芻議工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用

李向榮

(陜西化建工程有限責任公司,陜西楊凌 712100)

芻議工業電氣自動化控制中變頻調速技術的應用

李向榮

(陜西化建工程有限責任公司,陜西楊凌 712100)

交流變頻技術是交流電動機的調速方案中理想的技術之一,變頻技術的作用是調節交流電動機的轉速,這種技術應用在交流發電機中,具有顯著的節能和調速的性能。文章探析了變頻調速技術在工業化電氣自動化控制中的運行。

工業電氣自動化控制 變頻調速技術 應用

在20世界70年代，德國學者Blaschke先提出了矢量控制理論，這種理論是采用現代化控制理論的參數重構和狀態重構對交流電動機的強耦合對象實現解耦，然后仿照直流調速原理進行矢量的變換，從而促使交流調速達到直流調速的水平。在80年代，德國學者Depenbrock又提出了直接轉矩控制原理，這樣可以避免了矢量控制中頻繁的更換坐標。這種方法是在電壓型逆變器的工作過程中，利用控制定子磁鏈和轉子磁鏈的夾角，從而實現對電動機轉矩的直接控制。這種方法具有操作簡單、依賴參數少的特點。近年來，矢量控制和直接轉矩控制的交流調速系統中引入拉神經網絡控制、模糊控制等，并且取得了良好的效果。

1 變頻器與節能

異步電動機的變壓頻調速控制的特性具有兩種情況，異步電動機在基頻以下調速時，一般采用恒壓頻比帶定子壓降補償的控制方式，而在基頻以上調速，則采用恒壓變頻的控制方式。和DIT相比，并且需要依據對稱原理，把時域X(n)分解為前后兩組，這樣就在頻域促使X(K)形成奇偶抽選分組，綜合這些便形成另一中FFT結構，被稱為頻域抽選FFT算法。因為它是由sande和turky首先提出的，因此被稱為sande-turky算法。通用變頻器中的制動電路是為了滿足異步電動機制動的需要而設置的。在異步電動機運轉中需要采用減小通用變頻器輸出頻率的方法降低異步電動機的同步轉速，促使異步電動機減速和停機。在異步電動機減速的過程中，異步電動機的同步轉速往往低于異步電動機的實際轉速，這樣就會導致轉子電流的相位相反，這樣異步電動機會產生制動轉速，這樣就處于再生制動狀態。在工程上，需要依據通用變頻器的容量的大小以及應用的場合對再生制動能量的處理。常用的方法有儲存、回饋回電網、電阻泄放等方法。對于大中容量的通用變頻器，需要通過電源再生單元把能量回饋給供電電源。而對于小容量的通用變頻器來說，需要采用制動電路，在制動電路上消耗回饋的能量。

2 變頻調速技術在工業電氣自動化控制中的應用

2.1 變頻調速的特點

CycloneII器材主要采用的是300mm晶圈，這樣是基于TSMC90nm、低K工藝制造，確保了其堵塞高速和低成本的運作。CycloneII系列設備由于使用了最小化的硅區，因此可以使用一個芯片來支持復雜的數字化系統，但是它的成本比較低，僅僅相當于專用的集成電路。高性能的通用變頻器具有獨立式變頻器、公共主流母線式變頻器以及帶能量回饋單元的變頻器，這樣可以滿足工程的不同需要。獨立式的變頻器通常是將整流單元和逆變單元放置在同一個機殼內，而且是目前應用最廣的變頻器，只能驅動一臺電動機，用于一般的工業負載。獨立式變頻器主要采用的配置方式為JTAG和AS相結合的配置方法，因此電路需要滿足AS配置方式和JTAG的配置方式。高性能的通用變頻器驅動電梯、升降機等負載機，必須使用四象限運行，因此需要配置能量回饋單元。能量回饋單元的功能是把電動機制動中產生的再生能量回饋給電網。

2.2 變頻調速器技術在工業電氣自動化控制中的應用

隨著經濟的發展很熱科學技術的進步，變頻調速技術的應用逐漸的廣泛，主要表現在下列的幾點：一是自適應電動機模型單元。自適應電動機模型單元具有重要的作用，通過對電壓和電流的檢測來自動識別電動機的基本參數，電動機模型是直接轉矩控制的關鍵單元。在大多數的工業場合，在轉速控制精度大于0.5%可用封閉環轉速反饋。二是轉矩比較器和磁通比較器。采用這類的比較器可以將反饋值和參考值進行每20ms比較一次，并且通過兩點式滯環調節器進行輸出轉矩。三是脈沖優化選擇器。采用Cyclone IIEP2C5Q208C8芯片處理信息，設計OFDM調劑方式的信號源的FPGA實現，編寫模塊組成電路，從而實現了FFT、插入循環前綴、緩沖模塊和D/A的功能，設計了OFDM的信號源，對各個模塊實現仿真的驗證。由于電解電容器具有較大的離散性，促使電解電容器承受到不等的電壓，這樣就需要在電容旁并聯阻值相等的電阻，從而可以消除電容器的離散性的影響。在電路中增加抑制浪涌電流的措施，可以避免電源接通的瞬間流經電容器的充電電流過人而燒壞整流電路而造成其他的影響。對于工作中頻繁啟動或者制動的設備來說，如果制動電阻的功率容量不足，就會引起發熱，因此在工程上需要慎重的選擇制動電阻的阻值和功率容量。對于通用的變頻器，需要依據不同的應用場合將異步電動機回饋的能量儲存起來，這就是再生能量的儲存，而且可以節省能源。電源再生單元是可供用戶需要選擇的選件。電源再生單元通常是由功率開關器材構成的逆變器，在使用時，需要接通變頻器的外接端子，然后需要接通到電容器的兩端。在直流母線電壓高于一定值時，檢測電路輸出的信號可以啟動逆變電路。

3 結語

社會發展和現代化的生產的需求促進了交流調速的發展，集成電路的發展以及微機控制技術為交流調速變頻技術的發展提供了良好的物資條件和技術條件。變頻技術具有功率因素高、調速性能良好、而且能夠實現軟啟動等優勢，它的速度控制和節能的應用在工業自動化設備中的應用越來越廣泛。

[1]華愛琴.變頻調速技術及其在工業電氣自動化控制中的運行[J].電子制作,2013,17(08)：31.

[2]胡應占,趙德申,劉志剛,汪小志.基于BP神經網絡整定PID智能調速控制系統研究[J].電氣開關,2007,18(04)：115-116.

[3]馬良河,楊潔浩,葉建強.交流電機變頻調速性能試驗系統的研究[J].電機與控制應用,2010,17(01)：145-147.

[4]馬良河,楊潔浩,葉建強.交流電機變頻調速性能試驗系統的研究[J].電機與控制應用,2010,18(01)：79-81.