工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用

許長濤

【摘 ?要】工業作為我國重要的經濟支柱產業對國家的經濟發展和社會繁榮起到了重要的作用。提高工業生產效率，降低能源消耗會顯著提高工業企業的利潤和技術附加值，實現工業的健康綠色發展。利用變頻調速技術，能有效提高工業自動化生產中電機驅動效率，降低電能消耗，并提高系統的穩定性和電網適應性，在整體上提升了工業自動化系統的性能和可靠性。本文只要分析工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用

【關鍵詞】工業電氣自動化控制;變頻調速技術;應用

中圖分類號：TM921 ? ? 文獻標識碼：A

引言

隨著現代控制技術與生產需求的發展，變頻調速技術得到了廣泛的應用，而集成電路技術與微機控制技術的發展，為交流變頻調速技術的發展提供了良好的物質基礎與技術條件，變頻技術的功率因數高，調速性能也比較良好，在未來的工業自動化設備中應用會越來越廣泛。

1、變頻調速技術的原理

變頻技術是一項比較復雜的技術，根據其工作的具體要求，主要運用了磁極對數、電機轉速與電源之間的關系，可以將其定義概括為，式中的 n 代表電動機運作的速度，f 代表電機輸出的頻率，p 為電動機的磁極對數，電動機在工作過程中，主要通過編寫程序控制它的轉速與電源，以達到改變工作頻率，進而能夠實現對電機轉速進行控制的目標。變頻調速技術主要包括自適應電機模型、脈沖優化選擇器以及比較器等三部分構成，自適應電機的模型主要功能是對電動機工作的電壓、電流進行控制，以達到識別電機工作性質的目的，從而能夠有效控制電機的轉速，脈沖優化選擇器是根據電機工作范圍來選擇合適的工作信號，并在工作時對脈沖信號進行緩沖，使得在不同范圍的功能模塊能夠按照既定的功能工作，比較器模型主要是對轉矩與磁通的功能數值與正常情況進行比較，一般情況下，每隔 20s 比較一次，然后，通過比較的結果來判斷調節器的輸出或者磁場的轉變，進而能夠實現整個電氣設備的變頻調速控制。

2、變頻調速技術的優缺點分析

2.1 變頻調速技術的優點

2.1.1 電機啟動沖擊小

大功率電動機在啟動瞬間，啟動電流過大，會影響電動機的使用壽命，同時大啟動電流對電網沖擊影響很大，會導致電源電壓突然波動，影響同一電網內其它負荷設備的正常工作。利用變頻調速技術，通過對電機啟動頻率的控制，能實現電機緩慢啟動，使電源頻率從低到高輸出，電機轉速逐漸上升，從而控制電機啟動電流，變頻調速技術對電機和電源起到了有效的保護作用。

2.1.2 電機調速性能好

變頻調速技術調速范圍寬，調速動態響應快，且調速過程平滑沖擊少，能實現從 0HZ到幾百 HZ 的頻率輸出范圍，而且線性度很高，適合應用于各種電機各種場合的調速，如提升機，機床，電動汽車，生活水泵、消防泵、穩壓泵等調速速度和精度要求較高的場合均須用到變頻調速技術。

2.1.3 可以有效節約電能

變頻調速技術的應用可以大范圍改變電機運行轉速，電機在低速運行工況時能耗極大下降，能有效節約電力能源成本。

2.1.4 電源適應性強

變頻器通常配置直流母線電容器，對電網電壓波動具有較強的適應性，能在額定電壓5%-10% 的范圍內滿負荷輸出，在突然出現電網壓降時，變頻器能在 5 個周期內失電運行不跳閘，在輕載狀態下可失電運行更長時間。

2.2 變頻調速技術的缺點和不足

2.2.1 產生諧波

變頻器輸入側一般采用普通移相整流技術，低頻狀態有較大的波形畸變，會給電網造成一定的諧波污染，尤其在缺少電磁隔離設備時，對電源波形影響較大。隨著變頻調速技術的發展，部分廠家已在變頻器內部設置輸入 /輸出濾波器，以避免其產生的諧波。

2.2.2 設備投入成本較高

變頻調速技術中用到的功率器件如 IGBT模塊成本較高，并且耐壓能力有限，難以在高壓（10KV 等級）狀態下工作運行，因此，在高電壓、大容量變頻調速時，需要利用變壓器先對電源降壓，再調頻，再進行升壓，這一過程加大了設備投資和系統損耗，造成系統成本上升。

3、工業電氣自動化控制中變頻調速技術的具體應用

3.1 通過變頻技術能夠進行資源的有效節約

工業作為我國的第二產業，其在生產過程中還需要耗費大量的能源。電力作為工業運行過程中的主要能源之一，其也是保障工業正常生產的重要依據。在工業電氣自動化控制過程中，還需要在同一時間內來對多臺機器的運行情況進行有效的控制，但是在很多工程中多是對儀器設備進行直接供電，也沒有對用電機器的具體運行情況進行考察，也就存在有一定的電力資源浪費情況，嚴重情況下還會導致機器的損壞，從而威脅到該工業企業的生產可靠性以及生產效益。在工業電氣自動化控制工作中通過變頻調速技術的合理應用，其能夠實現對電流的合理分配，在滿足各種用電機器正常用電需求的基礎上，盡可能的節約電力能源，還能夠有效減少機器在運行過程中可以遭受的損傷，來減少該工業企業的生產成本。此外變頻技術的相關組裝零件還具備有一定的通用性，而在電氣自動化控制工作中還需要對多種不同規格的機器運轉進行控制，通過變頻技術能夠有效減少零件規模原因所導致的經濟損失跟資源損失，還能夠促進這些機器的工作效率得到進一步的提升，借此來為該工業企業帶來良好的經濟效益。

3.2 在電氣自動化控制發電系統中的應用

在工業電氣自動化系統的運行過程中還會產生非常多的能源需求，若過于依賴外界的能源傳輸，還會浪費大量的財力、人力以及物力，對于該工業企業的持續穩定發展會產生非常大的阻礙。因此大多數的電氣自動化控制技術均攜帶自身的發電系統。在發電系統的運行過程中各個環節還具備有一定的運行復雜性，如果電流的運輸位置出現了偏差，也就容易導致電流故障的發生。通過變頻調速技術的應用，能夠對發電系統中的運行故障進行有效的控制，對于發電系統還有著整體的維護效果。通過變頻技術可以對發電系統中的各項資源進行合理的安排，也就能夠促使資源的利用效率得到最大限度的發揮，以減少資源浪費等問題的發生。此外變頻技術的相關配件成本都比較低，也就能夠促使工業成本得到大幅度的降低，借此為該工業企業帶來良好的經濟效益。因此說在電氣自動化控制發電系統中通過變頻調速技術的應用，還能夠減少發電成本，提升發電的穩定性，借此來為該工業企業帶來良好的經濟效益。

3.3 在電氣行業自動化控制中的應用

目前工業的電氣行業自動化控制工作中，多需要機器跟工作人員來現場工作，這也就容易出現現場秩序過于混亂等問題的發生。此外在電氣行業自動化控制工作中有著儀器復雜的問題，在使用過程中還會因為電磁波交叉等因素導致電氣運行故障的發生。通過在電氣行業自動化控制過程中進行變頻調速技術的合理應用，還能夠對電磁波以及噪音起到良好的屏蔽處理效果，對于整體電氣系統也能夠起到一定的保護效果。針對工業系統結構復雜以及工作程序繁瑣的特點，也就要求各工業企業在自身的電氣化控制工作中能夠進行變頻調速技術的合理應用，借此來促進企業的運行穩定性跟可靠性得到進一步的提升。

參考文獻：

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（作者單位：聊城潤達水業有限公司）