變頻調(diào)速技術在電氣自動化控制中的應用探究

高倩，楊曉峰，孟凡文

（濟寧職業(yè)技術學院，山東濟寧，272000）

0 引言

在人們生活水平日益改善的今日，對當前社會的生產(chǎn)力也產(chǎn)生了更高的需求，變頻調(diào)速技術已在多個領域取得較好效果，為實現(xiàn)電氣自動化控制，電氣企業(yè)也將該技術運用到電氣領域中，以增進電氣企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 變頻調(diào)速技術在電氣自動化控制中的工作原理

在科學開展電氣自動化控制的過程中，技術人員可巧妙使用變頻調(diào)速技術，其運用的主要原理為軟啟動器的節(jié)能、功率因數(shù)的補償與變頻調(diào)速的節(jié)能等。

一方面，依照變頻調(diào)速技術的主要原理，工作電源的輸入頻率與其電機轉(zhuǎn)速成正比，其等式為n=60f（1-s）/p，其分別為轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機轉(zhuǎn)差率與電機磁極對數(shù)等，通過電機工作電源頻率來改變其電機轉(zhuǎn)速。若電機整體的工作效率固定，當其控制流量逐漸縮小時，其轉(zhuǎn)速也會下降，繼而引發(fā)功率的減小。

另一方面，當電氣設備處在低功率狀態(tài)下時，其設備會呈現(xiàn)發(fā)熱狀態(tài)，不同程度的增加了線路損耗，降低其內(nèi)部的有效電能，縮減該設備的運用效果、使用壽命，也造成了極大的資源浪費，額外增加成本的同時會改變其運行效率。在使用變頻調(diào)速技術后可切實補償設備中的功率因數(shù)，繼而減少電能損耗。

此外，一般來講，電氣設備的啟動方法多為Y/D 啟動或直接啟動，在進行啟動的一瞬間，其電流會快速超出額定電流，甚至會達到其數(shù)值的五倍以上，降低其使用壽命。若技術人員運用了變頻調(diào)速技術可提升啟動電流的穩(wěn)定性，降低其給電網(wǎng)帶去的沖擊，繼而保障此類設備的自動化控制水準[1]。

圖1 電機的工作原理

2 變頻調(diào)速技術在電氣自動化控制中的應用實例

■2.1 確認應用方案

變頻調(diào)速技術在使用期間存有諸多優(yōu)勢，其可運用在保護裝置、等速段與減速段的電氣自動化控制中。為檢驗該技術的應用效果，研究人員挑選一項電氣工程實例，以數(shù)控機床的節(jié)能改造為例。

具體來說，該數(shù)控機床的整體速度為1600r/min、主驅(qū)動的功率在50kW 左右，由于此類裝置對電能的消耗較大，為增強企業(yè)效益，降低其內(nèi)部能耗，使用了工頻運行法，該方式雖然獲得了一定效果，但不足之處過多，技術人員運用了變頻調(diào)速技術來改進該數(shù)控機床的運行態(tài)勢。

在確認改造方案時，技術人員選用了30 多段的齒輪變速主軸，如圖2 所示，要對其恒線速度實行精細化控制，針對其可能形成的故障隱患開展定期維修。

圖2 變頻調(diào)速裝置

■2.2 不同環(huán)節(jié)的應用優(yōu)勢

2.2.1 優(yōu)化保護裝置

電氣設備內(nèi)部的重要構成帶有保護裝置，其可運用在數(shù)控機床中，其能保證電氣設備的穩(wěn)定運行，若其出現(xiàn)故障，部分保護裝置將難以維持其原有效果，在失效后檢測不到危險信號，嚴重影響設備運行。為保障保護類裝置的正常運行，技術人員可更換保護方法，讓該器具始終處在穩(wěn)定、安全的狀態(tài)中。具體來說，在使用變頻調(diào)速技術時，可有效記錄與收集電氣設備內(nèi)的脈沖信號，若數(shù)據(jù)信號沒有產(chǎn)生變化時，可了解到其出現(xiàn)問題，針對其異常狀況開展設備檢測，在解除異常后，重新讓保護裝置回到最初狀態(tài)。

2.2.2 控制等速區(qū)間

在正常的電氣企業(yè)中，電機設備的應用較為廣泛，此類設備運行的主要位置為等速區(qū)間，在使用變頻調(diào)速技術的過程中，借助相應的信息技術平臺可有效控制該設備的運行狀況，在電機拉動設備時，當其超速或過載運行時會發(fā)出相應的預警信號，從而對該區(qū)域起到切實的保護作用。通常來講，針對拉動設備的電機來說，其合理的工作速度需為此前設定的15%，若速率超出該標準數(shù)值，該系統(tǒng)的運行速度會減慢，會隔開設備內(nèi)部的安全回路，利用緊急制動裝置來緩解其運行速度，繼而保障該區(qū)間的安全性[2]。相關設備在正常運行時，保護裝置需進行科學設置，如控制設備運行速度，其速度要在10%內(nèi)、密切關注運行期間的系統(tǒng)參數(shù)，確保該數(shù)值可維持設備的正常運行。

2.2.3 應用在減速區(qū)域

在電氣設備的減速區(qū)段中也可使用變頻調(diào)速技術，有效提升該區(qū)域的安全性、穩(wěn)定性。具體來說，技術人員在使用新型調(diào)頻技術時，可精準發(fā)現(xiàn)設備內(nèi)部的各項標準值，借助正確的使用方法降低其危險系數(shù)。在運用變頻設備與PLC系統(tǒng)的過程中，可適時觀察該區(qū)間中各項速度的改變，透過其變化特征來監(jiān)督電氣設備的運行。若某些時段沒能達到減速要求，技術人員可進行快速分析，在掌握了相應原因后，設定出適宜的解決方案。為保障該區(qū)段的運行態(tài)勢，還應科學分析數(shù)據(jù)值與安全值，適時監(jiān)控各項數(shù)值的整體運行，當其速度與此前設定的數(shù)值不一致時，要借助監(jiān)控系統(tǒng)進行安全警報，立即調(diào)整該系統(tǒng)的運行速度，使其與規(guī)定值保持一致。

■2.3 采用變頻調(diào)速技術

2.3.1 發(fā)現(xiàn)問題

在了解到變頻調(diào)速技術在電氣設備中的應用優(yōu)勢后，設計人員要將該技術運用到此項工程中。電氣設備內(nèi)部的負載數(shù)與變頻調(diào)速的關聯(lián)性較大，在數(shù)控系統(tǒng)中變頻調(diào)速技術可保護著多項電氣裝置。

針對數(shù)控機床的改造，在改造過程中其保護裝置失去效果，該器械無法檢測電氣設備的內(nèi)部參數(shù)，影響了設備的正常運行，技術人員也難以了解當前該設備的運行狀態(tài)。同時，等速區(qū)間與減速區(qū)段也出現(xiàn)了不同程度的問題，電力拉動設備的速率正急速升高，減速區(qū)域也存有較多不符合要求的區(qū)段，在發(fā)現(xiàn)相關問題后，技術人員需采用合適的技術手段來加強電氣設備的穩(wěn)定性。

2.3.2 使用變頻調(diào)速技術

試驗人員為保障電氣設備的運行安全，將變頻調(diào)速技術放置到該裝置的改造中，對保護裝置設置了不同程度的保護，還依照專業(yè)技術要求適時調(diào)整了減速區(qū)段與等速區(qū)間，通過一段時間的觀察后，保護裝置已重新回歸到正常狀態(tài)。

針對等速區(qū)間的保護，技術人員科學測量該電氣設備的運行速度，并設定標準的額定值，通過手動與機械相結(jié)合的方式調(diào)整該等速段的速度，使其實際速度在額定速度的15%以內(nèi)，若安全回路的整體速度超出繼電器動作，則該裝置會自動斷開安全回路，繼而實施緊急制動方案。在保護等速度期間，技術人員利用變頻調(diào)速技術將其分成兩個階段，其一，若運行速度在額定速度的10%，該裝置會立即發(fā)出以聲光為主的警報信號；其二，若速度處在正常狀態(tài)時系統(tǒng)在恢復正常工作的同時還會及時解除警報信號，此方式可最大化降低設備緊急制動時帶來的傷害。

在保護減速區(qū)段期間，由于該區(qū)域?qū)匐姎庠O備的關鍵位置，若減速點內(nèi)速度的設計不合理，將影響電氣設備的整體運行。技術人員利用PLC 系統(tǒng)來采樣電氣設備中的運行速度，將其與此前規(guī)定的速度開展詳細比對，若其速度大于規(guī)定速度，可在PLC 系統(tǒng)內(nèi)設置對應性警報，借助裝置保護來改進減速區(qū)段的運行水平。

2.3.3 試驗結(jié)果

在完成變頻調(diào)速技術在電氣自動化控制中的運用試驗后，技術人員發(fā)現(xiàn)該數(shù)控機床中的各項設備帶有多種保護裝置，無論是保護裝置、減速區(qū)段還是等速區(qū)間皆能夠重新運行。多項設備在運行期間企業(yè)管理人員要派遣專業(yè)的監(jiān)管人員進行現(xiàn)場督查，通過科學監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)此類保護裝置的作用與價值。在開展現(xiàn)場督查期間，相關人員需適時監(jiān)察其各項環(huán)節(jié)，保障每個數(shù)字的標準性、科學性。當電氣設備內(nèi)部運行速度與標準速度不符時，保護裝置則會發(fā)揮效用，自動調(diào)整其內(nèi)部速度，使其始終保持在正常的運行范圍中，保障電氣設備的運行效率。

3 總結(jié)

綜上所述，隨著電氣自動化的廣泛應用，其能改進生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，在采用變頻調(diào)速技術的過程中，可有效增強電氣內(nèi)部各項系統(tǒng)的穩(wěn)定，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，促進企業(yè)的社會效益、經(jīng)濟效益。