電氣自動化交流傳動控制系統(tǒng)分析

王英臣

摘 ?要：交流電的出現(xiàn)與使用，使得相關(guān)技術(shù)逐漸發(fā)展起來，成為工業(yè)生產(chǎn)中的主流電力形式，而交流傳動控制系統(tǒng)就是其中的一種。在電氣自動化技術(shù)加入到控制系統(tǒng)中后，系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果得到了進(jìn)一步完善，為交流傳動控制系統(tǒng)推廣與使用創(chuàng)造出了更加有利條件。文章將以交流傳動控制系統(tǒng)基本情況介紹為著手點(diǎn)，對電氣自動化交流傳動控制系統(tǒng)展開全面性分析與研究，期望能夠?yàn)榭刂葡到y(tǒng)應(yīng)用與推廣提供一些理論方面的幫助。

關(guān)鍵詞：同步電動機(jī);異步電動機(jī);交流傳動控制系統(tǒng);人工智能技術(shù)

中圖分類號：TM92 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）19-0051-02

Abstract： With the emergence and use of AC power， the related technology has gradually developed and become the mainstream form of power in industrial production， and the AC traditional control system is one of them. After the electrical automation technology is added to the control system， the application result of the system has been further improved， which creates more favorable conditions for the popularization and use of the AC drive control system. This paper will start with the introduction of the basic situation of the AC drive control system， and carry out a comprehensive analysis and research on the electrical automation AC traditional control system， in order to provide some theoretical help for the application and promotion of the control system.

Keywords： synchronous motor; asynchronous motor; AC power transmission control system; artificial intelligence technology

交流調(diào)速傳動在能源節(jié)約方面有著不可忽視的作用與價值，其不僅可實(shí)現(xiàn)對電能負(fù)荷的有效控制，保證節(jié)能結(jié)果與收益，同時還具備較大的節(jié)電潛力，極為符合現(xiàn)代行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展目標(biāo)。電氣自動化技術(shù)開始在交流傳動控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用之后，控制運(yùn)行變得更加智能，流量調(diào)速效率與質(zhì)量也變得更加理想。為更好地展開系統(tǒng)應(yīng)用，對控制系統(tǒng)基本情況展開分析與研究極具現(xiàn)代價值。

1 交流傳動控制系統(tǒng)

1.1 交流電動機(jī)調(diào)速策略

（1）同步電動機(jī)。在實(shí)施同步電動機(jī)調(diào)速過程中，可通過對供電電壓頻率實(shí)施調(diào)整的方式，對同步轉(zhuǎn)速展開控制。

（2）異步電動機(jī)。在對異步電動機(jī)（圖1）實(shí)施調(diào)速過程中，會通過對晶閘管控制技術(shù)的運(yùn)用，展開調(diào)速操作。在具體實(shí)施調(diào)速時，首先會通過實(shí)施調(diào)壓調(diào)速手段，對加于電動機(jī)定子繞組電壓實(shí)施控制;其次會展開串級調(diào)速，進(jìn)而對轉(zhuǎn)子回路附加電勢實(shí)施控制;最后實(shí)施變頻調(diào)速，對定子供電頻率、電壓實(shí)施控制[1]。

1.2 交流調(diào)速技術(shù)優(yōu)勢

通過對交流調(diào)速技術(shù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，此種技術(shù)具有占地面積小、調(diào)速性能理想以及節(jié)約能源等方面的優(yōu)勢，所需投入的維護(hù)費(fèi)用相對較少，并不需要耗費(fèi)大量人力以及物力[2]。同時，其適應(yīng)能力以及環(huán)境接受能力也較為理想，可以在惡劣環(huán)境或大容量環(huán)境中展開運(yùn)用。

2 電氣自動化交流傳動控制系統(tǒng)

2.1 交流調(diào)速原理

在直流電動機(jī)中配有整流子以及電刷，電動機(jī)在使用過程中會對兩者形成一定磨損，需要經(jīng)常對兩者開展維修與檢查，電動機(jī)使用環(huán)境相對有限。同時直流電動機(jī)還具有容量有限、轉(zhuǎn)速高度不足等方面的問題，所以整體電動機(jī)使用存在著諸多干擾因素。而交流電動機(jī)的出現(xiàn)，有效彌補(bǔ)了直流電動機(jī)在使用中所存在的各項(xiàng)問題，電子技術(shù)以及電力電子學(xué)的不斷完善，更加為半導(dǎo)體交流技術(shù)的運(yùn)用提供了有利契機(jī)，交流調(diào)速系統(tǒng)變得更加理想。從上世紀(jì)70年代開始，電氣自動化技術(shù)研究力度呈現(xiàn)出逐漸增加趨勢，交流電傳動控制方式在技術(shù)支持下變得更加智能，電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)速度、調(diào)速范圍以及調(diào)速精度等，均得到了不同程度的優(yōu)化，為其在工業(yè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)電傳動自動化領(lǐng)域中的地位奠定了扎實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 電動機(jī)調(diào)速

以異步電動機(jī)調(diào)速為例。較為常用的異步電動機(jī)調(diào)速方式，除上文所述集中調(diào)速方式之外，還有變極對數(shù)調(diào)速以及電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等[3]。根據(jù)電動機(jī)基本原理，從定子進(jìn)入到轉(zhuǎn)子的電磁功率，一部分會和轉(zhuǎn)差率保持正比關(guān)系，另一部分會對負(fù)載形成有效拖動。就能量轉(zhuǎn)換層面而言，轉(zhuǎn)差功率回收、消耗以及是否增加，將是評價調(diào)速系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。鑒于此，可以將異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)細(xì)分為三種：

（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型。此種系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率，會被轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)而被消耗掉。與其他調(diào)速系統(tǒng)相比，此種調(diào)速系統(tǒng)效率處于較低狀態(tài)。會通過提升轉(zhuǎn)差功率消耗的方式降低轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)速的不斷降低，其效率也會越小[4]。

（2）轉(zhuǎn)差功率回饋型。此種系統(tǒng)對于轉(zhuǎn)差功率的消耗較大，會有一部分功率在運(yùn)行時被消耗掉，而多數(shù)功率，會通過對變流裝置的運(yùn)用，回饋到電網(wǎng)之中，或直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能被使用。在轉(zhuǎn)速逐漸處于下降狀態(tài)時，回收功率也會隨之增加。

（3）轉(zhuǎn)差功率不變型。此種系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率內(nèi)的轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)一部分的銅損耗，但其轉(zhuǎn)差功率消耗始終處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，也會隨著轉(zhuǎn)速的改變而出現(xiàn)較大變化，整體效率相對較高。由于此種系統(tǒng)的變極對數(shù)調(diào)速使用存在限制，只能實(shí)施有級調(diào)速，所以系統(tǒng)的使用場合也存在著一定的約束。在諸多調(diào)速中，變頻調(diào)速使用最廣，能夠形成高動態(tài)性能交流調(diào)速體系，整體應(yīng)用效果較為理想，發(fā)展前景較為客觀。

2.3 調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

在轉(zhuǎn)子回路參數(shù)和電動機(jī)定子回路參數(shù)處于恒定狀態(tài)時，在定轉(zhuǎn)差率環(huán)境中，在定子繞組上的電壓平方會和電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩保持正比關(guān)系。作為一種有效、簡單的調(diào)速手段，交流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)通過對定子側(cè)添加調(diào)壓變壓器或在定子回路中串入飽和電抗器的方式，達(dá)到對電壓、轉(zhuǎn)速實(shí)施有效調(diào)節(jié)的效果。目前較為常用的交流調(diào)壓調(diào)速技術(shù)，主要以雙向晶閘管元件運(yùn)用為主。

2.4 變頻調(diào)速系統(tǒng)

變頻調(diào)速系統(tǒng)，即變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，會在實(shí)施轉(zhuǎn)速過程中，保持轉(zhuǎn)差功率保持在恒定狀態(tài)，系統(tǒng)整體應(yīng)用效率、性能較為理想，是現(xiàn)代交流調(diào)速主要發(fā)展方向之一。在對定子供電頻率展開均勻調(diào)整過程中，可達(dá)到平滑完成電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速調(diào)整的目標(biāo)。在多數(shù)場合，為保證在調(diào)速過程中，電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩不會出現(xiàn)變動，會通過對磁通恒定進(jìn)行維護(hù)的方式，保證后續(xù)轉(zhuǎn)速調(diào)整操作高質(zhì)量進(jìn)行。為真正達(dá)到這一點(diǎn)，需要對定子供電電壓展開調(diào)節(jié)，強(qiáng)調(diào)電動機(jī)供電變頻器需要共同具備調(diào)頻以及調(diào)壓兩種功能。在計算機(jī)控制技術(shù)支持下，變頻器可在高質(zhì)量完成調(diào)頻以及調(diào)壓工作的同時，對啟動制動時間、電流以及轉(zhuǎn)矩等展開調(diào)整，且具備良好的調(diào)節(jié)功能以及函數(shù)運(yùn)算功能，在工業(yè)以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域均有著廣泛運(yùn)用。

3 人工智能技術(shù)在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用

人工智能技術(shù)是現(xiàn)代社會主流技術(shù)，也是今后諸多領(lǐng)域發(fā)展、研究主要內(nèi)容。將人工智能控制技術(shù)應(yīng)用到傳動控制系統(tǒng)之中，可通過對各種控制技術(shù)的合理運(yùn)用，達(dá)到精準(zhǔn)控制目標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)各項(xiàng)控制問題的有效規(guī)避，保證控制系統(tǒng)控制效果與運(yùn)行質(zhì)量[5]。就目前應(yīng)用情況來看，常用人工智能控制技術(shù)主要有以下幾種：

3.1 模糊邏輯

模糊邏輯控制技術(shù)是人工智能控制重要技術(shù)之一，較為高效的模糊控制器在應(yīng)用之后，便取代了常規(guī)速度調(diào)節(jié)器。經(jīng)過多年發(fā)展與研究，高性能、全數(shù)字轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中，已經(jīng)配置了多個模糊控制設(shè)備，這些設(shè)備的合理運(yùn)用，可在代替常規(guī)PID或PI控制器的同時，為其他任務(wù)展開提供精準(zhǔn)控制支持。在使用此種技術(shù)時，可通過對模糊邏輯的運(yùn)用，對交流電動機(jī)力矩與磁通展開調(diào)整，但需注意，技術(shù)輸入標(biāo)定因子是處于動態(tài)狀態(tài)的。

3.2 遺傳算法

此種控制技術(shù)是通過對自然進(jìn)化過程實(shí)施模擬，進(jìn)而探索出最佳解決算法的控制技術(shù)。在控制系統(tǒng)中對此種技術(shù)展開應(yīng)用時，由于技術(shù)在實(shí)施整體、最優(yōu)化方式搜索過程中，并不會對其他輔助信息或者梯度信息形成依賴，通常只需要對適應(yīng)度函數(shù)以及影響搜索方向目標(biāo)函數(shù)展開使用，可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜問題的科學(xué)處理，保證問題處理框架建設(shè)質(zhì)量。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在驅(qū)動系統(tǒng)以及交流電機(jī)中的運(yùn)用，是現(xiàn)代學(xué)術(shù)領(lǐng)域研究熱門內(nèi)容。以常規(guī)反向轉(zhuǎn)波算法ANN在步進(jìn)電機(jī)控制算法中的運(yùn)用為例。在具體使用時，會通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)用，按照初始速度以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩等內(nèi)容，展開最大可觀測速度增量設(shè)置。ANN系統(tǒng)整體性能較為理想，能夠有效提高定位效率，保證非初始速度以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩大范圍控制效果。由于此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬于多層前饋型結(jié)構(gòu)，會通過對常規(guī)反向傳播學(xué)習(xí)算法的運(yùn)用，展開電動機(jī)控制，可智能化展開定子電流控制與轉(zhuǎn)子速度控制，應(yīng)用前景較為廣闊。

4 結(jié)束語

通過本文對電氣自動化交流傳動控制系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的闡述，使我們對交流傳動控制系統(tǒng)以及電動機(jī)調(diào)速方式等內(nèi)容有了更加清晰的了解。各企業(yè)需要加大對交流傳動控制系統(tǒng)的研究力度，應(yīng)掌握電動機(jī)具體調(diào)速原理與調(diào)速方式，以便更好地對其展開使用。而各研究機(jī)構(gòu)也應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對人工智能等技術(shù)的研究力度，應(yīng)通過對技術(shù)的合理運(yùn)用，將其高質(zhì)量運(yùn)用到電動機(jī)控制之中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效化、智能化交流電傳動控制模式，保證系統(tǒng)控制效果。

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