變頻器在電氣自動化控制中的應用分析

尹璐 遼寧輕工職業學院

在工電氣自動化控制中，應用變頻器，不僅提高了控制質量，還提高了控制精度，再精簡控制的同時還做到了節能環保。不僅降低相關設備的損耗程度，也降低了企業成本支出，提高了企業的經濟效益。

一、變頻技術概述

變頻技術是將電信號頻率按照控制的要求，通過具體的電路實現電信號頻率變換的應用性技術。變頻器是變頻技術的應用裝置，是運動控制系統中的功率變換器。變頻器作為重要的功率變換部件，可為系統提供可控的高性能變壓變頻交流電源。變頻器是可調速驅動系統的一種，是應用變頻驅動技術改變交流電動機工作電壓的頻率和幅度，來平滑控制交流電動機速度及轉矩，最常見的是輸入及輸出都是交流電的交流/交流轉換器。

變頻器的主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。

二、變頻器的分類

（一）按輸入電壓等級分類

變頻器按輸入電壓等級可分低壓變頻器和高壓變頻器，低壓變頻器國內常見的有單相220 V 變頻器、三相220 V 變頻器、三相380 V 變頻器。高壓變頻器常見有6 kV、10 kV 變壓器，控制方式一般是按高低一高變頻器或高一高變頻器方式進行變換的。

（二）按變換頻率的方法分類

變頻器按頻率變換的方法分為交-交型變頻器和交-直交型變頻器。交-交型變頻器可將工頻交流電直接轉換成頻率、電壓均可以控制的交流，故稱直接式變頻器。交直-交型變頻器則是先把工頻交流電通過整流裝置轉變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可以調節的交流電，故又稱為間接型變頻器。

（三）按直流電源的性質分類

在交-直-交型變頻器中，按主電路電源變換成直流電源的過程中，直流電源的性質分為電壓型變頻器和電流型變頻器。

三、變頻器的選擇

變頻器的選擇包括變頻器控制方式的選擇、容量的選擇和變頻器箱體結構的選擇3個方面。變頻器選擇的基本原則是保證滿足工藝流程的要求，盡可能節省資金。

（一）控制方式的選擇

變頻器控制方式的選擇要根據負載的要求進行。對于風機、泵類等二次方律負載，在低速時負載轉矩較小，通常可選擇U/f 控制式通用變頻器。變頻器的選型應滿足：變頻器的電壓等級應與驅動電動機的額定電壓相符合；額定電流為所驅動電動機額定電流的1.1-1.5 倍；變頻器的控制方式應與被驅動設備的負載特性相匹配。

（二）容量的選擇

變頻器的容量可以從3 個角度表述：額定電流、適用電動機功率和額定容量。其中后兩項變頻器生產廠家由本國或本公司生產的標準電動機給出，或隨變頻器輸出電壓等級的降低而降低，都很難確切地表達變頻器的能力。在選擇變頻器時，只有變頻器的額定電流是反映變頻器負載能力的關鍵量。負載電流不得超過變頻器額定電流是選擇變頻器容量的基本原則。而對于鼠籠式異步電動機，變頻器的容量選擇應以變頻器的額定電流稍大于或等于電動機最大正常工作電流的1.1 倍為宜，以最大限度地節約資金。

在選用變頻器時除了考慮技術性和可靠性外，還應考慮經濟性，一般不要留有太大功率容量，變頻器與電動機兩者的功率相匹配，這樣不但經濟性強，輸出的波形也很好。

（三）箱體結構的選用

變頻器的箱體結構要與環境條件相適應，即必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這些因素與變頻器能否長期安全、可靠地運行有很大的關系。常見的變頻器箱體結構類型由：敞開型IP00、封閉型IP20 和密閉型IP65。

四、變頻器在電氣自動化控制中的應用

利用變頻器進行交流變頻調速具有優異的調速和啟、制動性能，以及高效率、高功率因數和明顯的節能特性，已在社會生產的各領域中得到了廣泛應用，主要又以下幾個方面：

（一）節能方面

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。

（二）工業自動化方面

隨著控制技術的發展，變頻器除了具有基本的調速控制之外，還具備了多種算術運算的智能控制功能，可使輸出頻率的控制精度高達0.1%-0.01%；變頻器還具有完善的檢測保護功能，因此在自動化控制系統中得到了廣泛的應用。例如：化纖工業中的卷繞、拉伸、計量、導絲；玻璃工業中的平板玻璃退火爐、玻璃窯攪拌、拉邊機；電弧爐自動加料、配料系統以及電梯的智能控制系統。

（三）工藝控制方面

變頻器還廣泛地應用于傳達、起重、擠壓和機床等各種機械設備的控制領域，可用來提高工藝水平和產品質量，減少設備沖擊和噪聲，延長設備使用壽命。采用變頻器控制后，可以是3 機械設備簡化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改變原有工藝規范，從而提高整個設備的性能。例如：干法造紙生產系統、涂裝輸送系統、保溫棉生產線。

五、結束語

到目前為止，變頻器已經在工業制造、鋼鐵、有色冶金、油田、煉油、石化、化工、紡織印染、醫藥、造紙、卷煙、高層建筑、建材、家用電器、數控技術及機械寒夜等領域得到了廣泛的應用，而且隨著智能型、環保型變頻器的出現，變頻器的應用領域正在不斷擴大。