變頻技術在智能化系統(tǒng)中的應用

韓芳清

(青海鹽湖海納化工有限公司)

1 變頻技術的基本概述

變頻技術的主要作用就是將直流電逆變成不同頻率的交流電，或者將直流電逆變成交流電之后，再將交流電逆變成直流電。在變頻技術的逆變過程中，只有頻率發(fā)生變化，不存在電能變化。而變頻技術實現(xiàn)的重要設備就是變頻器，變頻器的工作原理就是交流電—直流電—交流電。變頻器可以利用整流橋整流方式把三相380V(220V)/50Hz交流電變成脈動直流電；然后利用電解電容濾波將其變成平滑的直流電。控制板對IPM、IGBT的控制可以將直流電逆變成三相頻率可變的交流電。變頻器主要由鍵盤、電源板、控制主板、整流橋、電解電容、充電電阻、繼電器、逆變模塊以及保險管等組成[1]。變頻器的各個組成部分的功能詳情見表1。

表1 變頻器各構件功能

2 變頻技術應用在智能化系統(tǒng)中的優(yōu)勢

變頻器的主要作用就是對機械設備的交流電與直流電進行逆變，借此實現(xiàn)對交流異步電機的軟啟動、變頻調速功能，并且在變頻器應用過程中，還可以有效提高電動機的運轉精度，改變電動機功率因數(shù)，并對電動機進行過流、過壓以及過載保護等，提高電動機運行的穩(wěn)定性與安全性。而變頻器在智能系統(tǒng)中的應用優(yōu)勢主要分為直接優(yōu)勢與間接優(yōu)勢兩種。其中直接優(yōu)勢就是通過改變電動機的電壓與頻率，可以對電動機速度進行無極調節(jié)。另外，軟啟動與功率因數(shù)補償都具有節(jié)能作用。而間接優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾點：

①變頻器可以對風機類與泵類的轉速進行調節(jié)，降低風機類與泵類設備啟動時的電能消耗率，達到節(jié)約電耗的目的。

②提高生產設備的自動化程度。變頻技術在智能系統(tǒng)中的應用可以促使設備操作與運行更加簡便、靈活，能夠較好的滿足客戶的個性化需求，提高設備的自動化程度，提高生產設備的運行效率，具有可觀的經濟效益。

3 變頻技術智能化系統(tǒng)中的應用分析

3.1 變頻技術在工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中的應用

將變頻技術應用在工業(yè)鍋爐生產系統(tǒng)中可以實現(xiàn)對工業(yè)鍋爐智能化與自動化控制，減少工作人員的工作強度，能夠大大提高工業(yè)鍋爐的運行效率。并且因為變頻器調頻過程比較穩(wěn)定，操作人員可以根據(jù)鍋爐運行的需求對鍋爐燃燒系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等進行有效調控，確保鍋爐調頻過程中的安全性。除此之外，變頻技術可以改善鍋爐的電機運行情況，減少電機維護工作量。同時變頻技術可以對鍋爐機械系統(tǒng)的變速機構與控制機構進行操作，簡化鍋爐運行系統(tǒng)，方便工作人員進行操作，提高鍋爐設備的工作效率。此外，變頻技術在應用過程中采用過流、過壓、瞬時斷電以及短路等多種保護方式，有效避免電機燒損影響正常生產的情況發(fā)生，避免造成經濟損失。并且變頻技術本身具有的節(jié)能作用，在鍋爐系統(tǒng)運行中具有良好的經濟效益與生態(tài)效益。

在工業(yè)鍋爐運行控制中應用變頻技術主要是利用其神經網絡控制方式，對鍋爐運行系統(tǒng)進行辨識控制，這種控制方式可以對多個變頻器進行調節(jié)與控制，極大地提高鍋爐運行系統(tǒng)的自動化與智能化水平。但是需要注意的是這種變頻控制技術比較復雜，在應用過程中存在很多困難，因此應用并不廣泛。

3.2 變頻技術在空調系統(tǒng)中的應用

將變頻技術在空調系統(tǒng)中的典型應用就變頻空調。變頻空調的核心組成是變頻壓縮機。而變頻壓縮機又可以根據(jù)電氣結構不同分為交流變頻壓縮機與直流變頻壓縮機。其中直流變頻壓縮機是當前大多數(shù)變頻空調應用的變頻壓縮機。在直流變頻壓縮機使用的是三相四極無刷電動機。將變頻技術應用在空調系統(tǒng)中的優(yōu)勢十分明顯：

①降低空調的耗電量

變頻空調啟動的電流較小，在運行過程中，轉速逐步加快。啟動電流是常規(guī)空調的七分之一，并且在空調運行過程中借助變頻壓縮機減少開機次數(shù)，可以有效降低好耗電量。

②提供舒適的室溫環(huán)境

與普通空調不同，變頻空調可以根據(jù)室內溫度對轉速進行調整，確保室內溫度的穩(wěn)定與平衡。

③制冷與制熱速度快

因為變頻空調使用的電子膨脹節(jié)流技術，微處理器可以根據(jù)膨脹閥進出口以及壓縮機的吸氣管等處的溫度來控制閥門的開啟度，實現(xiàn)快速制冷與制熱。

④其他應用優(yōu)勢

除了上述應用優(yōu)勢外，變頻空調的節(jié)能效果更好，噪音程度較低，并且對室溫掌控的精準度較高，對電壓的使用要求也相對較低[2]。

在空調控制系統(tǒng)中應用變頻技術主要利用的是變頻技術的專家控制系統(tǒng)，也就是根據(jù)建立的專家信息庫，通過對已知信息的掌握實現(xiàn)智能化調頻的目的。利用專家控制系統(tǒng)可以對空調電壓以及電流等進行準確有效控制與調整，提高空調的節(jié)能效益。

3.3 變頻技術在數(shù)控機床系統(tǒng)中的應用

目前，變頻技術在數(shù)控機床系統(tǒng)中的應用十分廣泛，原因有以下幾點：

①變頻技術越來越成熟與完善，并且變頻器的性能也更加穩(wěn)定可靠。

②變頻器在數(shù)控機床的應用中具有較強的編碼功能，可以簡化數(shù)控機床中復雜的中間轉換環(huán)節(jié)，提升機床的運行效率。

③變頻器自身的自動電流較低，可以降低電流對數(shù)控機床的干擾與影響，對數(shù)控機床的養(yǎng)護工作十分有利。

④數(shù)控機床在運行過程中，電網的電壓不穩(wěn)會對機床的正常運行造成一定影響，而利用變頻器可以抑制電網中的電壓變化，確保數(shù)控機床可以正常工作[3]。

應用在數(shù)控機床的變頻技術分別為主軸變頻交流調速變頻技術、交流電動機矢量控制變頻技術。其中主軸變頻交流調速變頻技術在應用過程中可以有效解決恒線速度控制差、維護電刷以及最高轉數(shù)受限等問題。而交流電動機矢量控制變頻技術主要通過矢量控制策略實現(xiàn)對數(shù)控機床的控制與操作。在應用過程中，可以對數(shù)控機床的勵磁電流與轉矩電流進行有效控制，最終實現(xiàn)數(shù)控機床變頻節(jié)能目標。這是當前我國比較先進的數(shù)控機床變頻控制技術。

3.4 變頻技術在風機類系統(tǒng)中的應用

風機是一種壓縮氣體并進行輸送的機械裝置。將變頻技術應用風機類機械中，可以利用變頻器對風機進行控制，能夠減少空氣動力。變頻技術在風機類設備中的應用與一般控制風量的方法相比，變頻技術具有明顯的節(jié)電能力，并且能夠代替能源消耗較為嚴重的擋風板對風機的風量進行有效控制與調節(jié)，減少風機振動，同時降低電機起動的電流沖擊力，防止機械振動對機械設備的影響，降低設備的故障率。另外，將變頻技術應用在風機類機械系統(tǒng)中可以大大降低風機轉速運行，從而降低風機運行的噪音，還能夠實現(xiàn)對風機機組的自動化控制，方便工作人員進行操作[4]。

為了提高風機類系統(tǒng)的運行效率，會在變頻系統(tǒng)中應用模糊控制方式，能夠有效控制風機的電壓以及頻率，智能提高風機轉速，確保風機運行效率。

4 結語

綜上所述，變頻技術在智能化系統(tǒng)中的推廣與應用已經成為當前智能化設備的重要發(fā)展趨勢，并且隨著科學技術的發(fā)展，變頻器的使用也會更加廣泛，不論是工業(yè)設備還是家用電器上都會應用到變頻技術。在變頻技術的應用發(fā)展過程中，相關人員也要注意對變頻技術在應用過程中存在的問題進行研究解決，同時要對三相異步電動機的特性有全面掌握，推動變頻技術的發(fā)展與應用，同時提升智能化系統(tǒng)的節(jié)能水平。

[1]趙來軍, 余國安, 齊家昌,等. 變頻調速技術在智能化抽油系統(tǒng)中的應用[J]. 石油機械 , 1998(2)：25-27.

[2]佚名. 變頻技術在智能化系統(tǒng)中的應用Ⅱ[J]. 智能建筑與城市信息, 2006(6)：45.

[3]單進. 變頻調速技術的發(fā)展及其 在電力系統(tǒng)中的應用[J]. 工程技術：全文版,2017(2)：0186-0186.

[4]童克波. 變頻器原理及應用技術[M].大連： 大連理工大學出版社,2012.