引言

在傳統(tǒng)直流傳動中，由于直流電動機(jī)中機(jī)械式轉(zhuǎn)向器存有較大的局限性，導(dǎo)致在具體應(yīng)用中帶來諸多弊病。而近幾年，變頻技術(shù)的發(fā)展與成熟，開始大量應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)以及矢量控制技術(shù)中，其調(diào)速性與直流傳動工作模式并無差異，但局限性較低，因而變頻器漸漸被廣泛應(yīng)用于各類自動化設(shè)備之中。

1 電氣控制系統(tǒng)中的變頻器概述

變頻器通?？煞譃橹苯幼冾l器與間接變頻器，兩種變頻器配置方式所產(chǎn)生的功率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換頻率具有本質(zhì)差別。而兩種變頻器中的中間電路、逆變器、控制電路、整流器是基礎(chǔ)組成部分，都可將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并進(jìn)行直流儲備、控制信號傳送等工作。其中，整流器可產(chǎn)生直流電壓脈動，分為可控、不可控兩種類型，并且采用的是單相與三相交流電源連接。簡單來說逆變器就是逆變電流，將已經(jīng)處理過的直流電，轉(zhuǎn)化為交流電，為后續(xù)轉(zhuǎn)換提供基礎(chǔ)。電動機(jī)提供信號回路是控制電路的重要作用，控制電路通常包括對電流電壓監(jiān)測、保護(hù)逆變器與整流器、計算電壓等作用，并且以電路回饋信息作為依據(jù)，對電動機(jī)電壓與頻率進(jìn)行控制，將其保持在正常、安全的范圍內(nèi)[1]。

2 電氣控制系統(tǒng)中的變頻器應(yīng)用

2.1 電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的特點

在目前實際機(jī)床控制系統(tǒng)中，高性能、高效率等是變頻器應(yīng)用于電氣控制系統(tǒng)中的重要優(yōu)勢，其核心功用就是對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速、變頻。一方面，變頻器主要應(yīng)用于機(jī)床籠型異步電動機(jī)中，可調(diào)整范圍較廣，轉(zhuǎn)矩較大，且節(jié)能性良好，且即便是在工作環(huán)境較為惡劣、嚴(yán)峻的情況下，也可有效實現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速、變頻。另一方面，恒功率調(diào)速與恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速都可以通過變頻器實現(xiàn)，即前者可直接利用頻率進(jìn)行調(diào)速，后者則可通過額定頻率進(jìn)行實現(xiàn)。因此，從電動機(jī)負(fù)載能力方面進(jìn)行考慮，可將其分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率兩類。

2.2 電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的原理

公式中，n代表電動機(jī)轉(zhuǎn)速，f代表電源頻率，s代表電動機(jī)轉(zhuǎn)差率，p代表電動機(jī)磁極對數(shù)。通過電動機(jī)速度計算公式可得，電動機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)磁極對數(shù)、頻率具有較大關(guān)聯(lián)性。但是，電動機(jī)磁極對數(shù)并不是一個連續(xù)遞增的數(shù)值，因而會發(fā)生當(dāng)通過改變電動機(jī)的磁極對數(shù)進(jìn)行調(diào)速時，速度改變反而不明確的問題?；诖?，改變電源頻率是更為切實有效的方案，加之在工業(yè)中用電頻率通常為恒定，因此利用變頻器改變電源頻率，達(dá)成對電動機(jī)的調(diào)速，是更為良好的一種電動動機(jī)調(diào)速方案。

可以說，變頻器工作原理就是利用其內(nèi)部整流器將原本頻率不可控的交流電轉(zhuǎn)換為成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換為頻率可控的交流電，從而實現(xiàn)調(diào)速、變頻的作用。

2.3 電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的設(shè)計安裝

當(dāng)在電氣控制系統(tǒng)內(nèi)安裝變頻器，不僅要設(shè)計、安裝變頻控制系統(tǒng)，還要設(shè)計、添加相應(yīng)的變頻控制柜。一方面，電氣工程師應(yīng)對即將安裝的變頻器實際應(yīng)用要求有明確掌握，并在電氣控制柜內(nèi)較為中間的位置，進(jìn)行垂直安裝變頻器，保證其安裝位置正確，且不會阻擋其正上方與正下方的排風(fēng)、進(jìn)風(fēng)元件。同時，必要大元件之間的距離;電氣控制系統(tǒng)柜頂部與隔板的距離;變頻器上、下邊緣之間的距離，都應(yīng)最少保持在30cm以上。

另一方，針對特殊用戶需要在使用時將鍵盤取下，因此在設(shè)計變頻控制系統(tǒng)前，需要掌握系統(tǒng)實際配置與客戶需要、控制方式、工作方式等。而變頻器所安裝的工作環(huán)境中，應(yīng)對變頻器面板的監(jiān)控設(shè)備使用膠帶密封，或用面板對其進(jìn)行定期替換，以便有效避免粉塵大量進(jìn)入變頻器內(nèi)，并且進(jìn)行定期的清理與維護(hù)，及時清理灰塵、粉塵等，避免造成變頻器壽命減少、安全事故等問題。針對變頻器系統(tǒng)設(shè)計方面，應(yīng)區(qū)分好新設(shè)計系統(tǒng)與舊設(shè)備改造系統(tǒng)的差異，其中舊設(shè)備改造系統(tǒng)，還應(yīng)有效參考相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，并進(jìn)行細(xì)化調(diào)整[2]。

2.4 電氣控制系統(tǒng)應(yīng)用變頻器的具體內(nèi)容

以某工廠水處理泵房工程為例，該工程施工項目中所包含的電氣控制設(shè)備包括測溫測速制動柜、自動化元件、備品備件;水輪機(jī)自動化元件、備品備件等。項目含括設(shè)計、制造、安裝、試運(yùn)行、驗收等環(huán)節(jié)。同時，依據(jù)實際施工所處地形、項目設(shè)計等多方位要求，還需配備多種可通過變頻設(shè)備進(jìn)行控制的水泵，以便可以針對水泵電流頻率、水泵轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。一方面，在應(yīng)用變頻器進(jìn)行變速調(diào)節(jié)的過程中，需要重點考慮水泵轉(zhuǎn)速下降幅度，應(yīng)保持在額定的30%變動范圍內(nèi)，而提高速率同樣應(yīng)保持在5%范圍內(nèi)。且應(yīng)最大限度避免運(yùn)行動力機(jī)發(fā)生超載，從而規(guī)避機(jī)組震動、設(shè)備損壞等問題的發(fā)生。如當(dāng)單泵額定轉(zhuǎn)速需要提高時，通過變頻器可將每小時1.45m2的流量快速提升至2.56m2，整體頻率提升幅度約12%，輸出電流頻率變?yōu)?7.4Hz，變動幅度較為平穩(wěn);而當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時，流量可從每小時2.45m2迅速降低為每小時1.35m2，整體頻率下降幅度約為4%，電流頻率變?yōu)?7.4Hz，變動幅度在額定范圍內(nèi)。另一方面，變頻器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)對于設(shè)備運(yùn)行具有良好的輔助調(diào)整作用。這是由于轉(zhuǎn)速每一次出現(xiàn)調(diào)節(jié)后，流量隨之改變，因此需要升高或降低水泵轉(zhuǎn)速，以保證施工中用水需求，對泵站裝置來說，起到良好的調(diào)整效果。同時，各級泵站應(yīng)用變頻器，不僅可以對各梯級提水流量進(jìn)行較為輕松的控制，還可杜絕棄水、斷流等事故的發(fā)生，且在節(jié)能減排、節(jié)省成本等方面也具有一定的輔助效果，為整體工程運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性等提供了一定保障。

3 結(jié)束語

總而言之，在當(dāng)前電氣工程、電力工程、電子技術(shù)有效結(jié)合的前提下，電動機(jī)條數(shù)裝置漸漸被廣泛應(yīng)用，因此相關(guān)工作人員應(yīng)對其中變頻器的工作原理、使用維護(hù)等具有全面、明確的掌握，以規(guī)范性的操作、使用與正確的設(shè)置參數(shù)來發(fā)揮變頻器的功用，并降低后續(xù)改造、維修的難度。

參考文獻(xiàn)

[1] 王明群，牛明峰.電氣控制系統(tǒng)中的變頻器應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（3）：120-121.

[2] 劉樹偉.電氣傳動中變頻器應(yīng)用技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018，（6）：204-205.