工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

李安平

（南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，江蘇 南京 210000）

為推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)工業(yè)化發(fā)展模式予以變革是非常必要的。工業(yè)電氣自動(dòng)化控制是在現(xiàn)今信息技術(shù)普及背景下衍生的自動(dòng)化、智能化控制體系，有助于提高工業(yè)生產(chǎn)效率，降低能源、資源損耗。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用則為工業(yè)電氣自動(dòng)化控制帶來(lái)了機(jī)遇，可以促進(jìn)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 變頻調(diào)速技術(shù)原理（如圖1）

變頻調(diào)速技術(shù)是借助對(duì)電源輸入頻率的轉(zhuǎn)變，對(duì)設(shè)備轉(zhuǎn)速、運(yùn)行負(fù)荷，運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)整和管控的一種技術(shù)方式。這對(duì)于工業(yè)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率提升、能耗控制具有顯著效果，也是提高工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平的關(guān)鍵，對(duì)我國(guó)工業(yè)化建設(shè)進(jìn)程有明顯的推動(dòng)作用。

2 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 優(yōu)點(diǎn)

變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可概括為四點(diǎn)。

（1）電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊力較小。通常情況下，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，會(huì)存在瞬間電流增大的情況，這會(huì)對(duì)電源及設(shè)備帶來(lái)影響，尤其是大功率的設(shè)備，瞬時(shí)電流的增大可能會(huì)造成設(shè)備燒毀等問(wèn)題。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用可以有效控制啟動(dòng)瞬間電流的變化，起到保護(hù)作用，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

（2）電機(jī)調(diào)速性能好。變頻調(diào)速技術(shù)的適用范圍廣，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較快，在很多領(lǐng)域中均得到了應(yīng)用，如機(jī)床、電動(dòng)汽車、消防泵等。

（3）能源把控嚴(yán)格。變頻調(diào)速技術(shù)可以對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)行科學(xué)管控，在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低電能損耗。

（4）電源適應(yīng)性強(qiáng)。配置的變頻器以直流母線電容器為主，可以適應(yīng)各種情況下的電壓波動(dòng)，緩解電壓急劇變化帶來(lái)的危險(xiǎn)。

圖1 變頻調(diào)速技術(shù)原理

2.2 缺點(diǎn)

變頻調(diào)速技術(shù)在應(yīng)用中雖然優(yōu)勢(shì)較多，可以改善設(shè)備性能及運(yùn)行質(zhì)量，但仍存在一些問(wèn)題需要關(guān)注和解決。

首先，諧波產(chǎn)生。變頻設(shè)備的一側(cè)利用了普通移相整流技術(shù)，該技術(shù)導(dǎo)致變頻過(guò)程中出現(xiàn)波形畸變的情況，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電能傳輸出現(xiàn)問(wèn)題，電流供應(yīng)不均衡，阻礙了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。近年隨著技術(shù)的完善，上述問(wèn)題雖逐漸解決，不過(guò)，仍需相關(guān)作業(yè)人員加以重視。

其次，設(shè)備成本較高。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用需要專業(yè)技術(shù)的支撐，不過(guò)，變頻器在使用過(guò)程中的耐壓性較低，實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)過(guò)先降壓再升壓的處理，這對(duì)于內(nèi)部一些零部件會(huì)造成沖擊影響，增加更換頻率，造成成本損耗，且內(nèi)部元件的成本本身較高，增加了設(shè)備經(jīng)費(fèi)的支出。

3 工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用的重要性

3.1 實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速技術(shù)的推廣和應(yīng)用

變頻調(diào)速技術(shù)初期的應(yīng)用主要是對(duì)轉(zhuǎn)機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整和控制，優(yōu)化電氣設(shè)備自動(dòng)化控制水平，提高工業(yè)生產(chǎn)效率。之后，隨著技術(shù)的完善，變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用也得到擴(kuò)展和優(yōu)化，不僅可以對(duì)設(shè)備轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源和電路的全過(guò)程管控，避免因電壓增加產(chǎn)生故障，還可以對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)予以實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)轉(zhuǎn)速等參數(shù)數(shù)據(jù)的變化和記錄，準(zhǔn)確判斷設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并及時(shí)分析其中存在的異常參數(shù)，做好調(diào)整和管控工作，以維護(hù)工業(yè)電氣自動(dòng)化控制設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，改進(jìn)作業(yè)質(zhì)量。

3.2 提高自動(dòng)化控制技術(shù)水平

電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)成為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)工業(yè)化發(fā)展的主流技術(shù)。電氣自動(dòng)化控制技術(shù)包含計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)等多項(xiàng)專業(yè)內(nèi)容，改善了電氣設(shè)備管理和控制效率，解決了工業(yè)生產(chǎn)中存在的各種問(wèn)題。將變頻調(diào)速技術(shù)與電氣自動(dòng)化控制融合起來(lái)，可以對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中電壓、轉(zhuǎn)速、功率等多方面內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)化控制和管理，避免電機(jī)運(yùn)行中因轉(zhuǎn)速過(guò)快或電壓不穩(wěn)帶來(lái)的故障隱患，確保工業(yè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，提升設(shè)備自動(dòng)化、智能化控制水平，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的有序進(jìn)行，降低能源損耗。另外，因?yàn)樽冾l器調(diào)節(jié)作用，逐漸將異步電動(dòng)機(jī)實(shí)施減速，同步的轉(zhuǎn)速低于異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流的相位將相反，促使異步電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，科學(xué)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而避免危險(xiǎn)的發(fā)生，加大其在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用率。

4 工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

4.1 發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)能源有著較高要求，單純地依靠外接電源供應(yīng)，難以保證供電質(zhì)量，還會(huì)造成資源上的浪費(fèi)，不利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。因此，很多企業(yè)都會(huì)設(shè)置獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)及設(shè)備提供充足的電能供應(yīng)，但因發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)雜性較強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中，容易出現(xiàn)電流輸出與實(shí)際需求不符的現(xiàn)象，這就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備因電壓供應(yīng)不穩(wěn)而出現(xiàn)短路、斷路等故障問(wèn)題，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)影響。設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行使用變頻調(diào)速技術(shù)后，首先，上述存在的問(wèn)題能得到很好的約束和控制，加大工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行安全系數(shù)，改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)企業(yè)的健康發(fā)展。其次，變頻調(diào)速技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，做到了電力資源的科學(xué)劃分，加大資源利用率，在保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，達(dá)到資源和能源節(jié)約目標(biāo)，推動(dòng)企業(yè)的環(huán)保發(fā)展。再者，有關(guān)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用配件，成本相對(duì)比較低廉，電氣自動(dòng)化控制生產(chǎn)過(guò)程中能夠有效縮減成本，增加經(jīng)濟(jì)收益。同時(shí)，通過(guò)該技術(shù)在發(fā)電系統(tǒng)中的合理應(yīng)用，還能增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)電過(guò)程中的穩(wěn)定性。

4.2 減速區(qū)段低速控制中的應(yīng)用（如圖2）

圖2 在減速區(qū)段低速控制中的應(yīng)用

在減速區(qū)段低速控制中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以在優(yōu)化自動(dòng)化控制水平的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)該區(qū)段運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免電氣自動(dòng)化設(shè)備出現(xiàn)臨界值運(yùn)行的情況，促使電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行，降低工業(yè)生產(chǎn)的危險(xiǎn)系數(shù)。再者，利用PLC 與變頻設(shè)備，對(duì)減速區(qū)段內(nèi)速度的變化特征實(shí)行監(jiān)督和掌握，對(duì)未達(dá)到減速要求的時(shí)段予以快速分析和掌握，找出問(wèn)題成因，并給出合理的解決措施。此外，還要核對(duì)安全值和數(shù)據(jù)值，以確保系統(tǒng)減速區(qū)段的正常運(yùn)行。如果監(jiān)控期間發(fā)現(xiàn)速度與規(guī)定數(shù)值不符合，那么，要向系統(tǒng)中心發(fā)出安全警報(bào)，及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)減速控制。

4.3 深度指示器保護(hù)控制中的運(yùn)用

工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，需要專業(yè)的保護(hù)裝置進(jìn)行控制，減少故障問(wèn)題的產(chǎn)生，加快數(shù)據(jù)信息分析速度。深度指示器作為主要的設(shè)備保護(hù)裝置，一旦出現(xiàn)故障問(wèn)題，會(huì)直接影響其他保護(hù)裝置的運(yùn)行效果，降低保護(hù)系數(shù)，擴(kuò)大故障影響范圍。為此，需要利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)深度指示器保護(hù)裝置進(jìn)行控制和處理，注重各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到臨界值時(shí)，及時(shí)實(shí)施自動(dòng)化調(diào)節(jié)和報(bào)警作業(yè)，降低故障問(wèn)題的發(fā)生率，促進(jìn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

利用變頻調(diào)速技術(shù)還可以對(duì)收集到的脈沖信號(hào)實(shí)施分析和處理，如果脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)沒(méi)有及時(shí)改變，則說(shuō)明深度指示器裝置正處于停止運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)，無(wú)法開(kāi)啟電氣設(shè)備的保護(hù)功能，如果處于這種狀態(tài)，技術(shù)人員要及時(shí)開(kāi)展設(shè)備檢查工作，判斷設(shè)備狀態(tài)是否處于爬行區(qū)，如確定，那么，深度指示器裝置會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并采取相應(yīng)的處理措施，如果是否定的，那么，系統(tǒng)隨時(shí)會(huì)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，隨后發(fā)出警報(bào)信號(hào)。

4.4 自適應(yīng)電機(jī)模型單元中的運(yùn)用

變頻調(diào)速技術(shù)在自適應(yīng)電機(jī)模型單元中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)可概括為以下幾點(diǎn)：一是檢查輸入電機(jī)控制系統(tǒng)中的電壓參數(shù)，保障其在規(guī)定范圍內(nèi)，提高設(shè)備安全運(yùn)行效率。二是調(diào)整變頻器與電機(jī)模型，將轉(zhuǎn)矩控制在規(guī)定范圍內(nèi)。三是實(shí)現(xiàn)一體化管理目標(biāo)，為設(shè)備運(yùn)行提供良好的空間環(huán)境，加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中起到了非常重要的功效，應(yīng)該加大重視力度，科學(xué)合理使用，并做好電力資源的節(jié)能控制，以提升電氣自動(dòng)化生產(chǎn)水平，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)工業(yè)化的良性發(fā)展。