變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用研究

趙小猛

【摘? 要】隨著現代技術的快速發展，電氣設備的自主運行能夠有效提高生產效率，但電氣設備的自動化速度需要結合實際生產需求進行相應的變化。為滿足這一生產需求，可以在電氣自動化控制中充分應用變頻調速技術，優化其電控效果，實現對電氣設備頻率的有效調整、自動化運行。基于此，論文主要分析其在電氣化自動控制中的重要性，針對其自動運作結構，深入探究變頻調速技術在自動化控制中的應用方式。

【Abstract】With the rapid development of modern technology， the independent operation of electrical equipment can effectively improve production efficiency. However， the automation speed of electrical equipment needs to be changed according to the actual production demand. In order to meet this production demand， frequency conversion speed regulation technology can be fully applied in electrical automation control， optimize its electric control effect， and realize effective adjustment and automatic operation of electrical equipment frequency. Based on this， this paper mainly analyzes its importance in the automatic control of electrification， and probes into the application of variable frequency speed regulation technology in the automatic control according to its automatic operation structure.

【關鍵詞】變頻調速技術;電氣自動化;控制

【Keywords】variable frequency speed regulation technology; electrical automation; control

【中圖分類號】TM921.51;TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）01-0185-03

1 變頻調速技術的基本分析

1.1 變頻調速技術

變頻調速技術就是通過利用變頻器控制電氣設備的實際運行速率，當前變頻技術的應用主要涉及3個部件：第一，自適應電動機模型單元。此模型是變頻調速技術中的主要組成部分，在技術應用中起到重要的決定作用。通過對電壓電流的有效檢測作出精準協調，并在此基礎上掌握相應的參數，以此為后續數據探究提供保障。所以在應用變頻調速技術時，應當重視使用電動機模型的應用效果，充分認識到在應用過程中的各項數據，以此來提高工作效率。第二，轉矩磁通比較器。這兩種比較器的使用能夠響應反饋值與參考值，在固定20ms的頻率下完成對比，在完成對比工作以后，則可以結合磁場的實際狀況與數據分析當前轉矩狀態。第三，脈沖優化選擇器。在應用變頻調速技術時，需要應用到固定的芯片來處理信息，在完成芯片選擇以后，也需要設計相應的信息源，將OFDM作為主要調節方式，同時也要對電路完成編寫，以此來保障電氣設備的安全運營。

1.2 基本技術特征

在電氣自動化控制設備中，應用變頻調速技術的主要目的是滿足現代工業化生產的基本需求，經過層層改造與完善后，具備自身的應用特點，并在電氣自動化控制中實現了全面應用與發展，促進了電氣設備的創新與完善，推動了整個工業行業生產效率的有效提高。變頻調速技術具有制造速度快的基本特征，通過此項技術的使用能夠有效降低電氣設備生產中的經營成本。當前變頻器主要應用于交流電動機的轉速調節之中，通過對轉速的有效調節，呈現出自身的基本優勢，而且還能夠繼續深入挖掘，為后續的使用提供了有利條件。同時，變頻器在使用過程中的綜合性能良好，能夠實現生產活動的節能減排。因此，此項技術的應用更符合我國積極號召的綠色生產理念，隨著變頻器應用范圍的擴大，能夠有效調控工業生產過程中的速度。

1.3 諧波危害分析

諧波危害一般主要發生在容量較小的電力系統之中，但此類電力系統在實際應用中卻較為常見，所以在生產中要注重諧波危害帶來的影響。諧波條件帶來的危害就是指：電線路在傳輸電能過程中會出現的集膚效應或者鄰近效應，如果諧波隨之進入電線路之中，那么就會導致線路的電阻頻率不斷上升，使得電能損失不斷加重。除此之外，諧波危害與配電之間大不相同，諧波包括在運行過程中出現所有工頻頻率不同的情況，由于二者之間并不相容，一旦諧波與配電接觸就會造成較大危害。

2 變頻調速技術在電氣自動化控制中的重要性

2.1 普及變頻調速技術

在使用電氣自動化控制設備時，引入變頻調速技術能夠有效提高電氣生產質量，同時也能夠普及變頻調速技術在工業化生產之中的應用。變頻調速技術的主要工作原理就是通過轉換電源頻率調整電機的實際轉速，以此來提高電氣化自動控制的效果。除此之外，通過變頻器的有效利用，能夠實現節能減排，真正達到節能的目的。因此，在電氣自動化控制運行過程中，可以將變頻調速技術積極融入其中，通過對電機、電源以及電路的充分應用，提高生產水平。而在實際自動化生產過程中，也要加強對電機應用效果的監督與管理，通過對電機實際運行情況的分析，實現變頻器對電機電流的管理與調整，在保障生產質量的同時也能夠踐行節能政策。

2.2 提高生產運行效果

隨著工業電氣設備的不斷完善，自動化技術已經逐步取代了人力施工，提高了生產作業的強度。就電氣設備的電氣化自動水平來看，變頻調速技術能夠實現對電氣設備的有效調節，優化企業運行模式，以此來提高生產的自動化程度，為工業生產運行效果提升提供條件。除此之外，隨著變頻調速器應用的不斷完善，積累了諸多系統優化經驗，能夠實現變頻技術的再次調節，而在電氣自動化控制系統中的應用，則能夠積累諸多變頻技術的應用經驗，實現對自動化系統的不斷完善，提高變頻技術的應用價值。

2.3 強化自動技術效果

在工業化生產中，電氣自動化技術的應用越來越完善，其在應用過程中會涉及電氣技術以及計算機技術，通過多個技術的融合推動了電氣技術發展。而在電氣自動化控制中應用變頻技術能夠實現對電氣自動化的有效調節，調控異步電動機減速與停機，從而有效減少電動機中產生的轉速，滿足電動機減速標準。變頻調速技術應用到電氣自動化系統中能夠有效發揮出變頻器的調節功能，實現對異步電機的有效管理，提高生產效率與質量。電氣設備運行效率無法通過系統調節來實現，同時也會帶來一定安全威脅，企業一般會調節不同電氣設備的負荷，以此保障控制系統的正常運行，但在此過程中生產成本不斷提高。而變頻調速技術都能夠有效調控自動化系統生產能耗，維護系統的穩定性，降低系統能量損耗。

3 變頻調速技術自動運作基本結構

3.1 硬件結構

3.1.1 獨立式變頻器

獨立式變頻器能夠將整流單元與逆變單元放置在同一容器中，而后連接容器與控制設備。在具體操作過程中，獨立式變頻器能夠實現結合電氣設備的工頻資源完成頻率轉化，將公平電流逐漸轉換為交流電，同時在交流電頻率的作用下，實現對電氣設備的全面控制。可見，獨立式變頻器的實際應用方式更加簡單，尤其是在工業生產中，其應用率更高。但是，獨立式變頻器也存在一定不足，每一個變頻器只能控制一臺電氣設備，在功能上也只能夠控制電氣設備的運行速度。

3.1.2 公共直流母線式變頻器

公共直流母線式變頻器更常用于多種電氣設備的系統之中，能夠實現對多臺電氣設備的同步控制，通過采取整流回饋等多種裝置，達到控制系統直流電流的目的，隨后變頻器再與直流母線相連接，在完成連接后，變頻器能夠吸收母線中的直流電，使得母線的直流電能力不斷上升。因此，在控制電氣自動化系統時，可以適當地操作變頻器的整流與回饋裝置，進而達到減弱或者增強電流的目的，使得電氣設備的運行頻率隨之變化，如圖1所示。總之，公共直流母線式變頻器的操作方法更為復雜，因此，在實際電氣設備中的應用相對較少，但整體功能性更強，更適合用于工業生產。

3.1.3 帶能量回饋單元變頻器

帶能量回饋單元變頻器是一種調控電氣設備運轉速度的變頻器，與上述兩種變頻器之間存在較大差異，其主要由帶能量回饋單元以及變頻器兩個結構組建而成，這兩個結構獨立應用，但之間又有所聯系。其具體運行原理如下：將變頻器結構與設備發電電源相連接，在發電的作用下，電氣設備會受到負載轉動慣量的影響，進而與變頻器同步運轉，但是在短時間內電機的運轉速度會高于變頻器，這也就表明電機內部存在多余的電量，而變頻器則能夠吸收這些電能，進而電壓不斷上升，產生較高溫度。在通過帶能量回饋單元以后，變頻器則會獲取到直流母線中的電壓，通過逆變效應將其轉換為交流電壓，通過多個環節的功能作用，將交流電壓反饋到電網之中，實現對電能的再次消耗。可見，此變頻器的實際操作步驟更為復雜，但節能效果更為顯著，在同等變頻器中更具優勢。

3.2 軟件結構

變頻調速技術離不開軟件結構的支持，具有遠程操控以及公共服務等多個作用。在具體操作軟件結構時，首先需要

通過電控單元控制變頻器，而電控單元一般主要由傳感器以及控制電路構成，傳感器能夠及時獲取電氣設備的實際運行狀態，然后將其狀態上傳至終端。結合數據信息自動識別設備狀態為人工預設提供條件，同時也能夠判斷電氣設備運行狀態的好壞，進而利用控制電路發出信號，使得變頻器能夠按照實際標準完成作業。在預設邏輯過程中，需要人工在終端對電氣設備進行運作設計，面對不同條件終端會傳遞出不同的指令，而實際工作內容的工作要求較為復雜，因此預設邏輯的數量也會不斷上升，為便于選擇，則可以利用封裝技術將各個邏輯機制進行打包，形成固有程序，實現軟件化。

4 變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用

4.1 數控機床的應用

在工業自動化生產中，變頻調速技術應用到數控機床中，能夠有效降低生產消耗。就數控機床的實際運行情況來看，在具體運行過程中會應用到大量的電能，進而使得消耗較大，如果過度消耗電能則會影響機床的實際工作效率，在變頻調速技術的價值下，則能夠有效減少機床消耗過大的問題。同時此項技術也能夠有效轉換傳統機床的運行模式，科學規劃機床運轉中的各項參數及數據，確保電氣設備在運行過程中能夠控制在合理范圍之內，在保障正常生產的同時，也能夠起到保養機床內部零件的作用。就實際應用情況來看，變頻調速技術也能夠有效提高機床的生產效率，在降低功能消耗的同時為企業節約生產成本，進而提高機床的應用效果，降低運營成本。

4.2 穩定變頻器的應用

變頻器如果在電氣設備中的應用操作不當，則很容易引發生產事故，進而增大生產消耗以及經營成本，同時也會降低生產效率。而變頻器的使用與自動化系統節能之間存在一定關聯。變頻器的主要功能作用是調節電氣系統自動化生產，以此來保證電氣設備的穩定運行，在實際應用過程中也要將變頻器與電動機之間相對應，保障生產工作的合理進行，以此來提高電氣設備的復合電壓。為了確保變頻調速的實際效果，滿足電氣調節的需求，就應當確定電動機的相關參數，不斷完善自動化電氣設備的功能，對其實際運行狀態加以識別。電動機與變頻器的連接使用能夠統一控制操作系統，不斷完善各項工作內容，使得工作得到有效協調，提高生產水平。控制電路主板也應當積極更換為變壓型變電路，以此配合車間完成作業，同時也能夠保護相應的故障區域，實現設備與變頻器的協調應用。

4.3 深度指示器保護失效對應措施

在實際工業生產過程中，一般會通過多種措施保護相應的裝置，設計人員則會根據設備的實際操作原理相應地添加保護裝置。深度指示器作為保護裝置之中常見的設備之一，在實際運行中如果不能保證其運行常態，則會影響最終的保護模式。因此，針對此種情況，就應當結合其保護失效問題，設置失敗保護模式，這時就需要利用點評技術來完成相應的設置工作。首先要通過設備采集脈沖數信號，隨后將采集前后的數據信號值加以對比，如果數值并未發現相應變化，這就表明指示器出現問題。在出現問題的情況下，變頻器能夠判斷設備的實際運行狀態，通過保護模式發出預警并自動采取相應解決措施，提示工作人員及時處理故障。

4.4 優化管理結構

自動化電氣設備具備基本的識別功能，其主要識別目標為電信號，電信號主要來源于自適應電動機模型之中。這一模型單元主要是由傳感器與控制電路組成，在具體應用過程中，可以通過本模型單元的功能，檢測電氣設備的實際運行狀態，并將其轉換為數字化形式，提高其判斷準確度。而這些操作能夠有效替代傳統人工操作，如能夠自動診斷電氣設備狀態，減輕人工成本投入，同時也能夠保障最終檢測的精確度，實現管理結構的有效性。

4.5 控制等速區間超速

等速區間一般常應用于電氣拉動設備，需要保持速度一致，但設備會受到不同因素的影響，使其實際運作速度發生變化，部分電氣設備會出現超速的情況，為了減少此項故障的發生概率，則應當通過變頻調速技術對其自動化加以控制，以此來提高運行效果。變頻調速技術可以結合自動化設備的實際運行情況，判斷其是否出現超速等故障情況，如果在控制速度過程中，無法通過頻率調節實現最終控制目標，那么變頻器就會觸發報警功能，終端會提醒工作人員進行操作。除此之外，為了避免出現誤動等情況，人工在預設邏輯時也需要判斷邏輯的合理性，邏輯標準則應當控制在15%以內，如果存在特殊情況，則可以結合實際加以調整。

5 結語

總而言之，變頻調速技術在電氣自動化控制系統中的應用具有重要成效，而且能夠有效調節運轉速度，提高生產效率，同時也能夠達到節能的目標。因此，工業化生產應當積極加大對變頻調速技術的研究力度，以此來不斷優化當前的生產質量，降低實際能源消耗，為企業的發展提供有力支持。

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