變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)用分析

何亞福，郝祥山，蘇 彪

（1.山東現(xiàn)代學(xué)院，山東 濟(jì)南 250104；2.山東山大電力技術(shù)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250012；3.山東魯能軟件技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

電氣自動(dòng)化控制技術(shù)是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要的技術(shù)，其提升工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化控制水平，并對(duì)工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)效率提升起到促進(jìn)作用。當(dāng)前，為了進(jìn)一步提升工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化控制水平以及節(jié)能發(fā)展，在工業(yè)設(shè)備電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中還應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)與電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠良好的結(jié)合應(yīng)用，提升工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)效率。

1 概述

在電氣領(lǐng)域中有著這樣一門學(xué)科，名為電氣自動(dòng)化，其全稱為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，這是一門隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展而興起的新興學(xué)科，主要與人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活聯(lián)系較為緊密，作為電氣信息領(lǐng)域新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主要組成部分之一，在社會(huì)各界的不同領(lǐng)域中得到了廣泛的運(yùn)用，且在社會(huì)逐步發(fā)展中發(fā)揮著愈加重要的推動(dòng)作用。在電氣自動(dòng)化技術(shù)中包含著多種技術(shù)內(nèi)容，本文重點(diǎn)講述變頻調(diào)速技術(shù)。這門技術(shù)是電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中較為重要的一類工業(yè)技術(shù)，其主要的工作原理是通過更改電動(dòng)機(jī)工作時(shí)所使用的電源的頻率來合理調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，主要幫助電機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作電源輸入的頻率形成關(guān)系正比。這樣的技術(shù)調(diào)節(jié)能夠幫助相關(guān)工作人員對(duì)電機(jī)保持更加精準(zhǔn)地控制，并針對(duì)出現(xiàn)類似于交流電機(jī)方面的問題能夠及時(shí)提供相應(yīng)的解決措施。

2 工作原理

變頻調(diào)速技術(shù)具體是指通過電機(jī)轉(zhuǎn)速以及電源的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)頻率進(jìn)行控制的目的。在電機(jī)正常工作的過程中，電源因素、電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速以及磁極對(duì)數(shù)之間存在非常緊密的聯(lián)系，其中電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與電源的輸出頻率之間呈現(xiàn)正比例的關(guān)系。其公式為

式中：n 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；f 為電源頻率；s 為轉(zhuǎn)差率；p為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)。從公式可以看出，將電動(dòng)機(jī)的電源頻率進(jìn)行改革可以有效的調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作效率的變化[1]。所以，變頻調(diào)速技術(shù)正是根據(jù)這一原理進(jìn)行工作，變頻調(diào)速技術(shù)是可以根據(jù)不同的工作需求，對(duì)電機(jī)的工作頻率進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作效率的提升。另外，將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化控制技術(shù)當(dāng)中，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的自動(dòng)化控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制效率。

3 應(yīng)用意義

在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是電力拖動(dòng)技術(shù)范圍中，調(diào)速技術(shù)一直是需要專業(yè)技術(shù)人員不斷攻克的重難點(diǎn)技術(shù)工程項(xiàng)目。自從三相交流異步電動(dòng)機(jī)出世以來，調(diào)速技術(shù)也隨著電動(dòng)機(jī)的使用和發(fā)展在不斷地進(jìn)化。變頻調(diào)速技術(shù)也因?yàn)槠鋲旱剐詢?yōu)勢在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的舊工藝和落后調(diào)速技術(shù)已經(jīng)不能滿足如今社會(huì)群眾生產(chǎn)生活的需要，變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)勢愈加明顯。無論是在什么工程領(lǐng)域，變頻調(diào)速都能夠大大提升工業(yè)設(shè)備的工作效率以及機(jī)械化精細(xì)程度，有效確保了生產(chǎn)設(shè)備的工藝水平和加工精度，能夠在實(shí)現(xiàn)馬達(dá)無級(jí)調(diào)速的基礎(chǔ)上有效提升生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量。在變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用過程中還能夠有效減輕工業(yè)生產(chǎn)器械設(shè)備的體積，減少設(shè)備占地面積，確保在如今大多數(shù)工廠占地資源緊湊的常態(tài)下合理減少機(jī)械設(shè)備的占地面積。設(shè)備體積的壓縮也代表著設(shè)備重量的減少，這就給生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)輸環(huán)節(jié)減輕了負(fù)擔(dān)。眾所周知，工業(yè)化設(shè)備最明顯的特點(diǎn)就是大且笨重，這就給生產(chǎn)廠家?guī)砹溯^大的運(yùn)輸負(fù)擔(dān)，而變頻調(diào)速技術(shù)的融入有效減輕了設(shè)備的體積和重量，能夠直接降低生產(chǎn)廠家的運(yùn)輸壓力，幫助降低運(yùn)輸成本，且有效減少了金屬的耗用量。長久以來的實(shí)踐表明，以往傳統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)在使用過程中會(huì)直接損傷馬達(dá)壽命，因?yàn)樵隈R達(dá)啟動(dòng)時(shí)，調(diào)速技術(shù)并不能對(duì)其進(jìn)行勻速管控，致使馬達(dá)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，長久下來會(huì)對(duì)馬達(dá)造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，馬達(dá)本身的壽命也不長久。而變頻調(diào)速技術(shù)能夠有效幫助馬達(dá)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，也就是人們?nèi)粘Ｋf的平滑啟動(dòng)運(yùn)行，穩(wěn)定啟動(dòng)就能夠直接避免對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，合理保障馬達(dá)壽命，降低設(shè)備損耗量。同時(shí)，在風(fēng)力電力領(lǐng)域，變頻調(diào)速技術(shù)也發(fā)揮著極為重要的節(jié)能作用，單單運(yùn)用在開環(huán)或者是閉環(huán)的控制上，就能夠使節(jié)電率最高可達(dá)60%，這樣的節(jié)電效率威力不容小覷。

4 具體應(yīng)用

4.1 自適應(yīng)電機(jī)模型模塊的應(yīng)用

自適應(yīng)電機(jī)模型模塊是當(dāng)前電力系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用常見的變頻系統(tǒng)，其應(yīng)用的主要功能是為了對(duì)電機(jī)的輸入和輸出電流和電壓進(jìn)行有效的檢測，從而保證電機(jī)輸入輸出電流與電機(jī)的工作性能參數(shù)互相匹配。自適應(yīng)電機(jī)模型模塊是一種電氣自動(dòng)化控制模塊，不僅能夠?qū)﹄姍C(jī)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，更是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整轉(zhuǎn)機(jī)轉(zhuǎn)矩就能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速功能。自適應(yīng)電機(jī)模型模塊是當(dāng)前變頻調(diào)速技術(shù)與現(xiàn)代化電氣控制系統(tǒng)的集成引用，在自適應(yīng)電機(jī)模型模塊具體應(yīng)用的過程中，其可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的變頻調(diào)速精度在0.5%以上，不僅做到了變頻調(diào)速的效率性，更是直接提升變頻調(diào)速的精度。

4.2 發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中對(duì)能源有著較高要求，單純地依靠外接電源供應(yīng)，難以保證供電質(zhì)量，還會(huì)造成資源上的浪費(fèi)，不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。因此，很多企業(yè)都會(huì)設(shè)置獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)及設(shè)備提供充足的電能供應(yīng)，但因發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中，容易出現(xiàn)電流輸出與實(shí)際需求不符的現(xiàn)象，這就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備因電壓供應(yīng)不穩(wěn)而出現(xiàn)短路、斷路等故障問題，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來影響。設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行使用變頻調(diào)速技術(shù)后，首先，上述存在的問題能得到很好的約束和控制，加大工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全系數(shù)，改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)的健康發(fā)展。其次，變頻調(diào)速技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，做到了電力資源的科學(xué)劃分，加大資源利用率，在保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，達(dá)到資源和能源節(jié)約目標(biāo)，推動(dòng)企業(yè)的環(huán)保發(fā)展。再者，有關(guān)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用配件，成本相對(duì)比較低廉，電氣自動(dòng)化控制生產(chǎn)過程中能夠有效縮減成本，增加經(jīng)濟(jì)收益。同時(shí)，通過該技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的合理應(yīng)用，還能增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)電過程中的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有效推動(dòng)了電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，且隨著變頻調(diào)速技術(shù)的創(chuàng)新及改革，其在電氣自動(dòng)化控制中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了比較理想的應(yīng)用效果。變頻調(diào)速技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢，在深度指示器、等速段超速、減速段超速、自動(dòng)化控制、電機(jī)組系統(tǒng)、工業(yè)節(jié)能方面及自動(dòng)化適應(yīng)電機(jī)模型單元中均得到廣泛應(yīng)用，既可以提高電氣自動(dòng)化控制效果，還可以推動(dòng)電氣行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。