電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制過(guò)程變頻器的應(yīng)用

摘要：新時(shí)期下，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，多項(xiàng)現(xiàn)代化控制技術(shù)水平得到顯著提升，其中，變頻器技術(shù)的全面應(yīng)用對(duì)提升電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展水平具有促進(jìn)作用?；诖耍疚慕Y(jié)合變頻器的概念和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)變頻器在電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制中的主要作用進(jìn)行深入分析，并從注水機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置、電梯傳動(dòng)裝置、恒壓供水系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、醫(yī)療行業(yè)、電機(jī)單元模型以及電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置等方面探索電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制過(guò)程中變頻器的具體應(yīng)用，提出注意事項(xiàng)，旨在進(jìn)一步提升電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展水平，以供參考。

關(guān)鍵詞：電氣傳動(dòng)；變頻器；應(yīng)用

DOI：10.12433/zgkjtz.20232544

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的逐漸成熟，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)與自動(dòng)控制技術(shù)的融合使用已成為工業(yè)生產(chǎn)的主流，然而融合后的控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的使用效率和生產(chǎn)準(zhǔn)確率有著更高的需求，這使得擁有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的變頻器逐漸被應(yīng)用于電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

一、變頻器的概念和技術(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)主要使用直流控制模式，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和噪音低的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但隨著電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，工業(yè)開(kāi)始追求生產(chǎn)效率、生產(chǎn)水平和準(zhǔn)確率，直流控制模式無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需求，變頻器設(shè)備的使用逐漸成為主流技術(shù)。

變頻器設(shè)備主要利用電機(jī)轉(zhuǎn)速和電源輸入頻率存在的正比關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)的調(diào)控，與直流控制模式相比，變頻器可以利用功率因數(shù)補(bǔ)償、變頻調(diào)速節(jié)能和軟啟動(dòng)節(jié)能等工作方式實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)目標(biāo)。功率因數(shù)補(bǔ)償指的是當(dāng)系統(tǒng)功率因素下降時(shí)，變頻器動(dòng)態(tài)調(diào)整功率因素，減少電能損耗，根據(jù)環(huán)境情況動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的供電頻率，從而調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行荷載，實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)、延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命的目的；變頻調(diào)速節(jié)能和軟啟動(dòng)節(jié)能指的是利用不同的變頻器技術(shù)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源的目的。

變頻器設(shè)備融合了自動(dòng)化、人工智能、計(jì)算機(jī)電子技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)，使其在自動(dòng)控制方面有著較突出的特點(diǎn)，即使在工業(yè)生產(chǎn)力要求不斷提高的背景下，變頻器也能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。為了提高自動(dòng)控制能力，變頻器以半導(dǎo)體為核心構(gòu)件，促使各種電流信號(hào)順利完成轉(zhuǎn)變，進(jìn)而增強(qiáng)實(shí)際控制效果。變頻器良好的自動(dòng)控制技術(shù)可以幫助其完成多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)，還能提高電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償和節(jié)能減排的目標(biāo)。

二、變頻器在電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制中的主要作用

（一）增強(qiáng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制的穩(wěn)定性

控制技術(shù)是各項(xiàng)生產(chǎn)、加工、維護(hù)、監(jiān)測(cè)等工作良好運(yùn)行的基礎(chǔ)，是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。然而在實(shí)際生產(chǎn)工作中，系統(tǒng)經(jīng)常存在一些不穩(wěn)定的因素，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)生產(chǎn)隱患和事故，變頻器設(shè)備正是減少隱患、保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、推動(dòng)生產(chǎn)工作順利開(kāi)展的重要幫手。

變頻器和監(jiān)測(cè)設(shè)備融合使用，實(shí)現(xiàn)“監(jiān)管—處理”的功能。在過(guò)去，即使發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備存在系統(tǒng)問(wèn)題，技術(shù)人員也很難立刻解決，必須中斷系統(tǒng)運(yùn)行，或等待系統(tǒng)工作結(jié)束后處理問(wèn)題，會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)效率。而應(yīng)用變頻器后，根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)處于的負(fù)荷狀態(tài)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)整運(yùn)行功率，必要時(shí)補(bǔ)償功率，避免系統(tǒng)因傳動(dòng)隱患而發(fā)生運(yùn)行故障，由此看出變頻器可以提高電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制的穩(wěn)定性。

（二）提高電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制的技術(shù)水平

電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)與自動(dòng)控制技術(shù)融合形成的，隨著實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制的技術(shù)水平也有所提高，變頻器作為電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)的關(guān)鍵，其創(chuàng)新影響著技術(shù)發(fā)展水平。當(dāng)前，變頻器設(shè)備在維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)時(shí)調(diào)整傳動(dòng)功率、提高系統(tǒng)生產(chǎn)效率和減少資源消耗等方面具有重要作用，對(duì)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)的升級(jí)和優(yōu)化具有明顯幫助，可以更好地滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。

（三）實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制的節(jié)能減排

當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)在電力領(lǐng)域存在著能源利用率低的問(wèn)題，使得完成同樣的生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，需要消耗更多的資源，為此號(hào)召節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展，并作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本理念之一。變頻器設(shè)備因其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化電信號(hào)傳導(dǎo)、自動(dòng)調(diào)節(jié)功率、無(wú)功補(bǔ)償?shù)确绞綔p少無(wú)效能源的浪費(fèi)，且優(yōu)化做功能量轉(zhuǎn)化效率，在實(shí)際生產(chǎn)領(lǐng)域中解決資源浪費(fèi)的問(wèn)題，推動(dòng)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制模式的升級(jí)。

三、電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制過(guò)程中變頻器的具體應(yīng)用

（一）注水機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置

注水機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的工作原理如下：注水機(jī)啟動(dòng)后，外部能控制集成電路板的輸出電流，電流改變閥門(mén)的大小，控制油量的流量，進(jìn)而控制注水機(jī)的調(diào)速。在實(shí)際操作中，注水機(jī)的電流控制主要由工作人員完成，通過(guò)改變集成電路板的自振諧波調(diào)控電流。從實(shí)際應(yīng)用情況看，人工操控在準(zhǔn)確度和及時(shí)性上難以得到精準(zhǔn)保障，工作人員受到外部環(huán)境因素的影響，無(wú)法及時(shí)調(diào)控電流，也很難判斷是否滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，長(zhǎng)久下來(lái)，注水機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的穩(wěn)定性被破壞。長(zhǎng)期使用的電路容易加速元件的老化，無(wú)法滿(mǎn)足裝置的準(zhǔn)確度和及時(shí)性，例如，電流傳遞延時(shí)等，總而言之，人工操控增加了裝置的不穩(wěn)定性和系統(tǒng)檢修成本。

將變頻器設(shè)備和自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到注水機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中，保障電流控制的精準(zhǔn)度，需要改變注水機(jī)的調(diào)速時(shí)，變頻器可以及時(shí)控制電流變化，使其保持均勻轉(zhuǎn)速，優(yōu)化控制流程，減緩元件老化，節(jié)省檢修成本，提高裝置的運(yùn)行效率。

（二）電梯傳動(dòng)裝置

電梯在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中主要有上升和下降兩個(gè)動(dòng)作，運(yùn)行的關(guān)鍵是讓電梯內(nèi)的乘客感覺(jué)不到明顯的加速和減速狀態(tài)，保持穩(wěn)定的運(yùn)行速率，因此對(duì)于不同承重，電梯需要分配的運(yùn)行功率應(yīng)有所不同。如果功率分配不當(dāng)，電梯處于超負(fù)荷或低負(fù)荷的狀態(tài)，使電梯傳動(dòng)設(shè)備遭受高強(qiáng)度磨損；如果功率分配不及時(shí)，會(huì)降低電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性和乘客的乘坐感。

將變頻器設(shè)備和自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用到電梯傳動(dòng)裝置中，可以明顯增強(qiáng)電梯負(fù)載信號(hào)的傳遞強(qiáng)度，提高電梯運(yùn)行的靈活度、穩(wěn)定性和安全性。當(dāng)電梯承重不斷變化時(shí)，自動(dòng)控制裝置迅速將信號(hào)傳輸至變頻器，再由變頻器選擇調(diào)整合適的功率，最后形成記憶，以此優(yōu)化電梯控制模式。

（三）恒壓供水系統(tǒng)

恒壓供水系統(tǒng)是用戶(hù)順利用水的關(guān)鍵裝置，在實(shí)際用戶(hù)供水時(shí)，供水系統(tǒng)設(shè)定的壓力會(huì)隨著供水時(shí)間段、用戶(hù)用水量和其他多種條件限制的變化而變化，例如，在用水高峰時(shí)段，系統(tǒng)要根據(jù)水量的增多而上調(diào)壓力。如果只依靠工作人員手動(dòng)調(diào)節(jié)，會(huì)增加正常供水的壓力，而依靠變頻器設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以滿(mǎn)足不同時(shí)段用戶(hù)的用水需求，使供水系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整恒定壓力，保持穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）地鐵系統(tǒng)

地鐵系統(tǒng)中涉及實(shí)時(shí)變化、精準(zhǔn)調(diào)控的裝置包括空調(diào)機(jī)組、回排風(fēng)機(jī)和熱排風(fēng)機(jī)等。空調(diào)機(jī)組主要涉及地鐵車(chē)廂溫度的變化，變頻器設(shè)備根據(jù)地鐵車(chē)廂乘客人數(shù)、地鐵內(nèi)外部環(huán)境溫度控制空調(diào)機(jī)組動(dòng)態(tài)調(diào)整出風(fēng)溫度和力度，為乘客帶來(lái)優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)感，減少能源消耗?；嘏棚L(fēng)機(jī)和熱排風(fēng)機(jī)主要涉及地鐵系統(tǒng)的熱載變化，由多個(gè)微型計(jì)算機(jī)組成的變頻器可以實(shí)時(shí)監(jiān)控地鐵各種設(shè)備的工作情況，分析用電、能耗、負(fù)載等數(shù)據(jù)，將當(dāng)前數(shù)據(jù)分析后，地鐵的環(huán)控系統(tǒng)能夠自動(dòng)化調(diào)控，決定增加或減少電網(wǎng)功率因數(shù)、是否變更設(shè)備的控制流程等，這種自動(dòng)化調(diào)控方式能夠有效減少地鐵設(shè)備的故障率，減少系統(tǒng)的能源消耗。

（五）醫(yī)療行業(yè)

隨著醫(yī)療行業(yè)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，尤其是智慧醫(yī)療的出現(xiàn)，醫(yī)院對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的需求越來(lái)越多，所以變頻器設(shè)備逐步應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，例如，智慧醫(yī)療送藥、發(fā)藥和領(lǐng)藥的相關(guān)系統(tǒng)，發(fā)藥機(jī)作為一種電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，主要進(jìn)行藥物識(shí)別、快速分揀和高效發(fā)放等工作，用于門(mén)診、急診藥房高頻次、大批量的藥品存儲(chǔ)與發(fā)放，再配合智慧醫(yī)療的HIS系統(tǒng)，將處方信息發(fā)藥機(jī)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從醫(yī)生開(kāi)藥到患者領(lǐng)藥的自動(dòng)化一體式服務(wù)。變頻器設(shè)備技術(shù)主要用于檢測(cè)當(dāng)前發(fā)藥機(jī)的運(yùn)行功率，當(dāng)發(fā)藥機(jī)接到大量單子時(shí)，變頻器設(shè)備可以動(dòng)態(tài)提升供電功率，提高系統(tǒng)揀藥和發(fā)藥的效率，幫助實(shí)現(xiàn)盒裝、瓶裝等規(guī)則藥品和其他不規(guī)則藥品的快速發(fā)放，提高工作效率。

（六）電機(jī)單元模型

電機(jī)單元模型是電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要組成之一，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)參數(shù)、電壓電流參數(shù)、設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)參數(shù)的準(zhǔn)確判斷，將變頻器設(shè)備應(yīng)用在電機(jī)單元模型中，增加模型的智能性，確保在各種運(yùn)行條件下選擇合適的功率。當(dāng)電機(jī)單元模型處于流體負(fù)載時(shí)，例如，工業(yè)風(fēng)機(jī)組，變頻器設(shè)備根據(jù)作業(yè)環(huán)境中的粉塵狀況，降低風(fēng)機(jī)組的能源消耗，保證生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境安全；又如，工業(yè)水泵，變頻器設(shè)備可以提高水泵調(diào)控的靈活性，自動(dòng)完成水泵的速度變化、啟動(dòng)、停止等操作控制，從而提升水泵機(jī)組的應(yīng)用效果。

（七）電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置

電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置是電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分之一，也是變頻器設(shè)備應(yīng)用的主要方向，主要負(fù)責(zé)識(shí)別危險(xiǎn)信號(hào)和提供預(yù)警等工作，保障電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的安全。變頻器設(shè)備主要用于采集電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置的脈沖信號(hào)，用于防止電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置失效，當(dāng)變頻器發(fā)現(xiàn)脈沖信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間未發(fā)生明顯變化時(shí)，可以自動(dòng)分析電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置是否處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，向工作人員提供相關(guān)信息進(jìn)行檢查和維修。例如，在石油鉆井中，電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)存在頻繁開(kāi)啟和關(guān)閉的故障，導(dǎo)致電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置無(wú)法連續(xù)工作，影響鉆井作業(yè)的正常進(jìn)行，應(yīng)用變頻器后，在電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)未發(fā)生故障前的信息收集作用能幫助電氣保護(hù)傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行速度，提高鉆井機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性。

四、變頻器在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

（一）參數(shù)設(shè)定

變頻器能根據(jù)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況、所處環(huán)境、實(shí)際需求進(jìn)行針對(duì)性的參數(shù)調(diào)整，因此變頻器的參數(shù)設(shè)定應(yīng)滿(mǎn)足電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行需求。當(dāng)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)安裝完畢變頻器后，應(yīng)考慮系統(tǒng)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)以及極端環(huán)境下設(shè)置參數(shù)的情況，關(guān)注變頻器的應(yīng)用參數(shù)，將變頻器的應(yīng)用參數(shù)調(diào)整至全面覆蓋系統(tǒng)極端參數(shù)的范圍，以此發(fā)揮變頻器的作用。此外，科學(xué)調(diào)整變頻器的參數(shù)，讓處于中間的應(yīng)用參數(shù)滿(mǎn)足電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，有利于參數(shù)調(diào)整時(shí)的可視性，延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命。

（二）運(yùn)行狀態(tài)

在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷、超負(fù)荷或無(wú)限制運(yùn)行的情況，縮短使用壽命，增加各個(gè)元件的故障隱患。對(duì)于變頻器而言，超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)使變頻器溫度過(guò)高，繼而出現(xiàn)故障，作為電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心技術(shù)裝置，無(wú)法控制系統(tǒng)，影響元件的監(jiān)測(cè)和調(diào)控工作，延誤正常生產(chǎn)，增加維修成本，需要時(shí)常檢查變頻器運(yùn)行狀態(tài)。

（三）電壓變化

電氣傳動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行需要穩(wěn)定的電壓支撐，尤其是其中的變頻器設(shè)備對(duì)電壓尤為敏感，電壓的變化會(huì)影響變頻器對(duì)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的原因是電源不穩(wěn)，工作人員需要密切關(guān)注電源情況，做好及時(shí)干預(yù)，盡量為變頻器提供穩(wěn)定的電壓環(huán)境，確保變頻器的高效運(yùn)作，為工業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]鹿凡超.電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究[J].硅谷，2014（21）：40+38.

[2]陳慶.變頻器在液位自動(dòng)控制中的應(yīng)用及其節(jié)能效果[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（19）：48-50.

[3]王強(qiáng).變頻器中PLC自動(dòng)控制技術(shù)的運(yùn)用分析[J].設(shè)備管理與維修，2020（10）：85-86.

[4]李晶，陳思.電氣傳動(dòng)裝置局部故障信息自動(dòng)控制仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2020，37（01）：373-376.

[5]張?jiān)隽?，吳曉靜.淺談 PLC 自動(dòng)控制技術(shù)在變頻器中的應(yīng)用[J].石河子科技，2020（06）：27-28.

[6]田利全.變頻器在電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制中的應(yīng)用研究[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)[J].2022，35（05）：4-6.

作者簡(jiǎn)介：劉瑞龍（1981），男，廣西壯族自治區(qū)桂林市人，中級(jí)職稱(chēng)，本科，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化。