變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)用探究

孫 明

身份證號(hào)碼：411503198511260032

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)用探究

孫 明

身份證號(hào)碼：411503198511260032

工業(yè)中使用的電氣自動(dòng)化控制設(shè)備大多數(shù)功率比較大，消耗的電能及材料也比較多，以數(shù)控機(jī)床為例，工程技術(shù)人員為了能夠有效的解決這一問題，經(jīng)常采用的方法是工頻方式，雖然這種方法有一定的效果，但是因?yàn)槠淞觿?shì)比較明顯，經(jīng)過研究，在數(shù)控機(jī)床中使用了變頻調(diào)速技術(shù)，其效果非常好，不僅避免了工頻技術(shù)的劣勢(shì)，還提高了作業(yè)效率與質(zhì)量。本文首先介紹了變頻調(diào)速技術(shù)；探討了該技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)樽冾l調(diào)速技術(shù)的發(fā)展提供參考。

工業(yè)電氣自動(dòng)化；變頻調(diào)速；技術(shù)應(yīng)用

隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備得到了越來越廣泛的應(yīng)用，通過電氣自動(dòng)化的逐步推廣可以確保相關(guān)領(lǐng)域生產(chǎn)效率得到有效提升，進(jìn)而節(jié)省大量人力財(cái)力。而變頻調(diào)速技術(shù)的引入更加推動(dòng)了工業(yè)電氣自動(dòng)化的性能革新。相比于傳統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)穩(wěn)定性更好，實(shí)用性也更強(qiáng)，得到電氣自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用。

1 工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的變頻調(diào)速技術(shù)作用

1.1 有利于積極推廣變頻調(diào)速技術(shù)

目前，變頻調(diào)速技術(shù)主要是通過改變電源頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)整和控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，其能夠確保電氣自動(dòng)化控制實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑性的工作。最佳的調(diào)速方案就是運(yùn)用變頻器和節(jié)能變頻器來有效地控制工業(yè)生產(chǎn)中的電氣自動(dòng)化。同時(shí)變頻器還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，通過合理設(shè)置變頻器的調(diào)速裝置，就可以實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)能效果。此外，正確利用變頻調(diào)速器，能夠全面調(diào)整電機(jī)、電源系統(tǒng)和電路，同時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)電流的大小合理調(diào)節(jié)變頻器，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)的同時(shí)，還能提高整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)效率。

1.2 切實(shí)提升工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

電氣自動(dòng)化技術(shù)在目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中已經(jīng)不再陌生。其通過積極融合機(jī)、電、計(jì)算機(jī)以及信息處理等多種學(xué)科，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)學(xué)科之間的交叉和滲透，并主要運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中的高精尖設(shè)備的生產(chǎn)及制造中。在工業(yè)自動(dòng)化控制中引入變頻器，能夠真正實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化技術(shù)。變頻器與異步電動(dòng)機(jī)連接后，根據(jù)公式

(n：電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分鐘 f：電源頻率p：電機(jī)磁極對(duì)數(shù)，兩極為一對(duì)、四極為兩對(duì))，變頻器可以調(diào)節(jié)輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2 變頻調(diào)速設(shè)備的主要構(gòu)成部分

2.1 自適應(yīng)電機(jī)模型模塊

該模塊是變頻系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，其主要功能在于對(duì)電機(jī)的輸入電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，確保輸入電源滿足電機(jī)的基本參數(shù)。同時(shí)，該模塊還通過對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，完成對(duì)電機(jī)的調(diào)速功能。在工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，變頻調(diào)速技術(shù)通常在轉(zhuǎn)速控制精度超過0.5%時(shí)，使用閉環(huán)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋控制，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

2.2 脈沖優(yōu)化選擇器

在具體的設(shè)計(jì)過程中，通過選擇合適的控制芯片，并設(shè)定對(duì)應(yīng)調(diào)制方式(OFDM) 的信號(hào)源，然后編寫模塊電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的主要功能，包括FFT、插入循環(huán)前綴、緩沖模塊以及D/A轉(zhuǎn)換功能。為了保證設(shè)計(jì)模塊具有對(duì)應(yīng)的功能，在設(shè)置之后需要對(duì)OFDM 信號(hào)源進(jìn)行仿真試驗(yàn)，保證結(jié)果最終通過。

3 工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的變頻調(diào)速技術(shù)

3.1 在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

選擇的工程實(shí)例為：變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控機(jī)床節(jié)能改造工程的應(yīng)用。a.工程概述。某數(shù)控機(jī)床主驅(qū)動(dòng)功率為50kW，速度為16000r/ min，由于電能的消耗量比較大，在以前的實(shí)際運(yùn)用中，為了降低能耗，提高效益，嘗試采用工頻運(yùn)行的方式，盡管能夠取得一定的效果，但無法保證恒定的線速度，只能近似穩(wěn)定在某一特定的角速度，針對(duì)這種情況，決定采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，降低數(shù)控機(jī)床的電能消耗，提高機(jī)械加工效益。b.方案的確定。齒輪變速式主軸速度最多有30段可以供選擇，難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)的恒線速度控制，并且系統(tǒng)有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的故障，對(duì)離合器進(jìn)行定期的維修。

3.2 對(duì)等速段超速進(jìn)行保護(hù)

就機(jī)床旁軸提速電機(jī)系統(tǒng)而言，等速段超速保護(hù)過程如下：當(dāng)速度檢測(cè)器對(duì)提升速度的檢測(cè)超出額定速度的15%時(shí)，會(huì)引發(fā)等速超速繼電器發(fā)生動(dòng)作，將安全回路成功斷開，實(shí)現(xiàn)對(duì)等速段超速的緊急制動(dòng)。因此，當(dāng)進(jìn)行緊急制動(dòng)過程中，極易產(chǎn)生較大的沖擊力，對(duì)于機(jī)床旁軸提速電機(jī)系統(tǒng)具有較大的危害性。為此，在對(duì)等速段保護(hù)進(jìn)行設(shè)置的過程中，應(yīng)分別從兩個(gè)階段入手：一是若超速10%，且已經(jīng)超出所設(shè)定時(shí)間，則系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)聲光警報(bào)信號(hào)，提醒盡快啟動(dòng)制動(dòng)；二是若運(yùn)行速度逐步降低，至恢復(fù)正常速度時(shí)，聲光警報(bào)信號(hào)將解除；如果沒有及時(shí)采取相應(yīng)的制動(dòng)措施，提升速度還未有效降低，反而超速進(jìn)行時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)算判斷，而且超過了所設(shè)定的時(shí)間，則將自動(dòng)啟動(dòng)安全繼電器，實(shí)現(xiàn)安全制動(dòng)，能夠有效降低緊急制動(dòng)可能帶來的危害性。

3.3 自動(dòng)化的適應(yīng)電機(jī)模型單元

自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元的作用能夠通過檢測(cè)輸入電動(dòng)機(jī)的電壓和電流情況進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)行參數(shù)的識(shí)別，并且該電動(dòng)機(jī)的模型能夠直接的和變頻器相連接，直接的進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)矩控制，并且在大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中還可以將工業(yè)機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行精度性的控制，并且可以根據(jù)不同的工業(yè)機(jī)電一體化運(yùn)行情況開展開閉環(huán)的轉(zhuǎn)速選擇。

而且能夠通過對(duì)轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器進(jìn)行比較選擇，并且對(duì)其進(jìn)行反饋以及參考值的固定時(shí)間的比較，通過兩者之間的滯環(huán)調(diào)節(jié)器來輸出轉(zhuǎn)矩或者磁場(chǎng)的狀態(tài)。

綜上所述，可知在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制級(jí)中應(yīng)用變頻技術(shù)，其效果非常好，不僅提高了控制質(zhì)量，還提高了控制精度，在精簡(jiǎn)控制結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也做到了節(jié)能，不僅降低了相關(guān)設(shè)備的耗損程度，也降低了企業(yè)成本支出，也就提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，目前該技術(shù)還處在深度研究階段，經(jīng)過相關(guān)研究人員的努力，相信該技術(shù)會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1] 席李巖. 變頻調(diào)速在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)行思路探究[J]. 江西建材，2014，20：202+215.

[2] 朱娟娟. 芻議工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，27：60+70.