變頻調速技術及其在工業電氣自動化控制中的應用研究

鄧建旺

摘? 要：現代工業單位早已實現了電氣自動化運行模式，其通過電控方式，使電氣設備自動運作，而電氣設備的運作，并不會永遠維持一個水平，其頻率與速度需要根據實際工作需求來變化，這一點也需要在自動化運行模式中來體現。在此前提下，工業單位就可以使用變頻調速技術，對工業電氣自動化控制進行優化，實現電氣設備頻率、速度自動變化。該文為了了解變頻調速技術在工業電氣自動化控制中的應用，將展開相關分析工作。

關鍵詞：變頻調速技術? 工業電氣自動化控制? 應用

中圖分類號：TM921.51 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（a）-0017-02

在變頻調速技術出現之前，工業電氣自動化運作模式就已經實現，但早期運作當中，自動化控制系統的運作機制相對簡單，即依照統一邏輯，對電氣設備進行啟停控制，這種模式在實際工作，主要可以起到合理調配電氣設備運作時間，降低設備故障率的作用，但單純的啟停控制機制，會影響到工業單位的產能水平，由此可見早期自動化控制存在缺陷。那么在現代技術背景下，有學者提出了變頻調速技術在自動化控制當中的應用，在啟停控制機制上進行細化，盡可能保障“產能相對最大化”，同時兼顧降低故障率的能效。

1? 諧波危害及變頻調速技術分析

1.1 諧波危害分析

諧波危害常發生在容量較小的電力系統當中，但此類電力系統最為常見，所以我們要重視諧波危害現象。具體來說，在諧波條件下，會導致供電線路電能損失量大幅度增加，即供電線路在電能傳輸過程當中會產生肌膚效應以及臨近效應，此時如果諧波進入線路，就會增加線路的電阻頻率，說明電能損失增加。此外，諧波危害與普通配電存在區別，即任何與工頻頻率不同的成分都屬于諧波，而普通配電的有效分量就代表了工頻頻率，因為兩者之間不兼容，所以一旦接觸就會形成危害。

1.2 變頻調速技術分析

變頻調速技術是通過變頻器，對電氣設備的運作頻率、速度進行調制的技術，例如調節設備振動頻率、轉速等。在此前提下，因為設備如果在長期應用當中，一直保持高頻率與高轉速，那么就代表設備內部的溫度在逐漸上升，當溫度達到一定水平，就可能燒毀元件，出現相應的故障現象，所以通過變頻調速技術，可以有效避免這一點，使電氣設備運作更加合理，降低此類事故的發生，由此說明變頻調速技術在電氣設備控制中的作用[1]。現代變頻器主要采用脈沖來進行控制，而為了確保控制效果，要重視脈沖儲量的選擇，關于這一點，應當根據控制電機的額定電流、實際運行中的最大電流值來進行選擇。此外，在諧波條件下，變頻器需要得到調整，由此可以適當降低諧波，如果“癥狀”較輕可以直接消除，在具體方法上，該文建議先測得諧波具體表現，隨后檢查變頻器接地，如果發現問題則進行調整，使系統有效地抑制外來干擾，或者適當縮短線路長度，由此避免線路交叉。綜上，可以起到一定的治理效果。

2? 變頻調速技術自動運作結構

2.1 硬件結構

在普遍案例上，當前變頻調速技術的硬件結構核心在于變頻器。常用的變頻器大致分為三類，即獨立式變頻器、公共直流母線式變頻器和帶能量回饋單元變頻器，各變頻器特點如下。

（1）獨立式變頻器。

獨立式變頻器是一種將整流單元與逆變單元放于同一容器當中，隨后將容器與控制設備相接即可，在應用當中，獨立式變頻器可以將電氣設備的工頻電源進行頻率轉化，且將工頻電流變成交流電，由此借助交流電頻率，實現對電氣設備的控制。由此可見，獨立式變頻器的應用方式相對簡便，所以在工業單位當中的應用率最高，但是這種變頻器的缺陷在于：每臺獨立式變頻器只能控制一臺電氣設備，且功能上只能夠對設備運作速度進行控制，起到負載控制效果[2]。

（2）公共直流母線式變頻器。

公共直流母線式變頻器是一種作用于多電氣設備傳動系統當中，對多臺電氣設備進行控制的變頻器，其采用單獨的整流、回饋裝置，使控制系統中產生帶功率的直流電，隨后將該變頻器與傳動系統的直流母線連接，此時變頻器就具備吸收母線內直流電、增強母線直流電的能力，所以在控制當中，對該變頻器的整流、回饋裝置進行操作，可以實現電流削弱或增強，相應使電氣設備的運作頻率變化。由此可見，公共直流母線式變頻器應用方法相對復雜，所以應用率相對較少，但其功能性表現良好，適用于大型工業當中。

（3）帶能量回饋單元變頻器。

帶能量回饋單元變頻器是一種作用于電氣設備調速系統當中的變頻器，其與上述兩種變頻器之間存在較大區別，即帶能量回饋單元變頻器分為帶能量回饋單元、變頻器兩個結構，這兩個結構相互獨立，但又保持著聯系。在運作原理上，首先將變頻器結構與電氣設備的發電電源相連，此時在發電條件下，受負載轉動慣量影響，電氣設備與變頻器會同時運轉，但在短時間之內電機的轉速會大于變頻器，代表電機內部存在多余的電能，這些電能會被變頻器吸收，所以變頻器內的電壓會迅速上漲，容易對設備造成溫度影響，而隨后通過帶能量回饋單元，其可以獲取變頻器當中的直流母線電壓，并通過逆變效應將直流電壓轉化為交流電壓，再通過多重噪聲濾波環節，將交流電電能反饋到發電網當中，相應就消耗掉了電能。由此可見，帶能量回饋單元變頻器的應用步驟相對復雜，但具有良好的節能效果，在實際應用當中同樣受到青睞。

2.2 軟件結構

軟件結構是實現變頻調速技術自動運作的關鍵，其具有遠程操控、預設邏輯、功能服務等特點。具體來說，變頻調速技術自動運作的軟件結構當中，首先需要采用電控單元對變頻器進行控制，電控單元通常由傳感器、控制電路組成，原理上傳感器可以獲取電氣設備的當前狀態，隨后將狀態實時發送到終端處，其次終端依照自動邏輯，識別設備當前狀態，且以人工預設的要求為基準，對狀態好壞進行判斷，判斷完成之后，將對控制電路發出信號，使變頻器依照邏輯要求運作;預設邏輯方面，是指人工在終端處依照工作要求設置的運作機制，即面對不同條件，終端將自動發出相應的指令，而在先進理論當中，因為實際工作要求由很多，所以需要預設邏輯數量較多，那么為了方便選擇，可以通過封裝技術將各個邏輯機制打包形成應用程序，實現軟件化應用。

3? 變頻調速技術的應用表現

3.1 優化運作模式

綜合上述軟件結構分析可見，自動控制系統的終端具備狀態識別功能，而其識別目標就是電信號，此類信號由自適應電動機模型單元實現。自適應電動機模型單元即為傳感器、控制電路的集成單元（電控單元），其原理見上述分析，此處不多加贅述，而在應用當中，通過自適應電動機模型單元，電氣設備的狀態判斷依據為數字化形式，相應代表判斷準確度提高。在此前提下，可以取代很多以往需要人工操作的部分，例如，電氣狀態診斷自動化等，說明其應用可減低人工負擔、提高運作精度[3]。

3.2 等速區間超速控制

等速區間常見于電氣拉動設備，即所有電氣拉動設備的速度必須保持一致，但在設備本身的運作條件下，因為負荷等因素的影響，不同設備的運作速度會發生變化，相應可能出現超速現象，此時為了避免設備故障，通過變頻調速技術的自動化運行，可以提供控制效果。具體來說，在變頻調速自動應用讀高中，其根據設備運行情況，可以判斷設備當中是否存在過載、超速等情況，如果存在則自動運行控制，嘗試通過頻率調節來控制速度，而如果無法成功，則會激發終端預警功能。此外，為了避免誤動等現象，人工在預設邏輯設置時，套重點注意預設邏輯是否合理，對此該文根據普遍案例，建議將邏輯標準值設置在15%以下，但如果實際情況特殊，可以進行調整。

4? 結語

綜上，該文對變頻調速技術及其在工業電氣自動化控制中的應用進行了分析研究，通過分析得到結論：對變頻調速技術的基本原理以及早期應用進行概述;針對自動運作下，變頻調速技術的結構進行了介紹，了解其硬件、軟件的設計方法;結合普遍案例，對變頻調速技術的應用表現進行了介紹，主要了解此項技術自動運作條件下的能效表現以及運作原理。變頻調速技術自動運作有利于工業生產，具有良好的推廣價值。

參考文獻

[1] 康彥婷，李柏霖.電機拖動中變頻調速技術的實際應用分析[J].中國新技術新產品，2014（20）：19.

[2] 羅洪福.淺談變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用[J].科技風，2014（7）：104.

[3] 翟弘毅，路林吉.變頻調速技術的原理及應用[J].電子測試，2016，27（5）：112.