變頻調(diào)速技術(shù)及其在工業(yè)電氣自動化控制中的運(yùn)用

王翠玉

（武昌工學(xué)院,湖北 武漢 430065）

隨著電氣自動化控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用也深入到人們生活和工作的方方面面，提供了很多的便利。但電氣自動化控制系統(tǒng)的粗放功耗非常高，資源消耗相對較大，而依靠變頻調(diào)速技術(shù)，能有效地解決這個(gè)高能耗的問題，提升整體效果和產(chǎn)品質(zhì)量。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，還可以避免傳統(tǒng)直流技術(shù)的一些缺點(diǎn)。

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速技術(shù)起源較晚，但發(fā)展較快。20世紀(jì)80年代以來，其主要應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，應(yīng)用范圍也越來越大，技術(shù)本身也在不斷改進(jìn)和提升。因此，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能越來越多。

1.1 變頻調(diào)速技術(shù)基本原理

變頻調(diào)速技術(shù)的基本原理是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系，通過改變電動機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的?？梢越柚绦蛄鞒虂聿倏靥幱谶\(yùn)行狀態(tài)的電機(jī)，控制速比、開關(guān)電源頻率等指標(biāo)值，從而改變輸出功率，科學(xué)地操控電機(jī)的額定功率。

響應(yīng)式運(yùn)動模型模塊，是變頻調(diào)速技術(shù)本質(zhì)中最重要的組成部分，其具體作用是檢查電機(jī)中的電流參數(shù)是否正常，從而全面掌握電機(jī)的所有主要參數(shù)，并為下一步工作做出貢獻(xiàn)。這個(gè)部件的效率非常關(guān)鍵，它可以立即進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，如果速比精度高于要求的范圍，就會反映給相關(guān)人員，進(jìn)而提升其使用的實(shí)際效果。

電壓比較器包括轉(zhuǎn)矩電壓比較器和磁通電壓比較器，這兩種電壓比較器的作用是將反饋值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，每20 ms比較一次，比較后，根據(jù)磁滯控制器輸出轉(zhuǎn)矩或電磁場條件，可以立即掌握扭矩和電磁場狀況，為采取有效方法提供依據(jù)。

1.2 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用必要性

1.2.1 推動行業(yè)發(fā)展、提高工業(yè)電氣設(shè)備自動化程度

近年來，我國工業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展，社會發(fā)展整體生產(chǎn)力逐步增長。主要影響因素是工業(yè)生產(chǎn)用電設(shè)備現(xiàn)代化水平不斷提高，替代人力資源進(jìn)行24小時(shí)高強(qiáng)度、高精度、高效率的生產(chǎn)工作。從某種意義上說，電氣設(shè)備自動化技術(shù)水平的高低，象征著我國工業(yè)生產(chǎn)未來的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，通過調(diào)整設(shè)備電源連接頻率控制電機(jī)的額定功率，調(diào)整電氣設(shè)備的運(yùn)行方式和效率，大大提高了設(shè)備的自動化水平，促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，社會發(fā)展整體生產(chǎn)力不斷提高。

1.2.2 提高電氣自動化控制水平

變頻調(diào)速技術(shù)是我國未來改革發(fā)展的新趨勢。近年來，變頻調(diào)速技術(shù)在不斷發(fā)展和提升。變頻調(diào)速技術(shù)的加入，可以提高機(jī)電一體化運(yùn)行水平，促進(jìn)機(jī)電一體化控制系統(tǒng)水平的進(jìn)一步提高。此外，變頻調(diào)速技術(shù)是一種可根據(jù)工況進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)速技術(shù)。可根據(jù)具體工況降低能耗、提高效率，達(dá)到節(jié)能降耗的效果，符合社會發(fā)展趨勢。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在一些領(lǐng)域中的主要作用

2.1 提高工業(yè)電氣設(shè)備自動化程度

近年來，我國工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，一個(gè)重要影響因素是工業(yè)電氣設(shè)備智能化水平不斷提高，能替代人力資源24 小時(shí)高強(qiáng)度、高精度、高效率地連續(xù)工作。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，通過調(diào)整設(shè)備的開關(guān)電源頻率，來調(diào)整電機(jī)的額定功率，進(jìn)而調(diào)整用電設(shè)備的運(yùn)行方式和提高效率，大大提高了電機(jī)的智能化水平，提高了工業(yè)電氣設(shè)備自動化程度。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備，降低能耗

在工業(yè)電氣設(shè)備的運(yùn)行中，如果不能根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和多方面的自動化技術(shù)，將電氣設(shè)備的運(yùn)行調(diào)整到高效率，企業(yè)就需要將各種電氣設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷提高到更高的范圍。這雖然保證了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和企業(yè)的生產(chǎn)力，但也消耗了大量額外的電能，增加了生產(chǎn)成本。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用從源頭上解決了這個(gè)問題。變頻調(diào)速技術(shù)可根據(jù)具體工況對電氣設(shè)備的運(yùn)行頻率進(jìn)行合理的調(diào)整，從多方面保證生產(chǎn)力和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，很大程度上降低了設(shè)施運(yùn)行的能耗，達(dá)到節(jié)能降耗的實(shí)際效果，是符合社會發(fā)展的一種技術(shù)。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化操作中的應(yīng)用分析

與傳統(tǒng)直流技術(shù)相比，變頻調(diào)速技術(shù)更符合節(jié)能環(huán)保的整體要求，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)直流技術(shù)的諸多不足，全面提高電氣自動化控制能力。變頻調(diào)速技術(shù)很好地融入了電氣自動化操作的相應(yīng)規(guī)定中，在電氣自動化中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.1 變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控車床上的應(yīng)用，可以減少資源和能源的消耗。從數(shù)控車床的實(shí)際運(yùn)行情況來看，數(shù)控車床在運(yùn)行過程中通常會消耗大量的電能，變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控車床行業(yè)中的應(yīng)用，可以改變以往采用工頻控制機(jī)床的操作方式，有效控制數(shù)控機(jī)床傳動齒輪主軸轉(zhuǎn)速的選擇范圍，進(jìn)而完成對數(shù)控機(jī)床的精準(zhǔn)維修保養(yǎng)。數(shù)控車床采用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅減少了資源和電能的消耗，節(jié)約了企業(yè)的運(yùn)行成本，而且合理提高了數(shù)控車床的工作效率。采用變頻調(diào)速技術(shù)控制數(shù)控車床后，不僅使數(shù)控車床得到了改進(jìn)和提高，還降低了數(shù)控車床在使用過程中對多種金屬復(fù)合材料的消耗。

3.2 變頻調(diào)整技術(shù)在脈沖優(yōu)化選擇器中的應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)在脈沖優(yōu)化選擇器中的應(yīng)用主要是根據(jù)集成的IC對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析求解，然后針對OFDM部署信號源制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案；同時(shí)也可以編寫五個(gè)控制模塊的精簡行來完成各個(gè)控制模塊的相應(yīng)功能。但要注意，該方式很容易出現(xiàn)電解電容體積過于離散，導(dǎo)致工作電壓不一樣的情況。這種情況發(fā)生后，會危及整個(gè)系統(tǒng)的合理運(yùn)行。此時(shí)就需要采取對策來緩解，最有效的方法是在電容旁邊串聯(lián)一個(gè)阻值相同的均壓電阻。為了更好地保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，通常會抑制浪涌電壓，以確保在電源電路運(yùn)行時(shí)逆變電路不會被燒毀。

3.3 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(yùn)行的環(huán)節(jié)中，通常依賴于外部電能的傳輸。在這個(gè)環(huán)節(jié)，會消耗更多的財(cái)力和人力，為了更好地節(jié)約能源和人力成本，大多數(shù)機(jī)電自控系統(tǒng)逐漸包含了自身的發(fā)電系統(tǒng)，而變頻技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中起到了非常關(guān)鍵的作用。在逆變調(diào)速技術(shù)下，可以減少發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行誤差，防止因電流常見故障導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)偏癱的問題。此外，將變頻技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電系統(tǒng)后，可以操控交流電源的高低，完成電力工程資源的有效利用和配置，降低電氣自動化發(fā)生的成本。

3.4 變頻調(diào)速技術(shù)保護(hù)預(yù)防措施

在工業(yè)電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，會采取各種封裝對策，防止工業(yè)電氣設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。在整個(gè)工業(yè)電氣生產(chǎn)系統(tǒng)中，深度保護(hù)裝置的位置非常重要。當(dāng)深度指示設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)常見故障時(shí)，會造成設(shè)備大面積連鎖反應(yīng)，財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重。這種情況下，若加入變頻調(diào)速技術(shù)，可以為深度指示設(shè)備提供維護(hù)預(yù)防措施。設(shè)備在運(yùn)行過程中，會周期性地進(jìn)行斷臂，以解決設(shè)備在一定時(shí)間內(nèi)反復(fù)積累的脈沖數(shù)據(jù)信號。處理過程中，一旦出現(xiàn)異常情況，表明設(shè)備在運(yùn)行中存在常見故障，立即采取有效的常見故障預(yù)防措施，斷開設(shè)備與其他工業(yè)用電設(shè)備的連接，制定設(shè)備常見故障的預(yù)警信息。

4 變頻調(diào)速技術(shù)的運(yùn)用拓展

4.1 礦井指示器的保護(hù)

變頻技術(shù)可以在煤礦指示器檢修中發(fā)揮關(guān)鍵作用，經(jīng)過有效的技術(shù)整合，可以大大提高綜合檢修功能，從而起到有效地保護(hù)指示器的作用。在煤礦工程項(xiàng)目的運(yùn)行中，如果不能充分利用深層指標(biāo)，就會影響整體電氣設(shè)備系統(tǒng)，使系統(tǒng)處于不良運(yùn)行狀態(tài)。工作中，可根據(jù)變頻調(diào)速設(shè)備的調(diào)整、深度指標(biāo)的檢查、電機(jī)在工作中的運(yùn)行情況、循環(huán)時(shí)間內(nèi)的累計(jì)解

編碼單脈沖，檢查伺服電機(jī)和電壓比較器的單脈沖，在此基礎(chǔ)上從多方面判斷機(jī)器設(shè)備是否正常工作。如果前后數(shù)據(jù)信息沒有大的差異，說明深度指標(biāo)存在系統(tǒng)漏洞和問題，必須及時(shí)對變頻排產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行維修，確保維修頻次合格。

4.2 等速區(qū)間超速控制保護(hù)

電動機(jī)驅(qū)動設(shè)備在勻速段運(yùn)行時(shí)，必須更好地與變頻技術(shù)相結(jié)合。該技術(shù)實(shí)施可以對電動設(shè)備負(fù)載問題、超速問題等特定條件下的實(shí)際運(yùn)行情況發(fā)出合理的預(yù)警信息，可以對設(shè)備運(yùn)行效率進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)督并及時(shí)解決出現(xiàn)的問題。在大多數(shù)情況下，由電機(jī)驅(qū)動的設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵是將運(yùn)行速度保持在 15% 或以下。如果出現(xiàn)過高或過低的問題，可以利用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行更好的改變和改進(jìn)，而且相較于傳統(tǒng)的人工體驗(yàn)工作，在控制的綜合效果上，有很多保障。

4.3 減速區(qū)段低速控制保護(hù)

在當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的全過程中，自動化技術(shù)減速段控制是一個(gè)小細(xì)節(jié)組件，如果工業(yè)系統(tǒng)減速到設(shè)備的受限部分，則需要通過變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)更快的實(shí)際運(yùn)行。據(jù)研究，該技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)與PLC設(shè)備更好地融合，達(dá)到同步操作的實(shí)際效果。在速率的監(jiān)測過程中，可以獲得更多的信息和信息內(nèi)容，可用于采樣工作。在這個(gè)過程中，可以保持縱橫比的穩(wěn)健性。此外，在長期實(shí)施變頻調(diào)速技術(shù)后，可以在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證過程中，在其安全預(yù)設(shè)值的水平上進(jìn)行更好的調(diào)諧解決方案。此類工作的優(yōu)勢在于減速區(qū)間的系統(tǒng)不容易出現(xiàn)明顯的疏忽。即使出現(xiàn)問題，仍能進(jìn)行安全預(yù)警，大大提高了處理具體問題的效率。