變頻調(diào)速在工業(yè)電氣自動化控制中的運行探討

【摘 要】由于電力傳動特性復(fù)雜，電動機頻繁正、反向運行，經(jīng)常處于過負荷運轉(zhuǎn)和電動、制動不斷轉(zhuǎn)換的狀態(tài)中；它的安全性、可靠性亦是至關(guān)重要，交流電動機變頻技術(shù)已日趨完善，變頻調(diào)速器用于交流異步電動機調(diào)速，已成為電動機調(diào)速節(jié)能最主要的技術(shù)。本文主要探討變頻調(diào)速在工業(yè)電氣自動化控制中的運行。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速；節(jié)能；電動機

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代化礦井建設(shè)，更加注重作業(yè)人員的生命安全，為礦井提升機的安全性和可靠性提出了更高的要求。近年來，我國有關(guān)部門針對提升機的安全性和可靠性已經(jīng)做了很多工作，礦井提升機設(shè)備的安全性和可靠性也有了很大的進步，“可靠性系統(tǒng)工程”概念進入與之相適應(yīng)的礦井提升機領(lǐng)域，和提升機對它的電控系統(tǒng)的安全性和可靠性的要求不斷提高[1]。

1.變頻器與節(jié)能

變頻器主要用于交流電動機（異步電動機或同步電動機）轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，是公認的交流電動機最理想、最有前途的調(diào)速方案。除了具有卓越的調(diào)速性能之外，變頻器還有顯著的節(jié)能作用，是企業(yè)技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想調(diào)速裝置。自20世紀80年代被引進中國以來，變頻器作為節(jié)能應(yīng)用中越來越重要的自動化設(shè)備，得到了快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。在電力、紡織與化纖、建材、石油、化工、冶金、市政、造紙、食品飲料、煙草等行業(yè)及公用工程（中央空調(diào)器、供水、水處理、電梯等）中，變頻器都在發(fā)揮著重要的作用。

變頻器產(chǎn)生的最初用途是速度控制，但目前在國內(nèi)應(yīng)用較多的是節(jié)能。中國是能耗大國，能源利用率很低，而能源儲備不足。在國家每年的電力消耗中，60%～70%為動力電，而在總?cè)萘繛?.8億千瓦的電動機總?cè)萘恐校挥胁坏?000萬千瓦的電動機是帶變頻控制的。據(jù)市場研究報告分析，在中國，帶變動負載、具有節(jié)能潛力的電動機至少有1.8億千瓦。因此，國家大力提倡節(jié)能措施，并著重推薦了變頻調(diào)速技術(shù)。

應(yīng)用變頻調(diào)速可以大大提高電動機轉(zhuǎn)速的控制精度，使電動機在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運行。以風機水泵為例，根據(jù)流體力學(xué)原理，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。當所需風量減少、風機轉(zhuǎn)速降低時，其功率按轉(zhuǎn)速的三次方下降。因此，精確調(diào)速的節(jié)電效果非常可觀。與此類似，許多變動負載電動機一般按最大需求來生產(chǎn)電動機的容量，故設(shè)計裕量偏大。而在實際運行中，輕載運行的時間所占比例卻非常高。如采用變頻調(diào)速，可大大提高輕載運行時的工作效率。因此，變動負載電動機的節(jié)能潛力巨大[2]。

2.變頻調(diào)速在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用

當然變頻調(diào)速的節(jié)能效果也視其負載決定，在恒功率負載時（即在基頻以上工作），轉(zhuǎn)矩大致上與速度成反比。礦井提升機電控系統(tǒng)中有各種保護，如過卷、松繩、制動油過壓、腳踏制動、閘瓦保護，超速、低速保護等，提升機在運行中，它們始終監(jiān)視提升機的安全運行，如有上述不正常的狀態(tài)，即會發(fā)出報警聲光信號并緊急制動，以確保提升的安全。

2.1深度指示器失效保護

提升機的多種保護都是以行程為依據(jù)的，深度指示器的失效將會導(dǎo)致多種保護失效，因此，必須設(shè)置深度指示器失效保護。具體的實現(xiàn)方法是：在電機起動后，系統(tǒng)累加各個采樣周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)送的脈沖數(shù)，并在采樣之前和采樣之后對該值進行比較，如果該值無變化，則定義為深度指示器失效。出現(xiàn)深度指示器失效故障時，系統(tǒng)首先判斷提升容器是否已經(jīng)進入爬行區(qū)，如果尚未進入爬行區(qū)，則發(fā)出聲光報警信號，提醒司機；如果已進入爬行區(qū)，則進行安全制動，同時聲光報警[3]。

2.2等速段超速保護

提升系統(tǒng)的等速段超速保護是當速度檢測機構(gòu)測得的提升機速度超過額定速度的15%時，安全回路等速超速繼電器動作，斷開安全回路，進行緊急制動。因為等速段提升容器運行速度較高，緊急制動時造成的沖擊對提升系統(tǒng)的危害很大。因此，在設(shè)置等速段保護時按兩個階段進行：當超速 10%且超過設(shè)定時間，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，提醒司機進行制動；當運行速度下降至正常等速段速度時，聲光報警信號自動解除；若司機未采取相應(yīng)措施，提升速度仍未降低進而超速 15%，經(jīng)運算判斷且超過設(shè)定時間后，安全繼電器動作，進行安全制動，這樣可有效減少緊急制動造成的危害[4]。

2.3減速段超速保護

在整個提升機運行過程中，減速段是非常關(guān)鍵的階段，提升事故多發(fā)生在減速點以后的行程段。提升機能否安全到達指定位置停車，關(guān)鍵是從減速點開始，是否按照給定的減速度減速。PLC 對提升容器的運行速度不斷采樣，并將采樣速度同其內(nèi)部給定速度進行比較，當采樣速度超過給定速度的 10%時，PCC 控制系統(tǒng)報警并對提升機進行安全制動。

3.結(jié)論

節(jié)能降耗是降低生產(chǎn)成本的重要手段，降低成本是提高產(chǎn)品競爭力的有效手段。采用新產(chǎn)品新技術(shù)對設(shè)備進行改造是各個廠家所關(guān)注和了解的，變頻調(diào)速就是這樣一種新技術(shù)、新產(chǎn)品，利用它可以改造供水系統(tǒng)或供料系統(tǒng)，起到顯著的節(jié)能效果，并且達到改善工藝條件的目的。

【參考文獻】

[1]馬良河，楊潔浩，葉建強.交流電機變頻調(diào)速性能試驗系統(tǒng)的研究[J].電機與控制應(yīng)用，2010（01）：79-81.

[2]韓旺，楊文劍.淺談異步電機變頻調(diào)速[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2011（11）：90-92.

[3]胡應(yīng)占，趙德申，劉志剛，汪小志.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定PID智能調(diào)速控制系統(tǒng)研究[J].電氣開關(guān)，2007（04）：115-116.

[4]彭少武，王立德.基于DSP的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計[J].科教文匯（上旬刊），2007（08）：153-155.