電氣控制系統中的變頻器應用研究

向榮華 陸向東

摘 要 變頻器是電氣控制系統中對主軸轉速起到控制作用的一個重要元件，也是提升控制系統性能的一個措施。因此，本文以電氣控制系統中的變頻器概述為開篇，重點研究其工作原理與具體應用，以期為相關工作者提供一定的參考與幫助，提升相應的安裝與維護水平。

關鍵詞 電氣控制系統;變頻器;矢量控制技術

引言

在傳統直流傳動中，由于直流電動機中機械式轉向器存有較大的局限性，導致在具體應用中帶來諸多弊病。而近幾年，變頻技術的發展與成熟，開始大量應用于直接轉矩控制技術以及矢量控制技術中，其調速性與直流傳動工作模式并無差異，但局限性較低，因而變頻器漸漸被廣泛應用于各類自動化設備之中。

1 電氣控制系統中的變頻器概述

變頻器通常可分為直接變頻器與間接變頻器，兩種變頻器配置方式所產生的功率轉轉換頻率具有本質差別。而兩種變頻器中的中間電路、逆變器、控制電路、整流器是基礎組成部分，都可將交流電轉化為直流電，并進行直流儲備、控制信號傳送等工作。其中，整流器可產生直流電壓脈動，分為可控、不可控兩種類型，并且采用的是單相與三相交流電源連接。簡單來說逆變器就是逆變電流，將已經處理過的直流電，轉化為交流電，為后續轉換提供基礎。電動機提供信號回路是控制電路的重要作用，控制電路通常包括對電流電壓監測、保護逆變器與整流器、計算電壓等作用，并且以電路回饋信息作為依據，對電動機電壓與頻率進行控制，將其保持在正常、安全的范圍內[1]。

2 電氣控制系統中的變頻器應用

2.1 電氣控制系統應用變頻器的特點

在目前實際機床控制系統中，高性能、高效率等是變頻器應用于電氣控制系統中的重要優勢，其核心功用就是對電機進行調速、變頻。一方面，變頻器主要應用于機床籠型異步電動機中，可調整范圍較廣，轉矩較大，且節能性良好，且即便是在工作環境較為惡劣、嚴峻的情況下，也可有效實現對電動機的調速、變頻。另一方面，恒功率調速與恒轉矩調速都可以通過變頻器實現，即前者可直接利用頻率進行調速，后者則可通過額定頻率進行實現。因此，從電動機負載能力方面進行考慮，可將其分為恒轉矩負載、恒功率兩類。

2.2 電氣控制系統應用變頻器的原理

公式中，n代表電動機轉速，f代表電源頻率，s代表電動機轉差率，p代表電動機磁極對數。通過電動機速度計算公式可得，電動機轉速與電動機磁極對數、頻率具有較大關聯性。但是，電動機磁極對數并不是一個連續遞增的數值，因而會發生當通過改變電動機的磁極對數進行調速時，速度改變反而不明確的問題。基于此，改變電源頻率是更為切實有效的方案，加之在工業中用電頻率通常為恒定，因此利用變頻器改變電源頻率，達成對電動機的調速，是更為良好的一種電動動機調速方案。

可以說，變頻器工作原理就是利用其內部整流器將原本頻率不可控的交流電轉換為成直流電，再將直流電轉換為頻率可控的交流電，從而實現調速、變頻的作用。

2.3 電氣控制系統應用變頻器的設計安裝

當在電氣控制系統內安裝變頻器，不僅要設計、安裝變頻控制系統，還要設計、添加相應的變頻控制柜。一方面，電氣工程師應對即將安裝的變頻器實際應用要求有明確掌握，并在電氣控制柜內較為中間的位置，進行垂直安裝變頻器，保證其安裝位置正確，且不會阻擋其正上方與正下方的排風、進風元件。同時，必要大元件之間的距離;電氣控制系統柜頂部與隔板的距離;變頻器上、下邊緣之間的距離，都應最少保持在30cm以上。

另一方，針對特殊用戶需要在使用時將鍵盤取下，因此在設計變頻控制系統前，需要掌握系統實際配置與客戶需要、控制方式、工作方式等。而變頻器所安裝的工作環境中，應對變頻器面板的監控設備使用膠帶密封，或用面板對其進行定期替換，以便有效避免粉塵大量進入變頻器內，并且進行定期的清理與維護，及時清理灰塵、粉塵等，避免造成變頻器壽命減少、安全事故等問題。針對變頻器系統設計方面，應區分好新設計系統與舊設備改造系統的差異，其中舊設備改造系統，還應有效參考相應的技術參數，并進行細化調整[2]。

2.4 電氣控制系統應用變頻器的具體內容

以某工廠水處理泵房工程為例，該工程施工項目中所包含的電氣控制設備包括測溫測速制動柜、自動化元件、備品備件;水輪機自動化元件、備品備件等。項目含括設計、制造、安裝、試運行、驗收等環節。同時，依據實際施工所處地形、項目設計等多方位要求，還需配備多種可通過變頻設備進行控制的水泵，以便可以針對水泵電流頻率、水泵轉速、流量等參數進行變頻調節。一方面，在應用變頻器進行變速調節的過程中，需要重點考慮水泵轉速下降幅度，應保持在額定的30%變動范圍內，而提高速率同樣應保持在5%范圍內。且應最大限度避免運行動力機發生超載，從而規避機組震動、設備損壞等問題的發生。如當單泵額定轉速需要提高時，通過變頻器可將每小時1.45m2的流量快速提升至2.56m2，整體頻率提升幅度約12%，輸出電流頻率變為57.4Hz，變動幅度較為平穩;而當轉速降低時，流量可從每小時2.45m2迅速降低為每小時1.35m2，整體頻率下降幅度約為4%，電流頻率變為57.4Hz，變動幅度在額定范圍內。另一方面，變頻器轉速調節對于設備運行具有良好的輔助調整作用。這是由于轉速每一次出現調節后，流量隨之改變，因此需要升高或降低水泵轉速，以保證施工中用水需求，對泵站裝置來說，起到良好的調整效果。同時，各級泵站應用變頻器，不僅可以對各梯級提水流量進行較為輕松的控制，還可杜絕棄水、斷流等事故的發生，且在節能減排、節省成本等方面也具有一定的輔助效果，為整體工程運行的安全性、穩定性等提供了一定保障。

3 結束語

總而言之，在當前電氣工程、電力工程、電子技術有效結合的前提下，電動機條數裝置漸漸被廣泛應用，因此相關工作人員應對其中變頻器的工作原理、使用維護等具有全面、明確的掌握，以規范性的操作、使用與正確的設置參數來發揮變頻器的功用，并降低后續改造、維修的難度。

參考文獻

[1] 王明群，牛明峰.電氣控制系統中的變頻器應用[J].集成電路應用，2020，37（3）：120-121.

[2] 劉樹偉.電氣傳動中變頻器應用技術研究[J].內燃機與配件，2018，（6）：204-205.