工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用

李安平

（南京市產品質量監督檢驗院，江蘇 南京 210000）

為推動國民經濟的快速發展，對工業化發展模式予以變革是非常必要的。工業電氣自動化控制是在現今信息技術普及背景下衍生的自動化、智能化控制體系，有助于提高工業生產效率，降低能源、資源損耗。變頻調速技術的應用則為工業電氣自動化控制帶來了機遇，可以促進工業的可持續發展。

1 變頻調速技術原理（如圖1）

變頻調速技術是借助對電源輸入頻率的轉變，對設備轉速、運行負荷，運行模式進行調整和管控的一種技術方式。這對于工業電氣自動化控制設備運轉效率提升、能耗控制具有顯著效果，也是提高工業生產自動化、智能化水平的關鍵，對我國工業化建設進程有明顯的推動作用。

2 變頻調速技術的特點

2.1 優點

變頻調速技術應用優勢可概括為四點。

（1）電機啟動時的沖擊力較小。通常情況下，設備啟動時，會存在瞬間電流增大的情況，這會對電源及設備帶來影響，尤其是大功率的設備，瞬時電流的增大可能會造成設備燒毀等問題。變頻調速技術的應用可以有效控制啟動瞬間電流的變化，起到保護作用，延長設備使用壽命。

（2）電機調速性能好。變頻調速技術的適用范圍廣，動態響應速度較快，在很多領域中均得到了應用，如機床、電動汽車、消防泵等。

（3）能源把控嚴格。變頻調速技術可以對轉速實行科學管控，在保證生產效率的同時，降低電能損耗。

（4）電源適應性強。配置的變頻器以直流母線電容器為主，可以適應各種情況下的電壓波動，緩解電壓急劇變化帶來的危險。

圖1 變頻調速技術原理

2.2 缺點

變頻調速技術在應用中雖然優勢較多，可以改善設備性能及運行質量，但仍存在一些問題需要關注和解決。

首先，諧波產生。變頻設備的一側利用了普通移相整流技術，該技術導致變頻過程中出現波形畸變的情況，進而使整個系統網絡電能傳輸出現問題，電流供應不均衡，阻礙了設備的安全穩定運轉。近年隨著技術的完善，上述問題雖逐漸解決，不過，仍需相關作業人員加以重視。

其次，設備成本較高。變頻調速技術的應用需要專業技術的支撐，不過，變頻器在使用過程中的耐壓性較低，實際應用中需要經過先降壓再升壓的處理，這對于內部一些零部件會造成沖擊影響，增加更換頻率，造成成本損耗，且內部元件的成本本身較高，增加了設備經費的支出。

3 工業電氣自動化控制中變頻調速技術應用的重要性

3.1 實現變頻調速技術的推廣和應用

變頻調速技術初期的應用主要是對轉機速度進行調整和控制，優化電氣設備自動化控制水平，提高工業生產效率。之后，隨著技術的完善，變頻調速技術在工業電氣自動化控制中的應用也得到擴展和優化，不僅可以對設備轉速進行調整，實現對電源和電路的全過程管控，避免因電壓增加產生故障，還可以對電機運行狀態予以實時監控，通過轉速等參數數據的變化和記錄，準確判斷設備運轉情況，并及時分析其中存在的異常參數，做好調整和管控工作，以維護工業電氣自動化控制設備的安全運轉，改進作業質量。

3.2 提高自動化控制技術水平

電氣自動化技術的發展和應用已經成為未來一段時間內工業化發展的主流技術。電氣自動化控制技術包含計算機、信息技術等多項專業內容，改善了電氣設備管理和控制效率，解決了工業生產中存在的各種問題。將變頻調速技術與電氣自動化控制融合起來，可以對電機運轉中電壓、轉速、功率等多方面內容進行自動化控制和管理，避免電機運行中因轉速過快或電壓不穩帶來的故障隱患，確保工業電氣自動化設備的安全運轉，提升設備自動化、智能化控制水平，促進工業生產的有序進行，降低能源損耗。另外，因為變頻器調節作用，逐漸將異步電動機實施減速，同步的轉速低于異步電動機實際轉速，轉子電流的相位將相反，促使異步電動機中產生制動轉矩，科學控制電機轉速，從而避免危險的發生，加大其在工業電氣自動化控制中的應用率。

4 工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用

4.1 發電系統中的應用

工業電氣自動化控制系統在運行過程中對能源有著較高要求，單純地依靠外接電源供應，難以保證供電質量，還會造成資源上的浪費，不利于企業經濟效益的提升。因此，很多企業都會設置獨立的發電系統，為電氣自動化系統及設備提供充足的電能供應，但因發電系統的復雜性較強，在實際應用中，容易出現電流輸出與實際需求不符的現象，這就會導致設備因電壓供應不穩而出現短路、斷路等故障問題，對整個系統帶來影響。設備系統運行使用變頻調速技術后，首先，上述存在的問題能得到很好的約束和控制，加大工業電氣自動化控制系統的運行安全系數，改進工業生產效率，促進企業的健康發展。其次，變頻調速技術的科學應用，做到了電力資源的科學劃分，加大資源利用率，在保證電氣自動化系統安全穩定運行的基礎上，達到資源和能源節約目標，推動企業的環保發展。再者，有關變頻調速技術的應用配件，成本相對比較低廉，電氣自動化控制生產過程中能夠有效縮減成本，增加經濟收益。同時，通過該技術在發電系統中的合理應用，還能增強系統發電過程中的穩定性。

4.2 減速區段低速控制中的應用（如圖2）

圖2 在減速區段低速控制中的應用

在減速區段低速控制中應用變頻調速技術，可以在優化自動化控制水平的基礎上，加強該區段運行的穩定性，避免電氣自動化設備出現臨界值運行的情況，促使電氣自動化控制系統的安全運行，降低工業生產的危險系數。再者，利用PLC 與變頻設備，對減速區段內速度的變化特征實行監督和掌握，對未達到減速要求的時段予以快速分析和掌握，找出問題成因，并給出合理的解決措施。此外，還要核對安全值和數據值，以確保系統減速區段的正常運行。如果監控期間發現速度與規定數值不符合，那么，要向系統中心發出安全警報，及時調節系統減速控制。

4.3 深度指示器保護控制中的運用

工業電氣自動化控制系統運行的安全性，需要專業的保護裝置進行控制，減少故障問題的產生，加快數據信息分析速度。深度指示器作為主要的設備保護裝置，一旦出現故障問題，會直接影響其他保護裝置的運行效果，降低保護系數，擴大故障影響范圍。為此，需要利用變頻調速技術對深度指示器保護裝置進行控制和處理，注重各項參數數據調節的準確性、及時性，在設備運轉達到臨界值時，及時實施自動化調節和報警作業，降低故障問題的發生率，促進設備的正常運轉。

利用變頻調速技術還可以對收集到的脈沖信號實施分析和處理，如果脈沖信號數據沒有及時改變，則說明深度指示器裝置正處于停止運行狀態，此時，無法開啟電氣設備的保護功能，如果處于這種狀態，技術人員要及時開展設備檢查工作，判斷設備狀態是否處于爬行區，如確定，那么，深度指示器裝置會發出預警信號，并采取相應的處理措施，如果是否定的，那么，系統隨時會進入制動狀態，隨后發出警報信號。

4.4 自適應電機模型單元中的運用

變頻調速技術在自適應電機模型單元中的應用優勢可概括為以下幾點：一是檢查輸入電機控制系統中的電壓參數，保障其在規定范圍內，提高設備安全運行效率。二是調整變頻器與電機模型，將轉矩控制在規定范圍內。三是實現一體化管理目標，為設備運行提供良好的空間環境，加強系統設備運行的安全性。

5 結語

變頻調速技術在工業電氣自動化控制中起到了非常重要的功效，應該加大重視力度，科學合理使用，并做好電力資源的節能控制，以提升電氣自動化生產水平，為企業創造更大的經濟效益，推動產業工業化的良性發展。