基于電氣自動(dòng)化變頻調(diào)速技術(shù)運(yùn)用探究

王建成

陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司臨猗分公司 山西運(yùn)城 044100

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

一直以來(lái)，在工業(yè)控制領(lǐng)域都是采取直流調(diào)速的方式，直流調(diào)速具有控制力強(qiáng)、可靠性高、噪聲低、控制電路簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但是隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，直流調(diào)速的局限性逐步顯現(xiàn)出來(lái)，直到20 世紀(jì)80 年代，隨著集成電路和微機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)得到進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)，目前變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。變頻調(diào)速技術(shù)主要是按照電氣設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電源頻率之間所形成的關(guān)系，利用轉(zhuǎn)變電氣設(shè)備電源輸入頻率的方式來(lái)調(diào)節(jié)電氣設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速、運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行模式等等，從而將電氣自動(dòng)化水平優(yōu)化，自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元和轉(zhuǎn)矩和磁通比較器是變頻調(diào)速技術(shù)的主要組成部分，其中自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元的任務(wù)是通過(guò)對(duì)電壓電流的檢測(cè)識(shí)別來(lái)完成扭轉(zhuǎn)控制，磁通比較器、轉(zhuǎn)矩的任務(wù)是通過(guò)數(shù)值對(duì)比現(xiàn)實(shí)輸出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和扭轉(zhuǎn)情況，從而以此為依據(jù)制定相應(yīng)的措施[1]。

2 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的意義

電動(dòng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性與工業(yè)生產(chǎn)各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展具有緊密的聯(lián)系。變頻調(diào)速技術(shù)能夠?qū)﹄姎膺M(jìn)行有效控制，進(jìn)而改善電動(dòng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行的情況，將系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可控性提升。同時(shí)，依據(jù)電動(dòng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而滿足電動(dòng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)行的基本需要，提高各項(xiàng)工作的規(guī)范性和有序性。因此，為充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化控制的優(yōu)勢(shì)作用，保障各類設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，需要強(qiáng)化變頻調(diào)速技術(shù)推廣的力度。

3 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用原理

變頻器主體、電抗器和輔助器件構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)。其中，變頻器的主體部分是由可控硅整流及多個(gè) IGBT 功率器件所構(gòu)成的逆變器，目的在于達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)和降低故障發(fā)生概率等效果。變頻器通過(guò)饋電開(kāi)關(guān)把進(jìn)入整流模塊的交流供電轉(zhuǎn)為直流，然后經(jīng)濾波電容和IGBT 后，使直流再轉(zhuǎn)為交流電，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的供電。

變頻器主電路采用的是 NPC 三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由整流電路、中間電路和逆變電路三部分組成。變頻器的輸入端是與電壓為1140V 的三相交流電源進(jìn)行連接，交流電經(jīng)整流部件進(jìn)行整流后成為直流電，再經(jīng)過(guò)逆變部件的調(diào)節(jié)，逆變?yōu)轭l率與電壓均可調(diào)節(jié)的交流電，主電路的器件主要包含 IGBT、整流二極管、濾波電容、輸入輸出電抗器。

一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)輸機(jī)的變頻器是在電動(dòng)機(jī)選定以后，根據(jù)其額定的電流或在運(yùn)行過(guò)程中的最大電流進(jìn)行選定的，在不同運(yùn)行狀態(tài)下，變頻器在容量方面的計(jì)算和選取也是不盡相同的，大致來(lái)講，主要是根據(jù)變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理，通過(guò)調(diào)節(jié)額定電流的加速和減速，以及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)階段，來(lái)對(duì)變頻器相應(yīng)的容量進(jìn)行選擇[2]。

4 變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用

4.1 在電動(dòng)機(jī)模型單元中的運(yùn)用

變頻調(diào)速技術(shù)的有效運(yùn)用，為實(shí)現(xiàn)針實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化控制設(shè)備的工作提供必要的基礎(chǔ)。具體來(lái)講，可以電動(dòng)機(jī)為例，工作人員可以通過(guò)施行變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的輸入電壓以及輸入電流等參數(shù)，然后再對(duì)電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)問(wèn)題執(zhí)行必要的精準(zhǔn)識(shí)別操作，即如果發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的某項(xiàng)參數(shù)存在問(wèn)題，就必須得采取必要的措施來(lái)對(duì)設(shè)備當(dāng)中的故障進(jìn)行必要的排查工作，確定故障的發(fā)生源之后，再對(duì)這些故障進(jìn)行有效的維修工作，充分保證電動(dòng)機(jī)能夠長(zhǎng)期維持安全運(yùn)行的狀態(tài)。其中，作為轉(zhuǎn)矩直接控制體系的核心組成部分，電動(dòng)機(jī)模型單元通過(guò)施行變頻調(diào)速技術(shù)，可以將閉環(huán)轉(zhuǎn)速的反饋效果提升，同時(shí)能夠?qū)D(zhuǎn)速精準(zhǔn)度進(jìn)行高效控制，實(shí)現(xiàn)在諸多層面電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行效果的重大提升。

4.2 在深度指示器中的運(yùn)用

實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制工作，經(jīng)營(yíng)者經(jīng)常會(huì)引進(jìn)數(shù)目龐大的工業(yè)設(shè)備，而這些工業(yè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行必須得操作深度指示器。深度指示器如果無(wú)法保持穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，這些工業(yè)設(shè)備的保護(hù)裝置就會(huì)失去應(yīng)有的保護(hù)效用，這對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量以及效率均會(huì)造成極大的消極影響。由此看來(lái)，有效運(yùn)用深度指示器就顯得尤為必要。為充分實(shí)現(xiàn)深度指示器特有的功能效果，應(yīng)當(dāng)在對(duì)深度指示器進(jìn)行研發(fā)時(shí)對(duì)其增設(shè)一個(gè)失效保護(hù)裝置，而此失效保護(hù)裝置增設(shè)工作開(kāi)展當(dāng)中變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用是最為重要的實(shí)施內(nèi)容。即當(dāng)電機(jī)正常開(kāi)機(jī)時(shí)，可以先對(duì)編碼器收集的脈沖信號(hào)實(shí)施必要的累積工作，而后再讀取這些脈沖信號(hào)的數(shù)值。如果這些數(shù)據(jù)未產(chǎn)生明顯的變化，則說(shuō)明該深度指示器沒(méi)有正常運(yùn)行，表明其并不具備保護(hù)的功效，此時(shí)應(yīng)當(dāng)細(xì)致檢測(cè)電氣設(shè)備所存在的問(wèn)題。倘若檢測(cè)設(shè)備表現(xiàn)為進(jìn)入爬行區(qū)狀態(tài)，則該深度指示器就會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，隨之檢測(cè)人員就會(huì)采取必要措施來(lái)對(duì)設(shè)備當(dāng)中的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的排查工作。倘若檢測(cè)設(shè)備未呈現(xiàn)出進(jìn)入爬行區(qū)的狀態(tài)，該深度指示器就會(huì)實(shí)施必要的制動(dòng)措施并執(zhí)行報(bào)警操作[3]。

4.3 在電機(jī)組系統(tǒng)中的運(yùn)用

將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)組系統(tǒng)當(dāng)中也是變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制當(dāng)中最為重要的運(yùn)用形式之一。對(duì)于這個(gè)層面的運(yùn)用，變頻調(diào)速技術(shù)主要有兩個(gè)方面的使用優(yōu)勢(shì)，一是使用變頻調(diào)速技術(shù)之后，電機(jī)組系統(tǒng)就可以基于聯(lián)動(dòng)裝置的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況而對(duì)整體線路執(zhí)行有效的規(guī)劃與調(diào)整工作，具體來(lái)講，如果電機(jī)的數(shù)量比較小，此時(shí)變頻機(jī)就會(huì)與驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)合操作，之后更會(huì)對(duì)參數(shù)較高的電壓執(zhí)行必要的調(diào)節(jié)工作，盡最大程度來(lái)避免發(fā)生高負(fù)荷的情況。二是使用變頻調(diào)速技術(shù)之后，在對(duì)電路執(zhí)行相應(yīng)的配制工作時(shí)變頻系統(tǒng)的內(nèi)部會(huì)基于標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)而對(duì)電機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行模式執(zhí)行必要的劃分操作，然后再把電機(jī)組系統(tǒng)的每一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)件都集中到一個(gè)平臺(tái)上，并將電網(wǎng)的調(diào)控系統(tǒng)設(shè)置為電機(jī)組系統(tǒng)的主電路，使用電壓逆變的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于能量的有效傳遞。而調(diào)頻器與電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)合操作能夠促使各項(xiàng)具體的電力數(shù)據(jù)在客戶的終端設(shè)備上清晰得現(xiàn)象出來(lái)，這對(duì)體現(xiàn)出電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活性具有重要的意義[4]。而且，當(dāng)電力系統(tǒng)處于用電高峰時(shí)期，使用變頻調(diào)速技術(shù)可以促使電機(jī)組系統(tǒng)能夠依照電機(jī)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)頻率而對(duì)當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)模式執(zhí)行必要的切換工作，而后就可以促使檢測(cè)中心的仿真保護(hù)模式得以有效啟動(dòng)。

4.4 在工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域中的運(yùn)用

在實(shí)現(xiàn)工業(yè)電氣自動(dòng)化控制當(dāng)中，變頻調(diào)速技術(shù)在節(jié)約能源方面也有著較為深入的應(yīng)用。相關(guān)權(quán)威數(shù)據(jù)資料表明，變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域有著十分廣泛的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，其對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益的重大提升具有重要的意義，主要原因在于，變頻器能夠在電力系統(tǒng)中對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行必要的設(shè)定工作，并能夠?qū)⒗^電器作為控制中心來(lái)有效規(guī)劃電壓的回路。倘若電流或者電壓超過(guò)了額定值的20%，就說(shuō)明自動(dòng)化控制系統(tǒng)的啟動(dòng)速率存在著過(guò)高的情況，即電路當(dāng)中出現(xiàn)了耗能明顯的問(wèn)題，此時(shí)預(yù)警中心會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，指示燈隨之也會(huì)變成紅色，這就提醒工作人員必須立馬對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的重置工作[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域不斷進(jìn)行技術(shù)革新的背景下，變頻調(diào)速技術(shù)自身具備多種優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。借助變頻調(diào)速技術(shù)能夠在一定程度上提高電氣自動(dòng)化控制的精度，并簡(jiǎn)化自動(dòng)化控制結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，有助于節(jié)約控制成本，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推動(dòng)企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展優(yōu)化，達(dá)到企業(yè)改進(jìn)創(chuàng)新的效果。因此，技術(shù)人員需要掌握變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的要點(diǎn)，有效提高電氣自動(dòng)化控制的水平。