電氣自動化中變頻調(diào)速技術(shù)的有效應(yīng)用研究

李佳勇

（丘引信息技術(shù)（天津）有限責(zé)任公司，天津 300202）

近年來，我國工業(yè)電氣自動化控制技術(shù)取得長足的進(jìn)步，基本實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的健康綠色發(fā)展。利用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅可以提高自動化控制水平和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)有助于降低電能消耗并優(yōu)化資源配置。由于變頻調(diào)速技術(shù)性能優(yōu)越，利潤和技術(shù)附加值又十分可觀，因此未來的發(fā)展前景普遍看好。面對時(shí)代賦予的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，企業(yè)技術(shù)工作人員應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)地研究并推廣變頻調(diào)速技術(shù)，提高系統(tǒng)電網(wǎng)適應(yīng)性，這是具有顯著現(xiàn)實(shí)意義的。

1 應(yīng)用概述

1.1 應(yīng)用原理

變頻調(diào)速技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)末，最初由外國學(xué)者所提出，主要是為了解決交流電機(jī)的耦合問題。其應(yīng)用原理為電源的輸入頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生正比，通過變化電源的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。在上述原理的基礎(chǔ)上，變頻器不斷升級和優(yōu)化，性能和質(zhì)量越來越高。按照直流條件下的調(diào)速原理，亦可以實(shí)現(xiàn)矢量變換，確保交流調(diào)速能力同步提高。該理論提出以來，各國的學(xué)者紛紛對其進(jìn)行深入研究。在對電壓逆變器展開研究過程中，發(fā)現(xiàn)通過對定子磁力鏈與轉(zhuǎn)子磁力鏈進(jìn)行控制后，可以讓兩鏈間的夾角更加穩(wěn)定，達(dá)到了對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的預(yù)期控制目標(biāo)。時(shí)至今日，關(guān)于變頻調(diào)速技術(shù)的研究一直沒有停下腳步，基于其控制效果高于直流調(diào)速的優(yōu)勢，極大提升了應(yīng)用的可靠性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。目前國內(nèi)外眾多企業(yè)都在應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，國內(nèi)直流調(diào)速技術(shù)不斷被變頻調(diào)速所取代，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用前景更加廣闊，逐漸成為未來電氣自動化發(fā)展的主要方向。

1.2 技術(shù)特征

依靠電源輸入頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，變頻調(diào)速技術(shù)可以確保電機(jī)控制效果。經(jīng)由與各類先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，提升設(shè)備利用率與運(yùn)用便捷性，達(dá)到有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在電氣自動化控制中，變頻調(diào)速技術(shù)之所以能夠保障設(shè)備的有效運(yùn)行，與其固有的特性是分不開的。首先，該技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，針對企業(yè)用電動機(jī)功率和瞬間啟動問題，能夠控制電機(jī)的啟動頻率，發(fā)揮了其潛在的通用性優(yōu)勢，將啟動電流控制在預(yù)期區(qū)間范圍內(nèi)。確保設(shè)備的穩(wěn)定持久運(yùn)行。其次，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益完善，調(diào)速器的功能和性能也逐漸向電氣自動化控制一體化邁進(jìn)，為此調(diào)速效率進(jìn)一步增高。鑒于諸多現(xiàn)代科技的融入，一方面可以結(jié)合電機(jī)的工作情況實(shí)現(xiàn)一體化的操作。另一方面，技術(shù)操作較為便捷，能夠補(bǔ)償功率因數(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)的效益又十分突出，在變頻調(diào)速節(jié)能方面具有顯著的效能。

2 電氣自動化中變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用背景

2.1 必然性分析

基于變頻調(diào)速技術(shù)電機(jī)啟動沖擊小的優(yōu)勢，能夠?qū)﹄姍C(jī)啟動電流進(jìn)行有效的控制。隨著企業(yè)競爭壓力的加劇，如何解決生產(chǎn)效率問題成為了企業(yè)立足的關(guān)鍵。目前國內(nèi)工業(yè)電氣生產(chǎn)的整體水平很高，為變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新提供了平臺和保障。將二者充分融合，既可以節(jié)約資源減少不必要的浪費(fèi)，同時(shí)能夠強(qiáng)化工業(yè)產(chǎn)業(yè)的科技含量，提供寶貴的參考經(jīng)驗(yàn)。尤其是綠色環(huán)保和節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，工業(yè)電氣生產(chǎn)亟需引進(jìn)新技術(shù)為社會貢獻(xiàn)一份力量。就目前而言變頻調(diào)速技術(shù)仍是一項(xiàng)新興科技，雖然其調(diào)速范圍寬，動態(tài)響應(yīng)快，可以有效節(jié)約電能，在電源適應(yīng)性強(qiáng)方面具有顯著的優(yōu)勢，但是將其應(yīng)用于電氣自動化中，還需要加深變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用，合理縮減能源與成本，促進(jìn)自動化控制技術(shù)性能的日益匹配和完善。經(jīng)由變頻器的安裝和運(yùn)用，借助變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行有效控制，電氣自動化控制可實(shí)時(shí)監(jiān)測其運(yùn)行情況，促進(jìn)自動化控制技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，確保經(jīng)濟(jì)效益及控制落到實(shí)處。加深變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用，能大幅改善工作效率，縮減資源投入，避免了能源過度損耗。

2.2 應(yīng)用價(jià)值分析

2.2.1 推動自動化控制技術(shù)可持續(xù)發(fā)展

隨著工業(yè)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，電氣自動化技術(shù)正處于快速發(fā)展的歷史階段。電氣自動化技術(shù)不僅是工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵因素，亦是提升行業(yè)競爭力的有力武器。就該技術(shù)本身而言，通過將計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)進(jìn)行集成，為此關(guān)聯(lián)范圍較廣，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最為引人矚目。變頻調(diào)速技術(shù)是自動化控制技術(shù)發(fā)展的新型武器，電動機(jī)電流和變頻器融合之后，能夠讓電氣設(shè)施自動化運(yùn)行，有效實(shí)現(xiàn)了對電氣自動化運(yùn)行的平穩(wěn)控制。

2.2.2 合理縮減能源與成本

工業(yè)電氣自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)可以提升運(yùn)轉(zhuǎn)期間的安全可靠性能，通過電源頻率調(diào)節(jié)控制電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)與節(jié)能變頻器協(xié)同效應(yīng)，確保經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)效果。此外加深變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用有助于避免能源過度損耗，進(jìn)一步發(fā)揮技術(shù)的精準(zhǔn)性、高利用率的優(yōu)勢，縮減了檢測與調(diào)控范圍，為合理縮減能源與成本奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有極強(qiáng)的推廣價(jià)值。

2.2.3 大幅改善工作效率

電氣自動化控制往往需要多臺設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，設(shè)備長時(shí)間處于正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)會造成電力損耗嚴(yán)重。經(jīng)由變頻調(diào)速技術(shù)的利用，通過電流科學(xué)分配，在輕載狀態(tài)下可失電運(yùn)行更長時(shí)間，極大改善了工作效率，既縮減沒必要的投入，又可以減少設(shè)備磨損，從而構(gòu)建穩(wěn)定的工作環(huán)境，增加工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效益。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于礦井指示器保護(hù)

煤礦井下的環(huán)境十分復(fù)雜，需要用到大量的電氣提升設(shè)備，并借助多重保護(hù)機(jī)制提升工作狀態(tài)的穩(wěn)定性能。良好的電氣自動化設(shè)備體系不僅是煤礦井下作業(yè)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)關(guān)乎著礦井下工人的生命及身體安全。然而在整個(gè)繁雜多變的工作期間，電氣設(shè)備系統(tǒng)容易受到外界的不良干擾，造成系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。一旦發(fā)生功能失效的情況，勢必會引發(fā)設(shè)備系統(tǒng)整體性能出現(xiàn)不同程度的異常。在實(shí)際工作中，相關(guān)操作人員利用變頻調(diào)速設(shè)備，采取有效的故障保護(hù)方式，首先可以判定電氣自動化設(shè)備是否處于良好運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時(shí)將電機(jī)開啟到工作狀態(tài)之后，根據(jù)周期內(nèi)編碼脈沖的疊加情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，獲取比較器的脈沖數(shù)值。通過對數(shù)據(jù)前后的比較，將編碼器與比較器的前后數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)和記錄，如若數(shù)據(jù)沒有較大的差異，則代表指示器具有缺陷或存在異常情況的潛在風(fēng)險(xiǎn)，解除異常。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于礦井指示器保護(hù)工作，能夠避免設(shè)備留下隱患的幾率，維護(hù)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，逐漸解除相應(yīng)的預(yù)警信號，并為維修人員檢修變頻設(shè)備提供數(shù)據(jù)支撐，確保檢修率符合標(biāo)準(zhǔn)，避免應(yīng)急制動裝置的影響，恢復(fù)深度指示器的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)等速區(qū)間的超速控制。

3.2 應(yīng)用于等速區(qū)間的超速控制保護(hù)

在工業(yè)電氣企業(yè)中，電機(jī)拉動設(shè)備的運(yùn)用范圍十分廣泛，且應(yīng)用頻率極為頻繁。眾所周知，設(shè)備長期使用的過程中，電氣自動化多處于等速區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)，利用變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效控制電機(jī)工作運(yùn)行速度。一方面，變頻調(diào)速技術(shù)的突出價(jià)值在于可以實(shí)現(xiàn)預(yù)警模式，尤其是在實(shí)際工作中針對設(shè)備超載、超速等情況，就會減慢運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)等速區(qū)間的超速控制。另一方面，變頻系統(tǒng)設(shè)備還可以有效控制設(shè)備運(yùn)行速度，及時(shí)地發(fā)出預(yù)警并采取緊急措施，降低運(yùn)行速度，進(jìn)行電機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全回路的目標(biāo)。在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，如果出現(xiàn)異常情況，監(jiān)控機(jī)械設(shè)備開始自動實(shí)施保護(hù)措施，必須要讓速度控制不能超過10%，結(jié)合應(yīng)用最新的電氣自動化技術(shù)，最后完成超速或超載的控制。當(dāng)然在生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行過程中，技術(shù)操作人員應(yīng)該加大對等速區(qū)間的超速控制保護(hù)的研究，定期對設(shè)備進(jìn)行維修、記錄和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，及時(shí)解決生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。問題一旦出現(xiàn)就要立即整改，最大限度地避免超過實(shí)際的界定轉(zhuǎn)速值，確保延長電機(jī)拉動設(shè)備的使用壽命。

3.3 應(yīng)用于減速區(qū)段低速控制保護(hù)

在電氣自動化控制系統(tǒng)當(dāng)中，變頻調(diào)速技術(shù)不僅適用于等速區(qū)間的超速控制保護(hù)，同樣還可以在減速區(qū)間控制方面發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值和功能。在實(shí)際的變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用中，減速區(qū)間控制的地位至關(guān)重要。當(dāng)系統(tǒng)減速到設(shè)備臨界點(diǎn)，電氣自動化控制設(shè)備會在變頻設(shè)備的導(dǎo)向下，形成與之對應(yīng)的控制保護(hù)跟進(jìn)，促進(jìn)設(shè)備穩(wěn)定控制效果。技術(shù)人員在實(shí)際的工作中，利用變頻、PLC設(shè)備，在做好監(jiān)控速度的基礎(chǔ)上，科學(xué)實(shí)施取樣工作，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)地核對相關(guān)數(shù)據(jù)值、安全設(shè)定值，確保減速區(qū)段系統(tǒng)處于正常良性運(yùn)轉(zhuǎn)。通過對比反饋值固定時(shí)間，一旦速度與這一設(shè)定范圍值出現(xiàn)沖突和差異，進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控對比，PLC智能電氣自動控制技術(shù)應(yīng)用便會發(fā)出安全警告提示，從而實(shí)時(shí)控制設(shè)備運(yùn)行及系統(tǒng)有效仿真驗(yàn)證，提升設(shè)備工作運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)減速控制調(diào)節(jié)效用，有效控制并對系統(tǒng)減速進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成電氣設(shè)備的保護(hù)。

3.4 應(yīng)用于電機(jī)單元模型

在電機(jī)單元模型中，自適應(yīng)電機(jī)模型模塊不僅是常見的變頻系統(tǒng)，亦是有效地檢測輸入和輸出電流和電壓的重要途徑。在生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，自適應(yīng)電機(jī)模型單元通過做出有效的判斷，結(jié)合對參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)工作性能參數(shù)互相匹配。為了提升變頻調(diào)速的自動化適應(yīng)效果，技術(shù)人員在實(shí)踐運(yùn)用中應(yīng)該基于獲知的數(shù)值，明確相關(guān)參數(shù)和轉(zhuǎn)矩控制，合理地規(guī)劃電源的制衡及布局整體線路，做好電機(jī)直接接觸的調(diào)控，以期實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制的目的。作為現(xiàn)如今常見的變頻系統(tǒng)，應(yīng)該按照實(shí)情進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，合理匹配精度選擇與控制舉措。通過對比反饋值固定時(shí)間與參考值，待參數(shù)判斷工作結(jié)束之后，做好調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)矩的銜接，助力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。變頻調(diào)速系統(tǒng)在自適應(yīng)電機(jī)模型模塊的應(yīng)用還體現(xiàn)在變頻調(diào)速的效率性，選擇合理的變頻器，不需要對電流進(jìn)行解耦，結(jié)合電流值進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，既可以呈現(xiàn)較高的報(bào)送和反饋效率，還可以通過數(shù)據(jù)編碼提升變頻調(diào)速的精度，使電機(jī)獲得更好的靜態(tài)和動態(tài)性能，取得靈活性、有效性地調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動變速功能。

3.5 應(yīng)用于節(jié)能降耗方面

節(jié)能生產(chǎn)是大勢所趨的導(dǎo)向，將變頻調(diào)速技術(shù)引入到電氣自動化當(dāng)中，對電流進(jìn)行合理的分配，可以很好地解決設(shè)備高負(fù)荷、高能耗的問題，幫助企業(yè)縮減能源損耗及生產(chǎn)成本。在具體的實(shí)踐應(yīng)用過程中，以繼電器為核心，獨(dú)立變頻器的利用，減少了因?yàn)榱慵?guī)模原因，特別是針對性應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組節(jié)能系統(tǒng)中，合理規(guī)劃電壓回路，對整體的系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生保護(hù)，提升電機(jī)驅(qū)動性能和效率，實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，電容周圍并聯(lián)均壓電阻離散問題，取得了比較理想的應(yīng)用效果。為此應(yīng)結(jié)合對電機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，專門配置1臺與之對應(yīng)的變頻器設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，由綠色指示燈變?yōu)榧t色，提高電能的利用率。通過實(shí)時(shí)地了解設(shè)備的電能供應(yīng)，帶來全方位調(diào)控給予的基礎(chǔ)保障。當(dāng)變頻器系統(tǒng)出現(xiàn)預(yù)警信號提示，便可以得知電壓電流所超出的標(biāo)準(zhǔn)值，完成電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的高效監(jiān)測及節(jié)能降耗管理，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的效果。

4 結(jié)束語

總之，在工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)中，變頻調(diào)速技術(shù)基于其獨(dú)有的可靠性和穩(wěn)定性優(yōu)勢，能夠保障系統(tǒng)安全高效運(yùn)行，節(jié)省了大量人力、物力、財(cái)力成本，減少超負(fù)荷狀態(tài)下系統(tǒng)故障問題的發(fā)生，避免電動機(jī)處在超負(fù)荷狀態(tài)中，獲取了極為廣泛的運(yùn)用。確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益最大化，同時(shí)還響應(yīng)了綠色生產(chǎn)的要求。為此加大對該研究領(lǐng)域的投入十分必要，且具有非常重要的意義。當(dāng)然變頻調(diào)速技術(shù)仍需進(jìn)一步改進(jìn)，強(qiáng)化電氣自動化控制效果，充分實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行的功能。未來企業(yè)和科技人員應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行完善和創(chuàng)新工作，推動電氣行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。