變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用探究

高倩，楊曉峰，孟凡文

（濟寧職業技術學院，山東濟寧，272000）

0 引言

在人們生活水平日益改善的今日，對當前社會的生產力也產生了更高的需求，變頻調速技術已在多個領域取得較好效果，為實現電氣自動化控制，電氣企業也將該技術運用到電氣領域中，以增進電氣企業的可持續發展。

1 變頻調速技術在電氣自動化控制中的工作原理

在科學開展電氣自動化控制的過程中，技術人員可巧妙使用變頻調速技術，其運用的主要原理為軟啟動器的節能、功率因數的補償與變頻調速的節能等。

一方面，依照變頻調速技術的主要原理，工作電源的輸入頻率與其電機轉速成正比，其等式為n=60f（1-s）/p，其分別為轉速、輸入頻率、電機轉差率與電機磁極對數等，通過電機工作電源頻率來改變其電機轉速。若電機整體的工作效率固定，當其控制流量逐漸縮小時，其轉速也會下降，繼而引發功率的減小。

另一方面，當電氣設備處在低功率狀態下時，其設備會呈現發熱狀態，不同程度的增加了線路損耗，降低其內部的有效電能，縮減該設備的運用效果、使用壽命，也造成了極大的資源浪費，額外增加成本的同時會改變其運行效率。在使用變頻調速技術后可切實補償設備中的功率因數，繼而減少電能損耗。

此外，一般來講，電氣設備的啟動方法多為Y/D 啟動或直接啟動，在進行啟動的一瞬間，其電流會快速超出額定電流，甚至會達到其數值的五倍以上，降低其使用壽命。若技術人員運用了變頻調速技術可提升啟動電流的穩定性，降低其給電網帶去的沖擊，繼而保障此類設備的自動化控制水準[1]。

圖1 電機的工作原理

2 變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用實例

■2.1 確認應用方案

變頻調速技術在使用期間存有諸多優勢，其可運用在保護裝置、等速段與減速段的電氣自動化控制中。為檢驗該技術的應用效果，研究人員挑選一項電氣工程實例，以數控機床的節能改造為例。

具體來說，該數控機床的整體速度為1600r/min、主驅動的功率在50kW 左右，由于此類裝置對電能的消耗較大，為增強企業效益，降低其內部能耗，使用了工頻運行法，該方式雖然獲得了一定效果，但不足之處過多，技術人員運用了變頻調速技術來改進該數控機床的運行態勢。

在確認改造方案時，技術人員選用了30 多段的齒輪變速主軸，如圖2 所示，要對其恒線速度實行精細化控制，針對其可能形成的故障隱患開展定期維修。

圖2 變頻調速裝置

■2.2 不同環節的應用優勢

2.2.1 優化保護裝置

電氣設備內部的重要構成帶有保護裝置，其可運用在數控機床中，其能保證電氣設備的穩定運行，若其出現故障，部分保護裝置將難以維持其原有效果，在失效后檢測不到危險信號，嚴重影響設備運行。為保障保護類裝置的正常運行，技術人員可更換保護方法，讓該器具始終處在穩定、安全的狀態中。具體來說，在使用變頻調速技術時，可有效記錄與收集電氣設備內的脈沖信號，若數據信號沒有產生變化時，可了解到其出現問題，針對其異常狀況開展設備檢測，在解除異常后，重新讓保護裝置回到最初狀態。

2.2.2 控制等速區間

在正常的電氣企業中，電機設備的應用較為廣泛，此類設備運行的主要位置為等速區間，在使用變頻調速技術的過程中，借助相應的信息技術平臺可有效控制該設備的運行狀況，在電機拉動設備時，當其超速或過載運行時會發出相應的預警信號，從而對該區域起到切實的保護作用。通常來講，針對拉動設備的電機來說，其合理的工作速度需為此前設定的15%，若速率超出該標準數值，該系統的運行速度會減慢，會隔開設備內部的安全回路，利用緊急制動裝置來緩解其運行速度，繼而保障該區間的安全性[2]。相關設備在正常運行時，保護裝置需進行科學設置，如控制設備運行速度，其速度要在10%內、密切關注運行期間的系統參數，確保該數值可維持設備的正常運行。

2.2.3 應用在減速區域

在電氣設備的減速區段中也可使用變頻調速技術，有效提升該區域的安全性、穩定性。具體來說，技術人員在使用新型調頻技術時，可精準發現設備內部的各項標準值，借助正確的使用方法降低其危險系數。在運用變頻設備與PLC系統的過程中，可適時觀察該區間中各項速度的改變，透過其變化特征來監督電氣設備的運行。若某些時段沒能達到減速要求，技術人員可進行快速分析，在掌握了相應原因后，設定出適宜的解決方案。為保障該區段的運行態勢，還應科學分析數據值與安全值，適時監控各項數值的整體運行，當其速度與此前設定的數值不一致時，要借助監控系統進行安全警報，立即調整該系統的運行速度，使其與規定值保持一致。

■2.3 采用變頻調速技術

2.3.1 發現問題

在了解到變頻調速技術在電氣設備中的應用優勢后，設計人員要將該技術運用到此項工程中。電氣設備內部的負載數與變頻調速的關聯性較大，在數控系統中變頻調速技術可保護著多項電氣裝置。

針對數控機床的改造，在改造過程中其保護裝置失去效果，該器械無法檢測電氣設備的內部參數，影響了設備的正常運行，技術人員也難以了解當前該設備的運行狀態。同時，等速區間與減速區段也出現了不同程度的問題，電力拉動設備的速率正急速升高，減速區域也存有較多不符合要求的區段，在發現相關問題后，技術人員需采用合適的技術手段來加強電氣設備的穩定性。

2.3.2 使用變頻調速技術

試驗人員為保障電氣設備的運行安全，將變頻調速技術放置到該裝置的改造中，對保護裝置設置了不同程度的保護，還依照專業技術要求適時調整了減速區段與等速區間，通過一段時間的觀察后，保護裝置已重新回歸到正常狀態。

針對等速區間的保護，技術人員科學測量該電氣設備的運行速度，并設定標準的額定值，通過手動與機械相結合的方式調整該等速段的速度，使其實際速度在額定速度的15%以內，若安全回路的整體速度超出繼電器動作，則該裝置會自動斷開安全回路，繼而實施緊急制動方案。在保護等速度期間，技術人員利用變頻調速技術將其分成兩個階段，其一，若運行速度在額定速度的10%，該裝置會立即發出以聲光為主的警報信號；其二，若速度處在正常狀態時系統在恢復正常工作的同時還會及時解除警報信號，此方式可最大化降低設備緊急制動時帶來的傷害。

在保護減速區段期間，由于該區域屬電氣設備的關鍵位置，若減速點內速度的設計不合理，將影響電氣設備的整體運行。技術人員利用PLC 系統來采樣電氣設備中的運行速度，將其與此前規定的速度開展詳細比對，若其速度大于規定速度，可在PLC 系統內設置對應性警報，借助裝置保護來改進減速區段的運行水平。

2.3.3 試驗結果

在完成變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用試驗后，技術人員發現該數控機床中的各項設備帶有多種保護裝置，無論是保護裝置、減速區段還是等速區間皆能夠重新運行。多項設備在運行期間企業管理人員要派遣專業的監管人員進行現場督查，通過科學監測可以發現此類保護裝置的作用與價值。在開展現場督查期間，相關人員需適時監察其各項環節，保障每個數字的標準性、科學性。當電氣設備內部運行速度與標準速度不符時，保護裝置則會發揮效用，自動調整其內部速度，使其始終保持在正常的運行范圍中，保障電氣設備的運行效率。

3 總結

綜上所述，隨著電氣自動化的廣泛應用，其能改進生產效率，降低生產成本，在采用變頻調速技術的過程中，可有效增強電氣內部各項系統的穩定，在保證產品質量的同時，促進企業的社會效益、經濟效益。