電氣自動化控制中變頻調速技術的有效運用分析

大慶油田有限責任公司第一采油廠儀表大隊 蕭煜元

電氣自動化控制中變頻調速技術的有效運用分析

大慶油田有限責任公司第一采油廠儀表大隊 蕭煜元

變頻調速技術在電氣自動化控制領域具有十分廣泛的應用。通常而言，電機運行中需要利用變頻調速技術實現節能降耗的目的，借助于變頻調速技術，可以對電機工作運行狀態進行有效轉化，提高電氣自動化控制效率，順應了節能降耗發展潮流。本文重點從變頻調速技術出發，就其在電氣自動化控制中的有效運用展開了分析，以供參考。

電氣自動化控制；變頻調速技術；運用

通常而言,電氣自動化控制相關設備耗電量很大,所消耗材料很多,例如數控機床等,為了有效地解決該問題,可以借助于變頻調速技術,不僅能夠有效提高了運行效率與質量,還避免了傳統工頻技術所存在的諸多問題,因而在電氣自動化控制領域具有越來越廣泛的應用。

1 變頻器概述

對于異步電動機而言,當于基頻以下加以調速的過程中,常采用的是恒壓頻比帶定子壓降補償方式加以控制,當于基頻以上加以調速時,常采用的是恒壓變頻方式加以控制。若將上述兩類情況加以結合,即實現了異步電動機的變頻調速控制。同DIT算法一樣,結合對稱原理,若在時域將x(n)加以分解,成為前后兩組,則頻域會使X(k)形成相應的奇、偶抽選組,并形成了FFT結構,即所謂的“DIF-FFT算法”,也被成為Sande-Turky算法[1]。

就通用變頻器而言,其制動電路用以滿足電動機制動需求所設置。為了控制電動機減速、停機,變頻調速系統通過逐步減小變頻器輸出頻率,實現電動機轉速的降低,繼而使電動機逐步減速。電動機減速時,同步轉速較其實際轉速低,轉子電流相位相反,導致電動機產生相應的制動轉矩。就大型、中型容量變頻器而言,為了實現節能降耗,通常利用電源再生單元,將能量回饋于電源,就小容量變頻器而言,則利用制動電路,在制動電路上,將電動機所回饋的能量進行消耗。

2 變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用

變頻調速技術的產生,順應了工業生產及電氣自動化控制的需要,在各行各業,各領域均有廣泛應用。結合變頻調速技術可知,其具有傳統工頻技術等難以比擬的優勢,下文結合具體實例,針對變頻調速技術在電氣自動化控制領域中的有效運用進行分析。

2.1 變頻調速技術的應用

2.1.1 自適電動機模型單元

負責對電動機的輸入電壓、電流等加以檢測,以便對電動機參數進行識別。電動機模型對于轉矩直接控制而言,屬于關鍵性的單元。通常工業領域運用變頻調速技術時,若轉速控制精度超過0.5%,利用閉環轉速實現反饋,達到有效運用的目的[2]。

2.1.2 脈沖優化選擇器

運用過程中,多采用的是Cyclone IIEP 2C5Q 208C8芯片對信息加以處理,并對OFDM 調制信號源進行設計,對五大模塊所構成的電路進行編寫,以便實現各自對應的功能,如星座映射、緩沖模塊、FFT、D/A、插入循環前綴等功能[3]。對此類模塊功能加以驗證時,需要利用OFDM信號源,對驗證加以仿真。最后需要OFDM信號源進行設計,如軟件仿真、驗證FPGA硬件等。應注意的是,電解電容器容量離散性極強,可能造成承受電壓不相等等一系列問題,繼而影響系統有效運行。必須采取有效的措施加以優化,對離散性影響加以消除。通常采用在電容旁分別并聯阻值相同的均壓電阻的方法來解決,此外,為避免整流電路被燒毀,還需要對浪涌電流進行抑制,以保證電路運行過程的可靠性。

2.1.3 轉矩、磁通比較器

這兩類比較器可對反饋值、參考值加以對比,且每隔20ms進行一次比較,然后借助于滯環調節器,將磁場、轉矩狀態進行輸出,以便及時對轉矩、磁場狀態進行掌握,從而及時采取有效措施。

2.2 應用實例

2.2.1 實例1

本文結合變頻調速技術在數控機床節能改造中的應用實例進行分析。在該實例中,由于傳統數控機床所需消耗的電能很多,不利于實現節能減耗,不僅導致企業電能消耗開支巨大,而且造成了不必要的能源浪費。為了提高企業的經濟效益,數控機床操作人員通常采用的是工頻運行方式,雖然取得了一定效果,但也存在諸多問題,如齒輪主軸速度可選范圍大,齒輪變速式主軸有30段速度可供選擇,尤其是恒線速度,因而難以實現精細化控制;利用工頻技術也難以確保機械由始至終保持穩定、有效地運行,因而需要定期維修維護設備離合器;雖然所采用的主軸屬于直流類型,可以進行無級調速,但后期維護維修工作不便,且運行中主軸難以達到最高轉速,因而導致總體效果不理想。為此,利用變頻調速技術可以有效解決上述問題,對數控機床進行改造,以便有效實現節能降耗的目標,減少企業能耗成本費用,提高運行效率及生產質量。由數控機床技術人員對方案加以確定,重點針對數控機床結構、功能加以改造,優化機床結構,節約了所需要的金屬材料,簡化了操作,降低了機械損耗程度與維修次數,進一步拓展了數控機床的控制范圍,提高了控制精度和效率。

借助于變頻調速技術,避免了傳統工頻技術存在的問題,極大地提高了數控機床運行效率,并明顯降低了設備消耗電能,減少了企業能耗支出,取得了良好的效果。利用變頻調速技術,有效提高了數控機床的生產及加工質量,較傳統工頻技術而言,顯著提高了生產效率及企業經濟效益,就數控機床領域及其他工業領域而言,均具有廣泛的推廣和應用價值。

2.2.2 實例2

下文以變頻調速技術在保護礦井提升機自動化控制系統中的運用為例進行分析。變頻調速技術節能效果必須結合其負載加以決定,對于恒功率負載而言,轉矩通常同速度成反比,提升機自動化控制系統具有多重保護,包括過卷保護、超速保護、制動油過壓保護、制動保護以及低速保護等,在運行過程中,始終針對提升機始運行過程的安全性進行監控,一旦存在不正常情況,會立即發出警報聲光信號,并自動開啟緊急制動裝置,保障提升機的安全可靠運行。具體而言,變頻調速技術有如下運用:

(1)保護深度指示器,以防其失效。礦井提升機所有保護技術均結合作業行程展開的。就深度指示器而言,一旦出現失效問題,會直接導致各種保護裝置失效,為此,應采用變頻調速技術,對深度指示器進行設置,具體而言,當電機發動之后,系統針對不同采樣周期之內,旋轉編碼器所發出的脈沖數量加以累計,在采樣前、后針對該數值加以對比,若該值不存在變化,則表明深度指示器出現失效問題,在出現失效故障時,系統會對提升容器進入爬行區與否加以判斷,若還未進入,系統會發出相應的報警信號,對司機進行提醒。若已進入,則實施安全制動,并發出相應的聲光警報信號;

(2)對等速段超速進行保護。就提升機系統而言,等速段超速保護過程如下:當速度檢測器對提升速度的檢測超出額定速度的15%時,會引發等速超速繼電器發生動作,將安全回路成功斷開,實現對等速段超速的緊急制動。由于等速段提升機容器的運行速度相對較快,因此,當進行緊急制動過程中,極易產生較大的沖擊力,對于提升機系統具有較大的危害性。為此,在對等速段保護進行設置的過程中,應分別從兩個階段入手:一是若超速10%,且已經超出所設定時間,則系統將自動啟動聲光警報信號,提醒提升機司機盡快啟動制動;二是若運行速度逐步降低,至恢復正常速度時,聲光警報信號將解除;如果司機沒有及時采取相應的制動措施,提升速度還未有效降低,反而超速進行時,系統經過運算判斷,而且超過了所設定的時間,則將自動啟動安全繼電器,實現安全制動,能夠有效降低緊急制動可能帶來的危害性。

(3)對減速段超速加以保護。在提升機系統運行中減速段也十分關鍵,多數事故均發生在減速之后的行程段內,為了確保提升機可以安全、順利地到達指定位置,必須開始減速之刻,結合變頻調速技術,對提升容器減速過程中的運行速度加以連續采樣,并結合采樣速度,與內部已給定速度加以對比,若采樣速度較給定速度超出10%,此時,系統將會自動報警,并對提升系統加以安全制動。

3 結束語

總而言之,變頻調速技術在工業及其他領域電氣自動化控制中具有越來越廣泛的應用。借助于變頻調速技術,可以有效提高電氣自動化控制效果及質量,提高電氣自動化控制的精度,與此同時,還有效精簡了控制結構,實現了節能減耗的目的,降低了電氣自動化機械設備的耗損,節約了企業成本開支,間接提高了經濟效益。當前,變頻調控技術的運用仍有待進一步深入推廣,因此,必須加強研究,逐步提高變頻調控技術的運用效果。

［1］張禮崇,郜祥,王焱,李興.電氣自動化工程控制系統的現狀及其發展趨勢［J］.技術與市場,2012,12(01):139-143.

［2］熱米娜·帕爾哈提.變頻調速在工業電氣自動化控制中的運行探討［J］.科技致富向導,2012,12(08):193-197.

［3］馬良河,楊潔浩,葉建強.交流電機變頻調速性能試驗系統的研究［J］.電機與控制應用,2010(01):79-81.