變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的應用研究

劉鳳民 平煤隆基新能源科技有限公司

近年來，電氣自動化技術(shù)在電氣工程中已逐漸普及，主要應用于實時監(jiān)控、遠程控制、集中化控制等多方面。但是，從客觀的層面進行分析，電氣工程自動化控制水平仍然沒有達到先進技術(shù)水平，在有些應用上仍然面臨著許多難題，這在今后迫切需要解決。例如，資源存在嚴重的浪費、相關(guān)控制設備能量消耗相對較高等。為妥善處理好上述難題，業(yè)界專家著手采取變頻調(diào)速技術(shù)，這樣既可以有效處理能耗相對較高的難題，還能夠進一步提高設備的工作效率與質(zhì)量?？紤]到變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化系統(tǒng)中的重要作用，因此，相關(guān)操作人員在工作過程中必須認真根據(jù)其基本原則與相關(guān)要求，確保變頻調(diào)速技術(shù)內(nèi)容得到準確的落實。

一、變頻調(diào)速技術(shù)用于電氣自動化控制中的必要性

（一）保障電氣設備的運行安全

電氣設備安全運行意義深遠，是工業(yè)生產(chǎn)順利推進的前提條件，因此，相關(guān)管理工作者必須高度重視，認真做好本職工作，主要是從總體上規(guī)劃好電氣設備的安全運行問題，然后切實加強監(jiān)管。但由于電氣設備在工作過程中存在著很多不確定因素，若管理松懈，則極易發(fā)生風險事故。

為充分確保電氣設備運行的安全性，工業(yè)生產(chǎn)過程中基本上已經(jīng)引入了電氣自動化控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對相關(guān)設備運行參數(shù)的自動監(jiān)測。其中，作為該體系中的重要組成部分，變頻調(diào)速技術(shù)能夠根據(jù)設備工況實時做出科學合理的調(diào)整。例如，隨時監(jiān)測和管理設備運行動態(tài)，以切實確保相關(guān)電氣設備始終處于安全運行狀態(tài)。

（二）進一步提升電氣自動化控制效果

作為電氣自動化控制技術(shù)的重要內(nèi)容，變頻調(diào)速技術(shù)在現(xiàn)階段獲得較快發(fā)展，不僅顯著提高了電氣自動化的控制水平，而且有效促進了該技術(shù)的發(fā)展進程。伴隨變頻調(diào)速技術(shù)的不斷創(chuàng)新，操作者能夠按照其功能，全面監(jiān)測電氣設備工作情況，同時予以分析，及時找出其中存在的異常，然后采取相應的措施并盡快將問題解決，為設備運行于安全狀態(tài)提供堅實的保障。需要指出的是，利用該技術(shù)極大降低了設備電氣資源的浪費，符合節(jié)能減排的需求，在工業(yè)生產(chǎn)實踐中具有非常大的推廣價值。

（三）實現(xiàn)全面調(diào)控，降低誤差范圍

變頻調(diào)速技術(shù)能夠使電源頻率發(fā)生改變，以此來調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，從而完成對電氣設備的有效控制。例如，在電氣自動化控制上，利用這一項技術(shù)能夠使電氣設備處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。根據(jù)當前基本情況，在自動化控制領域中，人們常用的變頻調(diào)速技術(shù)主要包括以下兩種類型：變頻器與節(jié)能變頻器。

分析可知，變頻調(diào)速技術(shù)的應用，能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣設備的自動化調(diào)速，不僅如此，還可以全面調(diào)控電源、電機等。例如，生產(chǎn)車間中，工作人員可根據(jù)變頻調(diào)速技術(shù)功能，實時監(jiān)控機器設備的溫度、廠房的環(huán)境溫度、設備的壓力等各項指標。在此基礎上，還能對電流大小進行精確調(diào)節(jié)，利用這種方式來降低誤差范圍，從而有效防止傳統(tǒng)作業(yè)當中的質(zhì)量隱患問題。

二、變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的應用原理

（一）變頻調(diào)速節(jié)能

對于該項功能的原理，可從電機運行轉(zhuǎn)速和流量間的作用關(guān)系進行解釋。通常情況下，電機工作過程中上述兩者之間的關(guān)系為：電機運行轉(zhuǎn)速和流量的一次方成正比。同時，功率和轉(zhuǎn)速的立方之間的也呈正比。按照相關(guān)方面的經(jīng)驗，當電機效率固定時，流量調(diào)節(jié)功能下降，由此就使得轉(zhuǎn)速速率業(yè)有所降低。與之相同，功率與其的立方關(guān)系之間也有所降低。

（二）功率因素補償

電氣設備工作時如果功率相對較低，就很容易導致出現(xiàn)設備發(fā)熱的現(xiàn)象，由此將使線損消耗加重。另一方面，電氣自動化系統(tǒng)功率因素也呈現(xiàn)出下降的趨勢，此時有功功率將出現(xiàn)很大降低，整體運行效率有所減小，進而使得電耗有所提高，影響到設備的工作效率。而其中如果引入變頻調(diào)速器，就可以根據(jù)自身功率因素補償特性，避免無功損耗，同時起到相應的功率因素補償作用，為推動設備的高效運轉(zhuǎn)奠定了基礎。

（三）軟啟動節(jié)能

在軟啟動應用中變頻調(diào)速技術(shù)能夠減小啟動電流，借此可以緩解電網(wǎng)沖擊問題，從而延長設備使用壽命。根據(jù)實踐經(jīng)驗得知，普通變頻器一般在運行上不容易實現(xiàn)自動化控制功能，分析其背后的根源，關(guān)鍵在于其內(nèi)部控制系數(shù)要求不易達到軟啟動節(jié)能的要求。而在整個系統(tǒng)中引入變頻調(diào)速技術(shù)之后，能夠使設備在短期時間以內(nèi)根據(jù)自身運行狀態(tài)，執(zhí)行停機或者減速的指令。

在降低輸出頻率的基礎上，還使轉(zhuǎn)速速率有所減小，進而達到減耗節(jié)能的效果。此外，在電機減速過程中，轉(zhuǎn)子電流相位相反會使設備出現(xiàn)制動轉(zhuǎn)矩的效應，由此就能夠有效地降低能耗。

三、變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中應用實踐

隨著社會和科技的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已廣泛應用于電氣自動化控制的很多方面，并且也取得非常不錯的成效，例如自動化控制取得良好效果，實時監(jiān)測性能良好等。為深入探討該技術(shù)的原理以及應用情況，必須充分了解該技術(shù)在電氣自動化控制領域的實踐，希望能夠為更好地發(fā)揮其作用做好鋪墊。接下來筆者結(jié)合實踐，重點闡述變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制的應用案例。

（一）變頻調(diào)速技術(shù)在自適電動機模型單元中的應用

變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，為實時監(jiān)測電氣自動化控制設備各項運行參數(shù)創(chuàng)造了條件。具體拿電動機設備來說，工作人員借助變頻調(diào)控技術(shù)，能夠?qū)嵤z測電動機輸入電壓與電流等指標的變化情況，還能夠準確識別各個指標是否存在問題，如果發(fā)現(xiàn)不正常的參數(shù)，則會及時做出診斷，同時盡快采取科學合理的應對措施將問題解決，為電氣設備運行安全提供保障。其中，電動機模型單元屬于整個轉(zhuǎn)矩直接控制體系的重要部分，從采用變頻調(diào)速技術(shù)之后，在控制轉(zhuǎn)速精度與閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋效果方面，確保了整個系統(tǒng)的運行效果，起到了良好的作用。

（二）變頻調(diào)速技術(shù)在深度指示器保護中的應用

作為整個體系中的關(guān)鍵設備之一，深度指示器的作用不可替代，倘若發(fā)生安全隱患，必然會阻礙到保護裝置的正常工作，不能及時檢測出系統(tǒng)存在的風險隱患等。為盡可能發(fā)揮深度指示器的作用，在工業(yè)化廠房中，工作人員通常側(cè)重利用變速調(diào)頻技術(shù)來對系統(tǒng)進行保護。一般來說，在使用變頻調(diào)速技術(shù)時，變頻調(diào)速技術(shù)可以實時監(jiān)測編碼器采集到的脈沖數(shù)信號，然后將檢測到的數(shù)據(jù)信息記錄下來。若數(shù)據(jù)一直保持固定（沒有任何變化），此時就證明該設備存在著故障。針對這樣的情況，相關(guān)工作人員必須對其運行情況進行認真檢查，盡快將問題解決，保證該設備始終起到對電氣設備的保護作用，確保整個系統(tǒng)順利運行。圖1 為牌坊式深度指示器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 牌坊式深度指示器結(jié)構(gòu)

四、結(jié)束語

綜上所述，在當前全球各個國家高度重視環(huán)境保護的背景下，變頻調(diào)速技術(shù)得到了廣泛的應用，該技術(shù)的原理及功能與可持續(xù)發(fā)展理念高度一致，不但能夠提升電氣自動化控制技術(shù)的控制效果，而且可以推動工業(yè)技術(shù)的變革，為我國工業(yè)生產(chǎn)能力的不斷發(fā)展注入生機和活力?？紤]到該技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領域的重要作用，相關(guān)工作人員必須根據(jù)其技術(shù)原則及注意事項，切實加強對應用現(xiàn)場的規(guī)劃，隨時關(guān)注各項參數(shù)的動態(tài)情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并解決。此外，還應定期對電氣控制系統(tǒng)進行全面檢查，做好相應的設備維護保養(yǎng)工作，確保電氣自動化設備的運行質(zhì)量的同時也提高控制精度。