變頻器在電力拖動與自動控制中的應用

凌帥勇

摘要：我國在社會、經濟、科技等領域取得了長足的發展，其中最顯著的是社會信息化。同時，我國也在大力推進高科技產業的發展，以提升產業的效率和效益。在現代，高科技的發展和發展中，變頻技術日趨成熟。本文著重介紹了變頻調速系統在電力拖動及自動控制中的應用，并對變頻調速技術的發展背景、發展狀況進行了闡述。

關鍵詞：變頻器;信息化;變頻調速系統;自動控制

引言：隨著電力電子技術的發展和發展，當前的交流變頻技術已經能夠與直流技術相抗衡。變頻調速技術由于其速度快、節能效果好等特點而被廣泛采用。該系統在效率、范圍、精度等方面均有較大的優越性。在實際應用中，它是最常用的調頻方法。近年來，逆變器的控制技術發展很快，尤其是采用“矢量控制”技術和滑動補償技術，極大地改善了逆變系統的實際性能。

1.變頻器的作用及工作原理

該變頻調速器能夠將工作頻率轉換成不同頻率的交流電源，從而確保了變速電動機的工作性能。變頻調速器的功能主要有兩個，它的直接功能是調整電動機的電壓和頻率，使得電動機的轉速可以在一個特定的區間內任意調整。間接效應的主要表現為節電節流，提高了生產的自動化程度。節能節電主要體現在采用變頻調速，對風機、水泵等裝置的輸入輸出流量進行合理調整，既滿足了電動機的諸多基本需求，又可減少能耗。變頻器的工作原理是把調頻調壓后的功率經主回路供給到各副電路。主路電路有電壓型和電流型，變壓型是把直流電源轉換成AC，而電流式是把直流電源轉換成AC的頻率轉換。該變頻器主要包括三個部件：整流器、平波回路、逆變器，該整流器將工作頻率轉換成DC，并將DC電壓在變流器和逆變器中所引起的電壓變化稱作平波回路，而逆變器則是把DC電源變成交流電源的地方。

2.變頻器功能現狀

變頻調速是異步電機的簡稱，它是指通過調整電機的電壓、頻率來改變轉動磁場的速度，從而改變電機的速度。由于變頻器具有節能特性，因此，若要改變電機的負荷和壓力，就會直接影響電機的轉速，從而達到目的，但同時也會導致輸入電壓、電流、速度的下降，因此，能量的累計效果是三次方。因此，設備的節電效果十分顯著。對大型驅動設備及大型風機、水泵采用變頻調速，能夠較為有效的節約能源。另外，采用變頻技術可以使電動機的起動平穩，從而大幅度地減小電動機的起動電流，延長電動機和有關的電器設備的壽命，并能使電動機在起動時對電網造成損害，因而，實現變頻調速的優點是多方面的。隨著現代科技的飛速發展，越來越多的品牌產品出現了過熱、過流、短路、欠電壓、過電壓、主動負保護等問題，而變頻器等品牌也開始采用多通道模擬、數字輸入、輸出接口，并由電腦接口和PID編程進行控制。在節能控制方面，變頻調速系統的節能作用體現在風機、水泵等設備中。不同的生產機械在運轉時，總會有一定的剩余，以確保其生產的可靠性。當電動機滿載時，在保證基本動力的前提下，也會產生多余的轉矩，從而增大了功耗，造成了電能的浪費。傳統的風機、水泵等調速裝置，都是靠調整擋板的進、出口和閥門來完成的，但在使用隔板時，閥門的關閉會造成很大的能量消耗。在采用變頻調速時，若有必要減少流量需求，可采用減慢泵、風扇的速度。

3.變頻器在電力拖動中的應用

根據我國的現代工業發展趨勢，在大型生產過程中，核心設備的工作狀況會影響到產品的使用壽命、質量、產量等，而作為工業發展的重要動力，電動機牽引系統的工作狀況是決定整個生產過程的重要因素。上世紀70年代和80年代，國內的工業生產大多采用直流電動機，但由于對環境的要求比較高，在惡劣的生產條件下，直流電動機的碳刷等部件會受到很大的損壞，導致其在低速工況下的工作狀態非常不穩定。環境因素對直流電動機的工作有很大的影響。20世紀90年代，變頻調速控制技術逐步替代了直流電動機。變頻調速具有高效率，寬范圍，高精度的優點。這是一種最廣泛、最有發展潛力的電力牽引系統。在風機、泵、恒壓供水等方面，變頻技術得到了廣泛的應用。隨著功率電子技術的不斷發展，尤其是在微機電路領域，交流電動機的變頻調速技術正朝著高頻、數字化、智能化方向發展。在很多方面，交流調速都會代替直流調速。隨著裝備生產技術的進步，新的控制裝置的出現，現代的控制理論正逐步擴展到通信領域。在很多方面，交流調速都會代替直流調速。

4.變頻器在自動控制中的應用

變頻調速系統在自動化領域得到了廣泛的應用，不同的設備在使用時，其運行方式也不盡相同。但是，總體上講，原理和結果是相同的。自動控制變頻器在鍋爐自動控制系統時，主要用于冬季供暖，以提高燃油利用率，保證熱能的高效供應，并在某種程度上降低了成本。風機的工作特性與水泵類似，風壓與頻率、轉速的平方成正比，功率與頻率、轉速的立方成正比。在風機變頻調速的過程中，由于避免了風機的節流損失。節電顯著。

5.變頻器中應用PLC自動控制系統

為了使PLC的自動控制系統更好地發揮其功能，必須把PLC的自動控制系統和變頻調速裝置進行有效的聯接，同時采用網絡通訊或者I/O終端連接。網絡通訊方法有ProfibusDP、profinet等。I/O端子有兩種連接方式：模擬和數字接口。由于PLC的控制系統沒有輸入/輸出接口，因此可以與變頻調速裝置中的模擬量子端口相連接，實現了PLC控制系統在變頻調速中的應用。同時，若PLC控制系統中有一個或多個輸入/輸出端口，則可以將輸入/輸出與頻率轉換器的接口相連接，實現PLC的自動控制。采用I/O接口，可以實現PLC自動控制技術在變頻調速系統中的應用。此外，變頻調速頻率與端口數目呈正比，也就是終端數目越多，預置頻率就越高。

結束語

從以上的介紹中可以看出，變頻調速技術在國內的工業生產和自動化領域有著舉足輕重的地位，所以政府和社會都要大力的扶持變頻調速技術，以此來促進我國的經濟發展，為整個社會的發展奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]齊艷波，宋如武.變頻器在鋼鐵廠電力拖動中的應用[J].變頻器世界，2005（5）：2.