工業(yè)電氣自動化控制中變頻調速技術的運用探析

曾鑫

[摘 ? ?要 ]近年來，電氣自動化控制技術取得可喜發(fā)展，且在各個領域應用廣泛，逐漸成為了我國高新技術產業(yè)的核心組成部分，在很大程度上使得工業(yè)領域的產品制造精度及生產效率大幅度提升。但是，電氣自動化控制涉及多個設備與系統，將會產生大量的能源消耗，如何依托變頻調速技術解決能耗問題，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益，是當前亟待思考和解決的問題?；诖?，本文在闡述變頻調速技術概及其技術特征和原理的基礎上，立足工業(yè)視域，分析了變頻調速技術的具體應用，以期能夠為行業(yè)發(fā)展提供參考，推動工業(yè)企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

[關鍵詞]工業(yè)電氣;自動化控制;變頻調速技術

[中圖分類號]TM921.51;TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）07–00–03

[Abstract]In recent years， electrical automation control technology has achieved gratifying development and has been widely used in various fields. It has gradually become a core component of my country's high-tech industry. To a large extent， it has greatly improved product manufacturing accuracy and production efficiency in the industrial field. . However， electrical automation control involves multiple devices and systems， which will generate a lot of energy consumption. How to rely on frequency conversion speed regulation technology to solve energy consumption problems and create more economic benefits for enterprises is a problem that needs to be considered and solved. Based on this， this article analyzes the specific application of frequency conversion technology based on the introduction of frequency conversion technology and its technical characteristics and principles， based on the industrial perspective， in order to provide a reference for the development of the industry and promote the stable development of industrial enterprises.

[Keywords]industrial electrical; automatic control; frequency conversion speed regulation technology

傳統工業(yè)電氣自動化運作模式的運行機制相對單一，多是基于一定邏輯下對電氣設備進行控制，這種模式能夠在一定程度上對設備的運作時間進行科學調配，同時能有效降低設備故障率。但是，單純的進行啟停控制，無法有效提高工作效率，甚至影響產能水平，具有一定的局限性。而隨著現代科技的不斷發(fā)展，在電氣自動化控制中引入變頻調速技術，能夠進一步細化設備的啟?？刂?，在保障產能最大化的同時，兼顧高效地故障的優(yōu)勢。

1 變頻調速技術概念解析

一直以來，直流調速因控制性較強、安全可靠，且在運行過程中噪音小，電路控制較為簡單等優(yōu)點，成為了工業(yè)領域最常用的控制方法，但伴隨著現代科技的不斷發(fā)展，直流調速的局限性不斷凸顯。直至20世紀80年代，集成電路和微機控制技術發(fā)展取得可喜成效，在一定程度上推動了變頻調速技術的發(fā)展，并為其提供了良好的技術支持[1]。當前，變頻調速技術的應用是自動化控制領域的必然發(fā)展趨勢，其主要是以電氣設備電機轉速和電源頻率之間的關系為依據，通過對電氣設備輸入頻率的改變，來實現電氣設備電機轉速、負荷以及模式的改變，以此來提高設備自動化控制水平。變頻調速設備主要由自適應電動機模型單元、轉矩和磁通比較器組成，模型單元主要是借助識別電壓電流來進行控制，而轉矩和磁通比較器則是通過對比數值掌握設備的運行狀態(tài)，并根據控制和掌握結果制定相應的應對措施[2]。

2 變頻調速技術的應用特征與原理

2.1 變頻調速技術的應用特征

2.1.1 經濟適用性

隨著我國工業(yè)的發(fā)展，電氣自動化領域加大了對變頻調速技術的應用力度和廣度，積累了大量的應用經驗，完善了技術理論體系，并在實踐中降低了變頻調速設備的研發(fā)成本。與其他電氣自動化控制設備相比，變頻調速技術能夠有效控制運行成本，經濟適用性強。

2.1.2 通用性

變頻調速技術與其他電氣自動化控制系統相比，其與設備功能模塊的匹配度更高，通常情況下，常規(guī)變頻調速設備均適用于大多數工業(yè)電氣系統，通用性好。

2.1.3 優(yōu)化性

從當前發(fā)展與應用來看，變頻調速技術理論體系不斷完善，設備性能也逐漸優(yōu)化，尤其是穩(wěn)定性、便捷性提升顯著，并在設備整流、逆變一體化等方面取得突破性進展。

2.2 變頻調速技術的原理分析

變頻調速器節(jié)能、功率因數補償以及軟啟動器節(jié)能三個方面是變頻調速技術在工業(yè)電氣自動化控制中應用的主要原理。首先，基于電機工作原理，轉速與流量一次功率呈正比，同時功率與轉速立方同樣成正比。當電機工作效率恒定，如果減少流量，轉速和功率將同時變小。其次，電氣設備在低功率狀態(tài)下會出現發(fā)熱情況，線路損耗增加，從而使得有效電能減少，設備使用效率將受到嚴重影響，導致大量資源被浪費，運行成本將增加[3]。而變頻調速技術通過對功率因素進行補償，起到降低電能損耗的目的。再者，通常情況下，電氣自動化系統主要采用的是直接啟動的方式，電流在啟動瞬間可達到額定電流的5倍，所以對設備容量提出了較高要求[4]。變頻調速技術能夠有效控制啟動電流，降低啟動電流對電網的沖擊，延長設備的使用年限。由此可見，對處于電氣自動化控制系統而言，要想進一步促進其發(fā)展，就必須要提高變頻調速技術水平，切實發(fā)揮出其功能效用。

3 工業(yè)電氣自動化控制中變頻調速技術的具體應用

3.1 礦井指示器保護中的應用

在礦井作業(yè)中，為確保電氣提升設備能夠正常運行，通常都會采取多種防護措施，而在整個操作過程中，深度指示器的作用非常重要，一旦指示器發(fā)生故障，會導致很多保護裝置功能失效，也就無法及時準確探測到礦下所存在的危險信號，從而導致礦下作業(yè)無法開展。所以，為最大化發(fā)揮出指示器的作用，在使用過程中需要對其進行有效的防護，確保作業(yè)過程中指示器始終處于穩(wěn)定、安全的狀態(tài)[5]。通過變頻調速技術記錄編碼采集的脈沖數信號，在進行疊加處理后，與比較器脈沖進行對比，若數據信號未發(fā)生變化，則表明指示器發(fā)生故障，需要對設備進行全面檢測，以便能及時解除異常，使指示器能夠恢復正常。

3.2 減速區(qū)段的低速保護應用

減速區(qū)間控制是變頻調速技術應用的重要領域，尤其是在提升設備穩(wěn)定控制上，一旦系統減速，且達到預先設定的位置，那么就需要應用變頻調速技術對其進行有效的控制和保護。相關操作人員在應用變頻調速設備時，還可以利用PLC設備取樣監(jiān)控速度，并將所得出的數值與設定好的安全值進行對比，以此來判斷減速區(qū)段內系統是否發(fā)生故障。如果存在超越現象，設備將自動發(fā)出警報，能夠對設備安全運行進行實時監(jiān)控。

3.3 等速區(qū)間的超速控制保護應用

在工業(yè)領域，電機拉動設備的應用非常廣泛，主要應用于等速區(qū)間。當電機拉動設備發(fā)生超速運行或是超載狀態(tài)時，就可以通過變頻調速技術及時發(fā)出警報，以便工作人員能夠及時對等速區(qū)間出現的超速現象進行處理。通常情況下，電機拉動設備正常運行速度應在既定運行速度的15 %以下，如果超過既定速率，變頻調速系統將會對運行速度進行控制，并隔開設備安全回路架構，同時為進一步降低運行速度，還會啟動緊急制動系統?？傊氪_保設備在等速區(qū)間正常運行，需要從兩方面入手：一是速度控制應保持在10 %范圍內;二是在設備正常運行過程中，需要確保系統始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 數控機床中的應用

在數控機床中變頻調速技術的應用也十分廣泛，能夠在很大程度上降低數控機床運作過程中的電能消耗。數控機床主要是對各種材料進行精加工，尤其是一些復雜零部件，通過機床可以實現大批量生產。在變頻調速技術應用前，數控機床多是采用恒流電機，在不同材料制作過程對電機傳速進行調整，因此會導致能源出現大量損耗，而且也無法對電機轉速進行精準控制，從而影響整體加工效率。引入變頻調速技術，以此來縮小機床齒輪主軸的速度范圍，為精準控制轉速創(chuàng)設了條件。加之通過調節(jié)機床轉速，還可以實現對不同材料的切割，極大地提高了生產效率。

3.5 變頻器節(jié)能中的應用

在工業(yè)電氣自動化控制系統中，經常會出現高技術低產出的現象，導致大量的經濟資源被浪費，生產效率始終得不到有效提升。近年來，節(jié)能理念在各個領域不斷滲透，如何更好地提高自動控制系統的節(jié)能水平，是當前亟待思考的問題。而借助變頻調速技術可以在電機單元模型中有效判斷出電機電壓、電流等參數，還可以自動采集電氣自動化裝置在運行狀態(tài)下的參數信息，為系統的穩(wěn)定運行提供有力保障[6]。此外，變頻調速系統還可以第一時間向客戶終端傳輸數據，并根據電流值進行科學規(guī)劃，通過數值對比，及時反饋和報送錯誤信息。可以說，電機單元模型中如何正確選擇變頻器是極為重要的，變頻器在生產制造過程中發(fā)揮著調節(jié)作用，通常需要對芯片功能進行綜合評估，在電氣自動化控制系統中，優(yōu)先選擇性能佳、結構優(yōu)的變頻器，保證變頻器與電動機之間的對應關系，通過數據編碼實現電路模塊的對應。

4 變頻調速技術的發(fā)展前景

變頻調速設備作為電力控制設備的一種，融合了微電子處理技術、電氣生產技術以及變頻技術，主要是通過對電機電源頻率進行改變，從而實現對交流電動機的管控。目前，市場上變頻器主要有高壓和中低壓兩種，尤其是低壓變頻器因調速范圍大、操作便捷，同時還具有調節(jié)、軟啟動、功率改善等作用，因此在電梯、紡織機械、起重機械、電力等領域應用廣泛。近年來，國內外非常重視高性能變頻控制技術的研究，隨著現代科技的不斷發(fā)展，變頻器與電動機一體化發(fā)展將成為可能。當然，變頻控制的性能將更高，而人們對數字化信息的依賴度較高，系統必然要實現全數字化控制。隨著大眾環(huán)保意識的覺醒，也要求變頻器抗干擾、高次諧波抑制等方面需要與EMC國際標準接軌，實現變頻器低電磁噪音化發(fā)展?？偠灾?，在今后很長一段時間內，變頻調速技術必然會朝著人工智能、綠色環(huán)保等方向發(fā)展，不僅能夠提高控制的精準度，還可以在較短時間內進行復雜控制，同時在故障監(jiān)測和診斷中也更加靈活。

5 結語

在我國經濟發(fā)展歷程中，工業(yè)電氣發(fā)揮著重要作用，是不可忽視的核心組成要素，不僅能夠提高工業(yè)電氣企業(yè)的工作效率，同時還能有效控制運行成本。變頻調速技術的應用，能夠幫助企業(yè)提高工業(yè)生產安全性，使操作更加穩(wěn)定，并進一步降低能源損耗與污染情況，從各個方面節(jié)省成本，使工業(yè)電氣企業(yè)主動承擔起應有的社會職責與使命。此外，工業(yè)電氣電動機在運行過程中，因頻繁的進行正反向作業(yè)，切換時間較長，電動機將長時間處于超負荷狀態(tài)，而變頻調速技術可以保證電動機穩(wěn)定運行，提高系統安全性。所以，對于工業(yè)電氣自動化控制而言，變頻調速技術的應用具有非常重大的意義。

參考文獻

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