變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用探究

顧沛

摘 要：本文針對變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用，結合理論實踐，在簡要闡述變頻調速技術相關特性的基礎上，分析了變頻調速技術在電氣自動化控制應用的重要性，最后深入分析了變頻調速技術在電氣自動化控制中的具體應用，得出在電氣自動化控制中應用變頻調速技術既能有效提高電氣自動化系統的運行效率，還能降低運行控制成本的結論。希望對相關單位有一定幫助。

關鍵詞：變頻調速技術；電氣自動化控制；結構特性；運用研究

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0080-02

1 變頻調速技術特性

變頻調速技術起源于德國，是一種基于直接轉矩控制理論的新型技術，主要原理是電壓逆變器在運行中，通過控制定子磁鏈和轉子磁鏈之間形成的夾角而實現電動機轉矩的直接控制。具有結構簡單、操作方便、對電動機模型參數的要求比較小的優點。近年來，隨著全球科學技術的發展，變頻調速技術愈發先進，將其應用在電氣自動化控制系統中，可有效提高電氣自動化設備和儀器運行的穩定性和可靠性。

變頻調速技術常用的電力元件為：晶閘管、絕緣柵雙極晶體管、集成門極換流晶閘管。

晶閘管其實就是一種四層三端大功率半導體器件，有三個PN結，為J1、J2、J3，具體工作過程圖如圖1所示：

圖1中A引出端為陽極，K引出端為陰極，G引出端為控制極也稱為門極，從中可以看出，晶閘管具有單向導電和正向導通可控性的特點，在具體應用時要滿足兩個條件，A極和K極之間要加正向電壓，在G極和K極之間則要加正向的處罰電壓，同時需要有充分足的門極電流[1]。

絕緣柵雙極晶體管（IGBT），集金氧半場效晶體管和電力晶體管的優點于一身，具有高輸入阻抗、開關速度快、驅動簡單、通態電壓低、可承受高電壓大電流等優勢，因此，在變頻調速技術中有非常廣泛的應用。

集成門極換流晶閘管（IGCT），屬于一種中壓、大功率半導體開關器件，是將門極驅動電路與門極換流晶閘管GCT集成于一個整體。門極換流晶閘管GCT是基于GTO結構的電力半導體器件。因此，IGCT不但具有GTO高阻斷能力的特點，而且還具有IGBT開關性能，是一種較為理想的開關器件。

2 變頻調速技術在電氣自動化系中運用的重要性

變頻調速技術在電氣自動化領域具有極高的應用價值，在工業領域中非常廣泛的應用。電氣自動化進行控制的主要目標是確保電氣設備能實現自動化運作。比如：某工業生產企業在產品生產制作過程中，受到諸多因素的影響，生產效率上比較低，難以滿足具體需求，自從應用變頻調速技術以后，有效改變了供給電動機的供電頻率和電機的轉速。電機的轉速通過公式：即可計算出，此公式中f表示供電的頻率，P表示電機的極對數，s表示滑差。通常情況情況，P和s屬于固定不變的數值，因此，通過提高f的數值，就可以打動改變電機轉速的目的，大大提高產品的生產效率。所以，把變頻調速技術應用到電氣自動化控制系統中，能有效增強電氣自動化的控制力度，從而達到改變電氣自動化控制水平低、質量不達標的現狀，既有效保證了生產企業的經濟效益，同時還能促進國家社會經濟持續穩定發展。

3 變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用

3.1 選擇科學合理的PWM控制技術

PWM控制技術是變頻技術的核心，也是應用電氣自動化控制系統中應用最廣泛的一項技術。所謂PWM控制技術就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。通過對逆變器電路開關器件的通斷進行全方位控制，促使輸出端可以獲得一系列有效完整的幅值相同但寬度不等的方波脈沖，然后通過這些相應的脈沖來代替正弦波需要的波形，從而達到改變逆變電路輸出電壓的大小的目的。

通過不完全統計，目前約85%的工業企業在變頻調速系統中應用了恒幅PWM型變頻電路，主要構件包括：二級管整流器、濾波電容器、逆變器等。在具體應用過程中，電力系統傳輸來的交流電壓通過二極管整流器整流后，即可得到恒定的直流電壓，然后把恒定的直流電壓輸入到逆變器中，通過改變逆變器的脈沖寬度和輸出交流電的具體頻率，即可實現在調壓和調頻。整流電路發生短路故障的概率非常高，因此，為避免短路故障對電力自動化系統持續穩定運行的影響，就需要通過一系列科學的方法來規模短路故障。選擇科學合理的PWM控制，并達到相應的效果后，便可達到有效保證電路整體能安全可靠運行的目的。

3.2 變頻器的額定值和頻率指標的確定

變頻器的額定值包括兩個方面，一方面是輸入測的額定值指的是電壓和相數，通常情況下，變頻器輸入指標有以下幾種：第一種，國內設備，采用三相380V/50Hz；第二種，國外進口設備，采用三相230V/50Hz或者60Hz；第三種，家用電器設備，采用三相220V/50Hz。輸入側額定值一般由生產廠家設定，且不能更改；另一方面為輸出側的額定值，包括：輸出電壓的最大值，指的是變頻器在進行變頻的同時也要進行變壓處理，通常情況下，輸出電壓的額定值即為輸出電壓的最大值。輸出電流的最大值，指的是允許長時間輸出的最大電流。輸出容量，輸出容量的具體數值為輸出最大電壓值和輸出最大電流值乘積的倍。配用電動機容量，指的是變頻器規定的配用電動機的容量，適合長時間連續負載運行。超載能力，指的是輸出電流超過額定值允許的范圍和時間，通常情況下，不超過變頻系數的150%。

變頻器頻率范圍的確定：變頻器頻率范圍是輸出頻率范圍為最高頻率和最低頻率的差，通常情況下，變頻器的用處不同頻率范圍也不盡相同，但最低不能低于0.1Hz，最高不能超過650Hz。頻率精度，指的是變頻器輸出頻率的精確度，通常用最大誤差和最低工作頻率的百分數來表示。

3.3 磁通比較器和轉矩比較器的選擇

磁通比較器和轉矩比較器是變頻調速技術的主要構成部分，其主要工作是把電氣自動化工作中的反饋值和參考值進行全方位對比，每隔10～20ms就進行一次對比，確保系統中磁場和轉矩時刻處于最佳的運行狀態。通過兩點式滯環調節器，可第一時間發生電氣自動化設備在運行中存在的問題，提示操作人員及時維護和糾正，避免安全隱患。

3.4 變頻器的安裝條件與抗干擾

變頻器屬于全晶體管設備，因此，對周圍環境有極高的要求，通常情況下，為保證變頻器能安全、高效、穩定的運行，安裝環境要盡量滿足IEC標準的具體需求。因此，變頻器安裝場所要盡量滿足如下條件：電氣室內通風干燥，且沒有水浸入；無爆炸性、燃燒性、腐蝕性的氣體，風塵要少；要有足夠的空間，確保維修和檢查能順利開展；要和易受變頻產生的高次諧波和無線電干擾影響的裝置相互隔離。

變頻器干擾其他設備的根本原因，是因為其輸入和輸出電流中具有高次諧波成分。如果干擾方式為感應耦合方式，則可通過科學合理的布線或者通過相應的屏蔽線來降低干擾程度；如果干擾方式為電路傳導，則要通過增大阻抗的方式來削弱。通常情況下，可通過串入一個小電感，起到抑制干擾的作用；如果干擾方式為空中輻射，則要通過吸收法來降低干擾。

4 結語

綜上所述，變頻調速技術屬于一種全新的技術，將其應用在電氣自動化控制系統中，能有效保證降低生產能耗，同時還能保證生產的質量和安全性，提高企業的經濟效益和社會效益。但我國對此方面的研究還有待進一步深入，需要相關人員不斷創新和完善，才能充分發揮變頻調速技術的作用和性能。

參考文獻

[1]王寶利.變頻調速技術在電氣自動化控制中的運用探究[J].科技創新導報，2017，14（27）：3-4.