林澤武

摘 要：隨著半導體技術的發(fā)展，變頻調速技術逐漸深入生產和生活的每個角落，對人們的生活產生了深遠影響，大到數(shù)控機床小到冰箱電視，我們都能發(fā)現(xiàn)變頻調速技術的身影，其大大提高了電氣設備運轉的效率。本文主要介紹該技術的相關概念以及以數(shù)控機床為例，分析其在電氣自動化控制中的應用。

關鍵詞：變頻調速技術；工業(yè)電氣自動化控制；應用研究

眾所周知，傳統(tǒng)的電氣自動化控制技術的運行需要耗費大量的能源，不僅不符合當前國家對節(jié)能減排的要求，也會增加企業(yè)的生產成本，對企業(yè)發(fā)展而言是一種負擔。為此，企業(yè)技術人員急，需尋找一種更為先進環(huán)保的技術，并將其應用于電氣自動化控制中。當前，隨著半導體技術的不斷創(chuàng)新，變頻調速技術作為一種新興技術已經成功在工業(yè)生產的各行各業(yè)得到廣泛使用，在實現(xiàn)節(jié)能降耗、改善控制性能的同時也提高了產品的產量和質量。

1 變頻調速技術概述

1.1 變頻調速技術的發(fā)展歷史

變頻調速技術從理論到使用推廣經歷了40年的時間，在這期間，電子器件的發(fā)展促進了這一過程的實現(xiàn)。在20世紀70年代，發(fā)達國家為了緩解石油危機，投入大量的人力、物力和財力去研究更加高效的變頻器，使變頻調速技術得到進一步推廣。到今天，依托于電子計算技術和微電子技術的變頻調速技術以優(yōu)越的性能被各行各業(yè)所采用，實現(xiàn)了電氣自動化控制領域的節(jié)能減排，提高了生產效率。

1.2 變頻調速技術基本原理及組成

變頻調速技術的基本原理為利用電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系n=60f（1-s）/p，其中n為轉速，s為電機轉差率，f為輸入頻率，p為電機磁極對數(shù)，改變電動機的工作頻率從而達到控制電機轉速的目的。

變頻調速技術的關鍵部件主要有3部分：自適應電動機模型單元、脈沖優(yōu)化選擇器、轉矩和磁通比較器。（1）自適應電動機模式單元主要的功能是檢測輸入電動機的電壓、電流的性質，從而識別電動機的參數(shù)，它是直接轉矩控制的關鍵單元，以定子磁場定向方式幫助實現(xiàn)對轉矩的直接控制，該技術能夠實現(xiàn)正負0.1%的速度控制精度。（2）脈沖優(yōu)化選擇器的主要功能是優(yōu)化選擇在一定范圍內的脈沖信號，功能的實現(xiàn)首先需要選擇合適的信息處理選擇芯片，當前在電氣自動化控制行業(yè)中常用的型號為Cyclone ⅡEP2C5Q209C8；其次需要設計調制方式的信號源并編寫能夠實現(xiàn)不同功能的電路模塊，例如能夠實現(xiàn)星座映射、緩沖功能的模塊；最后，通過信號源進行仿真模擬判斷編寫的電路模塊是否能夠實現(xiàn)既定的功能。影響脈沖優(yōu)化選擇器性能的重要因素是電解電容器的容量具有很大的離散型，導致部件承受的電壓出現(xiàn)偏差，為此需要對電容進行改進，可以在電容器旁并聯(lián)一個與電容器阻值相同的電阻，同時為了防止電路被燒毀，還可以增加抑制浪涌電流的措施。（3）轉矩和磁通比較器的主要功能為每隔20s將反饋值與參考值進行比較，而后通過滯環(huán)調節(jié)器輸出轉矩或磁場狀態(tài)，為工作人員后續(xù)的工作提供參考。

1.3 變頻調速技術的特點

變頻調速技術中應用了交流電機，克服了直流電機的缺點，使得結構更加簡單，同時更為堅固耐用、經濟可靠，對動態(tài)數(shù)據(jù)的響應效果好。變頻調速技術的調速性能優(yōu)良、節(jié)電效果好，是一種有巨大發(fā)展前景的交流調速方式。根據(jù)調節(jié)電流的類型可以將變頻裝置分有兩類：交—直—交系統(tǒng)和交—交系統(tǒng)，其中交—直—交系統(tǒng)又分為電壓型和電流型，其中電壓型交—直—交系統(tǒng)在工業(yè)中的應用最為廣泛。該技術在設計時，選用了最小化的硅區(qū)，在完成復雜運算的同時使占用的體積最小。

2 變頻調速技術在工業(yè)電氣自動化控制中的應用

2.1 在數(shù)控機床中的應用方式

在現(xiàn)代工業(yè)中，機床的作用是加工復雜的零部件，完成高精度部件的批量生產，而普通機床效率低下無法滿足需要，因此現(xiàn)在常使用數(shù)控機床進行操作。數(shù)控機床一般采用電機拖動，主軸和各進給系統(tǒng)分別由各自的電機帶動，由于數(shù)控機床加工的范圍廣，需要完成不同的工序、完成對不同材料的切割作業(yè)，要求機床能夠執(zhí)行不同的運動速度，對主運動進行調速。

使用傳統(tǒng)控制技術的數(shù)控機床需要耗費大量的電能，企業(yè)為了節(jié)約成本、節(jié)能減排的需要應當對其進行改造，例如，某數(shù)控機床的標稱功率為15kW，n為2000r/min，企業(yè)曾嘗試使用工頻電機，但是這種電流恒為50Hz的交流電機所取得的效果并不明顯，特別是由于該技術可供選擇的齒輪主軸速度的范圍過大，很難實現(xiàn)精準控制，使節(jié)能與提高效率無法兼得?；诖?，技術人員決定使用變頻調速技術，使用變頻器作為驅動部件，調節(jié)數(shù)控機床的主速度。該技術的優(yōu)勢在于可供選擇的齒輪主軸速度的范圍小，能夠精確控制轉速，同時系統(tǒng)更加穩(wěn)定，不需要對離合器進行定期維護，最高轉速受到的限制小，能夠滿足不同轉速的需求，提高切割不同材料的效率和品質。

2.2 在數(shù)控機床中的應用效果

在采用變頻調速技術后，數(shù)控機床的主軸速度得到有效控制，主驅動電機通過皮帶傳動帶動主軸旋轉或通過減速齒輪帶動主軸扭轉，使主軸能夠獲得精確的轉矩，速度穩(wěn)定精度高，運行平順，從而滿足不同切割條件下的速度要求，能夠進行復雜、不規(guī)則形狀的高深度和高強度的削切，在低頻情況下也能滿足大轉矩輸出，優(yōu)化了調速范圍、速度精度、機床結構，大大提高了生產的效率和品質，同時抗干擾能力強，通過嚴格的CNC綜合測試，不會對其他系統(tǒng)造成干擾，降低能耗和故障發(fā)生率，提高了機床的可靠性和操作的簡便性。

3 結束語

綜上所述，基于計算機技術及微電子技術的變頻調速技術作為一種新興技術，其卓越的節(jié)能優(yōu)勢和精準控制的特點使得它在越來越多的行業(yè)得到應用。當前，制造業(yè)仍為我國經濟發(fā)展的支柱產業(yè)，提高制造業(yè)的生產效率，降低能耗成為無法回避的任務，為此，技術人員必須將變頻調速技術引入到工業(yè)生產中來，將其應用到不僅限于數(shù)控機床的其他電氣自動化控制中去，不斷提高企業(yè)的生產效益。

參考文獻

[1]鮑杰.變頻調速技術及其在工業(yè)電氣自動化控制中的應用探析[J].科技與企業(yè)，2015，（3）：93.