電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用

趙 剛

（河南省駐馬店市豫龍同力水泥有限公司，河南駐馬店 463200）

0 引言

受多種因素的制約，傳統(tǒng)的工業(yè)電氣控制系統(tǒng)存在浪費(fèi)資源、破壞環(huán)境等不足。隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣工程廣泛運(yùn)用。變頻調(diào)速技術(shù)源于工業(yè)電氣自動(dòng)化控制技術(shù)，是科技時(shí)代的重要產(chǎn)物。合理運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)，一方面可以促進(jìn)生產(chǎn)效率的顯著提升，降低電機(jī)能耗，另一方面可以減少財(cái)力物力的投入，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏，助力國(guó)家經(jīng)濟(jì)和工業(yè)自動(dòng)化的穩(wěn)健發(fā)展。

1 變頻調(diào)速技術(shù)的概念和特征

1.1 變頻調(diào)速技術(shù)的概念

變頻調(diào)速技術(shù)工作原理主要是依托對(duì)電機(jī)頻率的調(diào)節(jié)，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)生產(chǎn)的目的。基于電氣自動(dòng)化控制技術(shù)中的變頻調(diào)速技術(shù)，其表示公式為n=60f（1-s）/p。其中，n 為轉(zhuǎn)速，f 為供電頻率，s 為較差率，p 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，僅需要通過(guò)對(duì)變量的控制，便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化及能源控制[1]。在電氣自動(dòng)化控制中，合理、有效的運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)能進(jìn)一步解決點(diǎn)擊耦合的問(wèn)題，保障工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)或管控有條不紊地進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率。

1.2 變頻調(diào)速的相關(guān)特征

當(dāng)前大多數(shù)變頻調(diào)速器件主要是為了低成本或保障工業(yè)生產(chǎn)效率，變頻調(diào)速器件主要是在TSMC 90 nm 的基礎(chǔ)上，選擇300 nm 的晶圓。器件在硅區(qū)的選用上以最小化為主，追本溯源，主要是其器件可以通過(guò)發(fā)揮單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜數(shù)字化系統(tǒng)的支持，所以變頻調(diào)速器成本較低[2]。由于不同工程的差異性，因此其對(duì)變頻器的使用要求也不同，當(dāng)前市場(chǎng)上通用的變頻器硬件結(jié)構(gòu)具體分為獨(dú)立式變頻器、帶能量回饋單元和公共直流母線式的變頻器。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下，獨(dú)立式變頻器主要依托逆變單元與整流單元的整合來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，通常情況下它可以作用于一臺(tái)電機(jī)，主要應(yīng)用于一般工業(yè)負(fù)載領(lǐng)域。從內(nèi)部原理來(lái)分析，主要利用JTAG 及AS 配置法，即其內(nèi)部所采用的電路模塊需要同時(shí)滿足JTAG 及AS 兩種方式，應(yīng)用芯片以EPCS1 為主。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的作用

2.1 有助于電氣設(shè)備的安全運(yùn)行

在工業(yè)生產(chǎn)中電氣設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要，但受多種因素的制約，電氣設(shè)備在運(yùn)行期間存在多種不可控因素，如果不加強(qiáng)管控則會(huì)埋下諸多安全隱患。為確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，在工業(yè)生產(chǎn)中要合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化控制設(shè)備，依托自動(dòng)化設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。在電氣自動(dòng)化控制技術(shù)體系中，變頻調(diào)速技術(shù)占據(jù)舉足輕重的地位，它可以針對(duì)性地分析或調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀況，監(jiān)控或管理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保障電氣設(shè)備的安全運(yùn)行[3]。

2.2 有助于提升電氣自動(dòng)化控制效果

通過(guò)不斷優(yōu)化或改變頻調(diào)速技術(shù)，可以促進(jìn)電氣自動(dòng)化控制水平的提升和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。在信息技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)也在不斷發(fā)展，相關(guān)工作人員可以遵循變頻調(diào)速技術(shù)功能，全方位地分析或動(dòng)態(tài)化管控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在第一時(shí)間了解問(wèn)題，并采取針對(duì)性的措施解決問(wèn)題，最大限度保障設(shè)備安全運(yùn)行，規(guī)避資源浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.3 有助于達(dá)到全面調(diào)控的目的

變頻技術(shù)的特點(diǎn)是能改變電源頻率，優(yōu)化調(diào)整控制電機(jī)轉(zhuǎn)速問(wèn)題，從電氣自動(dòng)化控制的角度來(lái)分析，變速調(diào)速、調(diào)頻技術(shù)的合理運(yùn)用，有助于確保電氣設(shè)備的平穩(wěn)、持續(xù)工作。當(dāng)前，節(jié)能變頻器作為一種變頻調(diào)速技術(shù)在自動(dòng)化控制中已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用，主要是因?yàn)槠淠軌蜻M(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)速功能，全面調(diào)控電機(jī)。操作人員可以嚴(yán)格遵循變頻調(diào)速技術(shù)功能，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)電流大小，規(guī)避具體操作過(guò)程中的安全隱患。

3 電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

3.1 小標(biāo)題是脈沖優(yōu)化選擇器

技術(shù)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)其功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是保證自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。為此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選擇控制芯片，并設(shè)定信號(hào)源（OFDM，即Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù)），對(duì)與之關(guān)聯(lián)的電路模塊進(jìn)行功能編寫，包括FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立葉變換）、星座映射、緩沖模塊、D/A（Digital to Analog，數(shù)模）轉(zhuǎn)換、插入循環(huán)前綴等，以保證各模塊之間的銜接與功能實(shí)現(xiàn)。其中，尤其要關(guān)注信號(hào)源的設(shè)定，仿真試驗(yàn)中應(yīng)采取倒序的方式進(jìn)行，先完成各模塊組合，再進(jìn)行信號(hào)源（OFDM）設(shè)置，以確保設(shè)計(jì)的可靠性。在運(yùn)用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)整流電路燒毀的情況，為降低此類事件的發(fā)生，可以依托變頻調(diào)速技術(shù)中的抑制措施來(lái)抑制電路中的浪涌電流，以確保整個(gè)電路的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3.2 自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型

其功能主要就是根據(jù)電機(jī)電流檢測(cè)結(jié)果和輸入電壓的對(duì)比，對(duì)電機(jī)的自動(dòng)識(shí)別參數(shù)進(jìn)行明確。在轉(zhuǎn)矩控制中，自適應(yīng)電機(jī)模型是非常重要的一個(gè)分支，同時(shí)也是最為關(guān)鍵的一個(gè)單元。自適應(yīng)電機(jī)模型由于自身優(yōu)勢(shì)顯著，可以廣泛運(yùn)用于諸多工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所中，通過(guò)合理控制模型的轉(zhuǎn)速來(lái)發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)。通常情況下，自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型的控制轉(zhuǎn)速在0.5%，適用于閉環(huán)轉(zhuǎn)速中。在工業(yè)電氣控制中自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型是至關(guān)重要的，原因主要是因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)中電氣化占據(jù)著主導(dǎo)地位，對(duì)自適應(yīng)電機(jī)模型的合理運(yùn)用有助于夯實(shí)工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

3.3 深度指示器

深度指示器是電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可或缺的部分，它可以科學(xué)識(shí)別電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中存在的問(wèn)題，并采取針對(duì)性的措施處理故障，保障電氣系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。如果電氣設(shè)備在具體的運(yùn)行過(guò)程中存在問(wèn)題，則會(huì)大大增加系統(tǒng)運(yùn)行的危險(xiǎn)性。

在深度指示器中合理運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以有效讀取或分析深度指示器設(shè)備當(dāng)中數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還能對(duì)編碼器中脈沖信號(hào)采集情況進(jìn)行識(shí)別，采取針對(duì)性地措施處理問(wèn)題，并充分利用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)其問(wèn)題進(jìn)行處理。在這一過(guò)程中如果遇到重大故障問(wèn)題，則需要及時(shí)將問(wèn)題傳輸?shù)街付ㄏ到y(tǒng)內(nèi)，讓上級(jí)工作人員進(jìn)行解決處理。

3.4 優(yōu)化脈沖選擇器

針對(duì)脈沖選擇器所收集的信息數(shù)據(jù)，應(yīng)給予及時(shí)的分析與處理，同時(shí)以其為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行OFDM 信號(hào)設(shè)備的調(diào)節(jié)與優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)接收的準(zhǔn)確性與及時(shí)性；注重對(duì)結(jié)構(gòu)模塊電路的編寫與改進(jìn)，保持各模塊間的銜接與功能的完整性，促進(jìn)其性能地發(fā)揮。但受制于變頻調(diào)速技術(shù)問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)會(huì)存在不確定因素，導(dǎo)致電解電容器容量離散問(wèn)題產(chǎn)生，從而使電壓傳輸出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此需要采取科學(xué)方式，確保電壓值平衡及電阻控制，以保持設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)主要是因?yàn)樵谟行Т_保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，通常還會(huì)抑制浪涌電流，這樣就能最大限度地確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行，防止電路被燒壞。

3.5 設(shè)備安全保障措施

（1）主線、配線隔離運(yùn)行措施。主要是在兩者之間提升獨(dú)立運(yùn)行能力且產(chǎn)生隔離效應(yīng)，以此降低變頻調(diào)速器受電磁感應(yīng)的影響系數(shù)。

（2）遮光措施。即針對(duì)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景，采取遮光棚減少曝光強(qiáng)度，以減少其對(duì)設(shè)備使用的影響。

（3）橡膠減振措施。主要依靠在設(shè)備底部增加橡膠墊的方式，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中降低振動(dòng)性，從而減少振動(dòng)對(duì)變頻調(diào)速器性能及精度的影響。

由于受到多種外界因素的干擾，在變頻調(diào)速裝置運(yùn)行中難免會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，因此需要根據(jù)設(shè)備具體情況采取相應(yīng)的安全保障措施。

3.6 等速區(qū)間的超速控制保護(hù)

當(dāng)前電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備在工業(yè)電氣企業(yè)中的運(yùn)用較為廣泛，電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備在等速區(qū)間運(yùn)行，最大限度地利用電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，基于超速運(yùn)行或是電機(jī)拉動(dòng)過(guò)載力較大的情況下第一時(shí)間發(fā)生預(yù)警，有效保護(hù)等速區(qū)間的超速控制。為實(shí)現(xiàn)等速區(qū)間的超速控制保護(hù)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中要求設(shè)置以下兩個(gè)控制保護(hù)：一是速度控制不能超過(guò)10%，二是在正常運(yùn)行過(guò)程中速度要保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.7 電氣設(shè)備節(jié)能降耗

電氣設(shè)備應(yīng)用中往往存在高能耗、高負(fù)荷、低產(chǎn)出等問(wèn)題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的效率與安全性，并且會(huì)增加產(chǎn)品成本，甚至造成環(huán)境影響。因此，變頻調(diào)速器的應(yīng)用必須要結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)與運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置，以保證設(shè)備運(yùn)行中對(duì)頻率的有效控制，達(dá)到良好的負(fù)荷與狀態(tài)?？傊纫l(fā)揮變頻調(diào)速器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又要保障電氣設(shè)備在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的效率，使之設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與預(yù)期數(shù)據(jù)保持一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，合理有效地運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)有助于改善電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的效果，助力工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，為全面提升我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)能力提供強(qiáng)大的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。因此，相關(guān)人員要認(rèn)識(shí)到變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格根據(jù)其原則或要求，統(tǒng)一規(guī)劃和科學(xué)部署變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容，從整體上提高電氣自動(dòng)化設(shè)備的控制精度或運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)的穩(wěn)健、長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。