變頻器在電力拖動(dòng)與自動(dòng)控制中的應(yīng)用

凌帥勇

摘要：我國(guó)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科技等領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，其中最顯著的是社會(huì)信息化。同時(shí)，我國(guó)也在大力推進(jìn)高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以提升產(chǎn)業(yè)的效率和效益。在現(xiàn)代，高科技的發(fā)展和發(fā)展中，變頻技術(shù)日趨成熟。本文著重介紹了變頻調(diào)速系統(tǒng)在電力拖動(dòng)及自動(dòng)控制中的應(yīng)用，并對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展背景、發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：變頻器;信息化;變頻調(diào)速系統(tǒng);自動(dòng)控制

引言：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和發(fā)展，當(dāng)前的交流變頻技術(shù)已經(jīng)能夠與直流技術(shù)相抗衡。變頻調(diào)速技術(shù)由于其速度快、節(jié)能效果好等特點(diǎn)而被廣泛采用。該系統(tǒng)在效率、范圍、精度等方面均有較大的優(yōu)越性。在實(shí)際應(yīng)用中，它是最常用的調(diào)頻方法。近年來(lái)，逆變器的控制技術(shù)發(fā)展很快，尤其是采用“矢量控制”技術(shù)和滑動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，極大地改善了逆變系統(tǒng)的實(shí)際性能。

1.變頻器的作用及工作原理

該變頻調(diào)速器能夠?qū)⒐ぷ黝l率轉(zhuǎn)換成不同頻率的交流電源，從而確保了變速電動(dòng)機(jī)的工作性能。變頻調(diào)速器的功能主要有兩個(gè)，它的直接功能是調(diào)整電動(dòng)機(jī)的電壓和頻率，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以在一個(gè)特定的區(qū)間內(nèi)任意調(diào)整。間接效應(yīng)的主要表現(xiàn)為節(jié)電節(jié)流，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。節(jié)能節(jié)電主要體現(xiàn)在采用變頻調(diào)速，對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等裝置的輸入輸出流量進(jìn)行合理調(diào)整，既滿足了電動(dòng)機(jī)的諸多基本需求，又可減少能耗。變頻器的工作原理是把調(diào)頻調(diào)壓后的功率經(jīng)主回路供給到各副電路。主路電路有電壓型和電流型，變壓型是把直流電源轉(zhuǎn)換成AC，而電流式是把直流電源轉(zhuǎn)換成AC的頻率轉(zhuǎn)換。該變頻器主要包括三個(gè)部件：整流器、平波回路、逆變器，該整流器將工作頻率轉(zhuǎn)換成DC，并將DC電壓在變流器和逆變器中所引起的電壓變化稱作平波回路，而逆變器則是把DC電源變成交流電源的地方。

2.變頻器功能現(xiàn)狀

變頻調(diào)速是異步電機(jī)的簡(jiǎn)稱，它是指通過(guò)調(diào)整電機(jī)的電壓、頻率來(lái)改變轉(zhuǎn)動(dòng)磁場(chǎng)的速度，從而改變電機(jī)的速度。由于變頻器具有節(jié)能特性，因此，若要改變電機(jī)的負(fù)荷和壓力，就會(huì)直接影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到目的，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致輸入電壓、電流、速度的下降，因此，能量的累計(jì)效果是三次方。因此，設(shè)備的節(jié)電效果十分顯著。對(duì)大型驅(qū)動(dòng)設(shè)備及大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速，能夠較為有效的節(jié)約能源。另外，采用變頻技術(shù)可以使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)平穩(wěn)，從而大幅度地減小電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)和有關(guān)的電器設(shè)備的壽命，并能使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)造成損害，因而，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是多方面的。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的品牌產(chǎn)品出現(xiàn)了過(guò)熱、過(guò)流、短路、欠電壓、過(guò)電壓、主動(dòng)負(fù)保護(hù)等問(wèn)題，而變頻器等品牌也開(kāi)始采用多通道模擬、數(shù)字輸入、輸出接口，并由電腦接口和PID編程進(jìn)行控制。在節(jié)能控制方面，變頻調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能作用體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備中。不同的生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，總會(huì)有一定的剩余，以確保其生產(chǎn)的可靠性。當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)，在保證基本動(dòng)力的前提下，也會(huì)產(chǎn)生多余的轉(zhuǎn)矩，從而增大了功耗，造成了電能的浪費(fèi)。傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速裝置，都是靠調(diào)整擋板的進(jìn)、出口和閥門來(lái)完成的，但在使用隔板時(shí)，閥門的關(guān)閉會(huì)造成很大的能量消耗。在采用變頻調(diào)速時(shí)，若有必要減少流量需求，可采用減慢泵、風(fēng)扇的速度。

3.變頻器在電力拖動(dòng)中的應(yīng)用

根據(jù)我國(guó)的現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，在大型生產(chǎn)過(guò)程中，核心設(shè)備的工作狀況會(huì)影響到產(chǎn)品的使用壽命、質(zhì)量、產(chǎn)量等，而作為工業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，電?dòng)機(jī)牽引系統(tǒng)的工作狀況是決定整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的重要因素。上世紀(jì)70年代和80年代，國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)大多采用直流電動(dòng)機(jī)，但由于對(duì)環(huán)境的要求比較高，在惡劣的生產(chǎn)條件下，直流電動(dòng)機(jī)的碳刷等部件會(huì)受到很大的損壞，導(dǎo)致其在低速工況下的工作狀態(tài)非常不穩(wěn)定。環(huán)境因素對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的工作有很大的影響。20世紀(jì)90年代，變頻調(diào)速控制技術(shù)逐步替代了直流電動(dòng)機(jī)。變頻調(diào)速具有高效率，寬范圍，高精度的優(yōu)點(diǎn)。這是一種最廣泛、最有發(fā)展?jié)摿Φ碾娏恳到y(tǒng)。在風(fēng)機(jī)、泵、恒壓供水等方面，變頻技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著功率電子技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是在微機(jī)電路領(lǐng)域，交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)正朝著高頻、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。在很多方面，交流調(diào)速都會(huì)代替直流調(diào)速。隨著裝備生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，新的控制裝置的出現(xiàn)，現(xiàn)代的控制理論正逐步擴(kuò)展到通信領(lǐng)域。在很多方面，交流調(diào)速都會(huì)代替直流調(diào)速。

4.變頻器在自動(dòng)控制中的應(yīng)用

變頻調(diào)速系統(tǒng)在自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，不同的設(shè)備在使用時(shí)，其運(yùn)行方式也不盡相同。但是，總體上講，原理和結(jié)果是相同的。自動(dòng)控制變頻器在鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，主要用于冬季供暖，以提高燃油利用率，保證熱能的高效供應(yīng)，并在某種程度上降低了成本。風(fēng)機(jī)的工作特性與水泵類似，風(fēng)壓與頻率、轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與頻率、轉(zhuǎn)速的立方成正比。在風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的過(guò)程中，由于避免了風(fēng)機(jī)的節(jié)流損失。節(jié)電顯著。

5.變頻器中應(yīng)用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

為了使PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)更好地發(fā)揮其功能，必須把PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速裝置進(jìn)行有效的聯(lián)接，同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)通訊或者I/O終端連接。網(wǎng)絡(luò)通訊方法有ProfibusDP、profinet等。I/O端子有兩種連接方式：模擬和數(shù)字接口。由于PLC的控制系統(tǒng)沒(méi)有輸入/輸出接口，因此可以與變頻調(diào)速裝置中的模擬量子端口相連接，實(shí)現(xiàn)了PLC控制系統(tǒng)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用。同時(shí)，若PLC控制系統(tǒng)中有一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出端口，則可以將輸入/輸出與頻率轉(zhuǎn)換器的接口相連接，實(shí)現(xiàn)PLC的自動(dòng)控制。采用I/O接口，可以實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制技術(shù)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用。此外，變頻調(diào)速頻率與端口數(shù)目呈正比，也就是終端數(shù)目越多，預(yù)置頻率就越高。

結(jié)束語(yǔ)

從以上的介紹中可以看出，變頻調(diào)速技術(shù)在國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化領(lǐng)域有著舉足輕重的地位，所以政府和社會(huì)都要大力的扶持變頻調(diào)速技術(shù)，以此來(lái)促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為整個(gè)社會(huì)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]齊艷波，宋如武.變頻器在鋼鐵廠電力拖動(dòng)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2005（5）：2.