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

徐麗蓉

摘要：變頻調(diào)速技術(shù)具有功率因素高、調(diào)速性能好、節(jié)能效果明顯等特征，能夠充分滿足工業(yè)電氣自動化控制需要。

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

變頻調(diào)速技術(shù)是指為了滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需要而出現(xiàn)的一種新型技術(shù)形式，變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理是通過調(diào)節(jié)電源輸出頻率來改變電機的轉(zhuǎn)動速度，從而達到自動化變頻調(diào)速的發(fā)展目的。本文主要對變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用作具體論述，希望通過本文的分析研究，給行業(yè)內(nèi)人士以借鑒和啟發(fā)。

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速技術(shù)的實現(xiàn)會涉及到以下幾個部件：第一，自適應(yīng)電動機模型單元。這個單元是變頻調(diào)速技術(shù)中最為重要的零部件，使用過程中的主要功能是查看電動機的電壓、電流等信息是否處于正常運行的狀態(tài)，通過了解電流、電壓參數(shù)能夠幫助相關(guān)人員全面的掌握電動機的參數(shù)信息，為工業(yè)電氣自動化后期工作提供有力支持。第二，轉(zhuǎn)矩、磁通比較器。這兩個比較器的應(yīng)用作用是將反饋數(shù)值和參考數(shù)值進行綜合比較，通過滯環(huán)調(diào)節(jié)器來輸出轉(zhuǎn)柜和磁場的狀態(tài)信息，從而幫助相關(guān)人員更好的掌握轉(zhuǎn)柜和磁場的運行狀態(tài)。第三，脈沖優(yōu)化選擇器。脈沖優(yōu)化選擇器能夠?qū)崿F(xiàn)對芯片信息的有效處理，在處理完成之后設(shè)計調(diào)制信號源，同時編寫五個模塊組成的電路。

2 變頻調(diào)速的優(yōu)勢

異步電動機采用變頻調(diào)速，除了具有直流電動機所沒有的優(yōu)勢外，還具有以下優(yōu)點。1）具有較高的效率和功率因數(shù)。由于異步電動機在調(diào)速過程中總是運行在很小的轉(zhuǎn)差率情況下，所以轉(zhuǎn)差率小，即損耗小，因此效率較高。當(dāng)轉(zhuǎn)差率很小時，轉(zhuǎn)子的等效電阻r很大，此時的轉(zhuǎn)子回路基本呈電阻性的，因此功率因數(shù)cosφ變高。2）調(diào)速范圍寬。變頻調(diào)速的頻率f可以在低于和高于工頻電源頻率的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，從幾赫茲到幾百赫茲，因此具有寬的調(diào)速范圍。3）由于采用微機控制，變頻調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)運行時已具有相當(dāng)高的精度，如采用速度閉環(huán)控制則可以獲取更高的調(diào)速精度。目前常用的調(diào)速控制：改變磁極對數(shù)調(diào)速、變頻調(diào)速、串級調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等，從調(diào)速性能來講，變頻調(diào)速是交流調(diào)速系統(tǒng)中比較理想的調(diào)速方法。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用分析

3.1 變頻調(diào)速技術(shù)在確保傳感器穩(wěn)定運行中的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用之一是變頻調(diào)速技術(shù)在確保傳感器穩(wěn)定運行中的應(yīng)用。工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)的打造離不開傳感器這一能夠檢測信號源物理裝置的支持，同樣，在傳感器使用中也充分應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)。在傳感器的作用下能夠幫助相關(guān)人員更為全面的收集周圍和機器操作相關(guān)的參數(shù)信息，從這些參數(shù)信息中提取自己所需要的轉(zhuǎn)速信息，并將這些轉(zhuǎn)速信息及時匯報個顯示器，最終傳遞到工作人員的手中，為工作人員工作提供更為全面的數(shù)據(jù)信息支持。

3.2 變頻器節(jié)能

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用之二是變頻器節(jié)能。在工業(yè)電氣自動化控制過程中經(jīng)常出現(xiàn)高水平低產(chǎn)出的情況，導(dǎo)致生產(chǎn)過程消耗大量的經(jīng)濟資源，使生產(chǎn)效率逐漸下降，所以提高工業(yè)電器自動控制體系的節(jié)能水平具有重要意義。運用變頻調(diào)速技術(shù)可以提高體系的節(jié)能水平，在一定意義上，變頻器是整個生產(chǎn)制造過程中的調(diào)節(jié)機制，所以一定要運用變頻調(diào)速技術(shù)來保證電動機的運行狀態(tài)，變頻器與電動機一直處于相互對應(yīng)的關(guān)系，從而確保科學(xué)合理運行，使生產(chǎn)制造過程中復(fù)合電壓的耐受性不斷提高。這一過程中為了使變頻調(diào)速的應(yīng)用效果越來越好，需要選擇能夠滿足電機正常運行狀態(tài)的配置電路，使自動化控制的功能逐漸完善，對運行體系做出統(tǒng)一的編程和控制，協(xié)調(diào)好二者的工作，形成高效率的工作體系。另一方面，為了實現(xiàn)自動化控制功能，還要在控制電路主板的基礎(chǔ)上選擇一致性的變壓型逆變電路，配合好工業(yè)車間電路，實現(xiàn)故障全面保護的目標(biāo)，確保工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備與變頻器之間靈活切換穩(wěn)定運行。

3.3 變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用之三是變頻調(diào)速技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。在工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)運行的過程中往往依賴外部能源的傳輸，在這個過程中不僅會消耗較多的財力，而且還會消耗較多的資金和人力資源。為了節(jié)省能源和人力消耗，多數(shù)電氣自動化控制系統(tǒng)都開始帶有自身的發(fā)電系統(tǒng)，而變頻技術(shù)在自身發(fā)電系統(tǒng)中起著十分重要的作用，突出表現(xiàn)為在變頻調(diào)速技術(shù)的作用下能夠減少發(fā)電系統(tǒng)的運行偏差，避免出現(xiàn)因為電流故障而導(dǎo)致的整個發(fā)電系統(tǒng)癱瘓問題。另外，將變頻技術(shù)運用到發(fā)電系統(tǒng)之后還能夠?qū)﹄娏鞯拇笮∵M行控制，實現(xiàn)對電力資源的合理利用和分配，降低整個工業(yè)電氣自動化的發(fā)展成本。

3.4 轉(zhuǎn)矩響應(yīng)

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用之四是轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)在投入DTC直接轉(zhuǎn)矩控制的應(yīng)用后，其轉(zhuǎn)矩響應(yīng)與適量控制對比速度更快，適量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)約為7ms左右，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)能夠達到1ms左右。之所以出現(xiàn)此種結(jié)果，其原因為DTC控制系統(tǒng)借助于電機的電壓與電流核算出定子磁鏈與轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用碰一碰控制完成變頻器PWM控制，DTC控制系統(tǒng)并不存在電流控制環(huán)路。基于此，DTC控制系統(tǒng)的立足點應(yīng)該放在電壓層面，而非電流層面。適量控制的基礎(chǔ)原理為建立在交流電機電流控制基礎(chǔ)上，將交流電流依據(jù)磁場坐標(biāo)軸分解成為轉(zhuǎn)矩分量與磁場分量，對其作出分別控制。為此，適量控制的立足點應(yīng)該為電流控制。在交流電上進行分析，若想在轉(zhuǎn)矩相應(yīng)速度上進一步提升，基于磁鏈不發(fā)生變化的條件，需要電流的速度作出調(diào)整，相應(yīng)的電流轉(zhuǎn)變主要受到電壓快速變化所影響。適量控制系統(tǒng)輸出電壓在電流調(diào)節(jié)器輸出下所產(chǎn)生，在此種情況下將會涉及電流調(diào)節(jié)時間的滯后。當(dāng)前，所應(yīng)用的矢量控制系統(tǒng)輸出電壓能夠經(jīng)由電機模型計算前饋電壓控制與電流調(diào)節(jié)同步作用下形成。前饋電壓控制方面，動態(tài)響應(yīng)速度在持續(xù)上漲狀態(tài)，而電壓輸出的前提是利用模型作出可靠的核算。其目的在于控制過沖情況的發(fā)生，從而保障電流可控。DTC存在的不足在于并不存在電流控制環(huán)路，碰一碰控制所形成的輸出電壓也沒有合理的電流控制。在此種情況下，可能發(fā)生的問題是電壓過沖?；诖?，電機可獲取到較大的電流，加快電流響應(yīng)。DTC轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的實現(xiàn)需要一定條件作為支撐，若電壓為額定狀態(tài)，尤其是弱磁運行區(qū)域，電壓不會出現(xiàn)過沖余度空間。除此之外，規(guī)模較大的流動傳動需要合理的控制電流。如此，DTC轉(zhuǎn)矩響應(yīng)無法實現(xiàn)1～2ms指標(biāo)的水平。DTC轉(zhuǎn)矩響應(yīng)比較容易被PWM開關(guān)頻率所影響，也就是碰一碰控制頻率。應(yīng)對利用GTO與IGCT原件大規(guī)模PWM變頻器，若開關(guān)頻率過高，則會導(dǎo)致變頻器損耗進一步加劇，且運行效率會受到負面影響。針對此，變頻器脈寬控制開關(guān)的頻率應(yīng)該給予一定的限制。

4 結(jié)語

綜上所述，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化發(fā)展中的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用效果，不僅能夠優(yōu)化數(shù)控機床的運行，而且還能夠確保變頻器、傳感器的有效應(yīng)用，提升整個工業(yè)電氣發(fā)電系統(tǒng)的運行成效。為此，在新的歷史時期需要相關(guān)人員結(jié)合工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域發(fā)展實際情況，就如何更好的將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用其中進行策略分析。

參考文獻：

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