李 仁

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽(yáng)473009）

隨著人們生活水平的不斷提升，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)力提出了更高的要求，因此變頻調(diào)速技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在機(jī)械、石油、化工、紡織、冶金、食品等各個(gè)行業(yè)中，不僅提升了生產(chǎn)效率，而且還能夠降低電機(jī)能耗，節(jié)省了大量的資源投入，取得了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為節(jié)能、改善工藝流程、提高產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化資源配置、減少環(huán)境污染的有效措施，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出，研究并推廣變頻調(diào)速技術(shù)具有非常重要的意義。

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

一直以來(lái)，在工業(yè)控制領(lǐng)域都是采取直流調(diào)速的方式，直流調(diào)速具有控制力強(qiáng)、可靠性高、噪聲低、控制電路簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但是隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，直流調(diào)速的局限性逐步顯現(xiàn)出來(lái)，直到20世紀(jì)80年代，隨著集成電路和微機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，為變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展提供了良好的技術(shù)支持，目前變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為自動(dòng)化控制領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。變頻調(diào)速技術(shù)主要是根據(jù)電氣設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速和工作電源頻率之間所形成的正比關(guān)系，利用轉(zhuǎn)變電氣設(shè)備電源輸入頻率的方式來(lái)調(diào)節(jié)電氣設(shè)備電機(jī)的轉(zhuǎn)速、運(yùn)行負(fù)荷和運(yùn)行模式等等，從而有效提高電氣自動(dòng)化設(shè)備的控制水平，自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元和轉(zhuǎn)矩和磁通比較器是變頻調(diào)速技術(shù)的主要組成部分，其中自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元的任務(wù)是通過(guò)對(duì)電壓電流的檢測(cè)識(shí)別來(lái)完成扭轉(zhuǎn)控制，轉(zhuǎn)矩和磁通比較器的任務(wù)是通過(guò)數(shù)值對(duì)比現(xiàn)實(shí)輸出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和扭轉(zhuǎn)情況，從而以此為依據(jù)制定相應(yīng)的措施[1]。

2 變頻調(diào)速技術(shù)主要特征

變頻調(diào)速技術(shù)具有許多不可替代的優(yōu)勢(shì)，首先，變頻調(diào)速技術(shù)的適應(yīng)性強(qiáng)，具有通用性的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于不同地區(qū)、不同領(lǐng)域變頻設(shè)備的復(fù)雜問(wèn)題都能解決，因此能夠得到有效的推廣；其次，變頻調(diào)速技術(shù)的調(diào)速效率高，隨著工藝技術(shù)的不斷創(chuàng)新，變頻調(diào)速器中用到的許多構(gòu)件都融入了現(xiàn)代科技，完善了變頻調(diào)速器的功能和性能，因此能夠進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率；最后，變頻調(diào)速技術(shù)的操作較為方便，能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的操作，從而更好地滿足工業(yè)電氣自動(dòng)化控制需要[2]。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用的必要性

1）保障設(shè)備的有效運(yùn)行

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，相關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性是影響工作質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，由于工業(yè)用電動(dòng)機(jī)的功率較大，因此在啟動(dòng)瞬間會(huì)產(chǎn)生非常大的啟動(dòng)電流，不僅會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命，還會(huì)造成電源電壓的突然波動(dòng)，而變頻調(diào)速技術(shù)能夠控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率，電源頻率緩慢的輸出，從而有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，將啟動(dòng)電流控制在合理范圍，從而有效保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制持續(xù)平穩(wěn)的工作。

2）提高自動(dòng)化技術(shù)水平

電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和不斷完善，但其自動(dòng)化技術(shù)水平能夠得到有效的提高，從而取得更好的電氣自動(dòng)化控制效果，除此之外，對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，電氣自動(dòng)化控制的能源消耗問(wèn)題直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠結(jié)合電機(jī)的工作情況，有效控制電機(jī)的正常運(yùn)行能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的要求，在提升工業(yè)生產(chǎn)能力的同時(shí)，還能夠?yàn)榄h(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)，是符合時(shí)代發(fā)展進(jìn)步的技術(shù)[3]。

4 電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用原理

在電氣自動(dòng)化控制中，變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用原理主要是變頻調(diào)速節(jié)能、功率因數(shù)補(bǔ)償和軟啟動(dòng)器節(jié)能。首先，根據(jù)電機(jī)的工作原理，轉(zhuǎn)速與流量的一次功率成正比關(guān)系，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系，那么也就是說(shuō)，當(dāng)電機(jī)的工作效率一定，如果控制流量減小，那么轉(zhuǎn)速就會(huì)隨之降低，功率也會(huì)減小；其次，由于低功率會(huì)使電氣設(shè)備發(fā)熱，從而造成線路損耗的增加，有效電能就會(huì)降低，那么就會(huì)影響設(shè)備的使用效率，浪費(fèi)了大量的資源，增加了成本，變頻調(diào)速技術(shù)能夠補(bǔ)償功率因數(shù)，從而有效減少電能損耗；最后，通常情況下，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng)或者是Y/D啟動(dòng)，在啟動(dòng)的瞬間，電流能夠都達(dá)到額定電流的五倍，因此不僅對(duì)設(shè)備的容量有著較高的要求，也會(huì)影響電氣設(shè)備的使用壽命，變頻調(diào)速技術(shù)降低了啟動(dòng)電流，因此不僅不需要大容量設(shè)備，還會(huì)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，所以說(shuō)提高變頻調(diào)速技術(shù)水平，充分發(fā)揮出變頻調(diào)速技術(shù)的效益，對(duì)于促進(jìn)電氣自動(dòng)化控制的進(jìn)一步發(fā)展非常重要[4]。

5 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

1）深度指示器的保護(hù)

深度指示器是電氣設(shè)備的重要組成部分，能夠維護(hù)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，如果深度指示器發(fā)生了故障，很多設(shè)備的保護(hù)裝置就會(huì)失效，無(wú)法檢測(cè)到危險(xiǎn)信號(hào)，給正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。因此為了充分發(fā)揮出深度指示器的作用，在深度指示器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，就要采取有效的故障保護(hù)方式，確保深度指示器能夠處于安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)幋a采集的脈沖數(shù)信號(hào)進(jìn)行記錄，當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)不發(fā)生變化時(shí)，就能夠發(fā)現(xiàn)深度指示器的異常狀況，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，解除異常，及時(shí)恢復(fù)深度指示器的正常運(yùn)行。

2）脈沖優(yōu)化選擇器的應(yīng)用

在脈沖優(yōu)化選擇器中，變頻調(diào)速技術(shù)主要是通過(guò)芯片對(duì)信息進(jìn)行處理，再對(duì)OFDM調(diào)制信號(hào)源進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，還可以編寫(xiě)模塊電路來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。但是在操作的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到電解電容器容量離散性過(guò)高的情況，影響電壓承受的均衡性，在這種情況下，整個(gè)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行都會(huì)受到影響，所以說(shuō)可以通過(guò)在電容旁并聯(lián)阻止相同的均壓電阻的方式來(lái)緩解這一情況，除此之外，還可以抑制浪涌電流來(lái)確保電路運(yùn)行過(guò)程中整流電路不被燒壞[5]。

3）等速區(qū)間的超速控制保護(hù)

在工業(yè)電氣企業(yè)，電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，通常情況下，電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備在等速區(qū)間運(yùn)行，利用變頻調(diào)速技術(shù)，在點(diǎn)擊拉動(dòng)設(shè)備發(fā)生過(guò)載或者超速運(yùn)行的情況下，能夠及時(shí)的發(fā)出預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)等速區(qū)間的超速控制保護(hù)。一般情況下，點(diǎn)擊拉動(dòng)設(shè)備的正常工作速度大概在設(shè)備運(yùn)行既定的15%以下，如果速率顯示已經(jīng)超過(guò)既定速率的話，變頻調(diào)速系統(tǒng)就會(huì)減慢運(yùn)行速度，將設(shè)備安全回路架構(gòu)隔開(kāi)，在這個(gè)過(guò)程中還會(huì)啟動(dòng)緊急制動(dòng)設(shè)備來(lái)降低運(yùn)行速度?？傊?，為了實(shí)現(xiàn)等速區(qū)間的超速控制保護(hù)，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，控制保護(hù)的設(shè)置要求以下兩點(diǎn)：一是速度控制不能超過(guò)10%，二是在正常速度運(yùn)行過(guò)程中要保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性[6]。

4）電機(jī)單元模型中的應(yīng)用

在電機(jī)單元模型中，變頻調(diào)速技術(shù)能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)電壓和電流等參數(shù)做出有效的判斷，并對(duì)電氣自動(dòng)化裝置運(yùn)行的基本參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而確保自動(dòng)化系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，除此之外，變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠及時(shí)的將數(shù)據(jù)保送到客戶終端，結(jié)合電流值進(jìn)行細(xì)致的規(guī)劃，利用對(duì)應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行，體現(xiàn)出了較高的報(bào)送和反饋效率。在電機(jī)單元模型中，變頻器的選擇非常關(guān)鍵，通常都會(huì)對(duì)芯片的功能進(jìn)行考察，選擇功能過(guò)關(guān)、結(jié)構(gòu)優(yōu)質(zhì)的變頻器應(yīng)用在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)據(jù)編碼實(shí)現(xiàn)電路模塊的對(duì)應(yīng)。

5）節(jié)能降耗方面的應(yīng)用

由于電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中普遍存在著電氣設(shè)備高負(fù)荷、高能耗的問(wèn)題，不僅生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，還對(duì)環(huán)境造成了破壞，變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域的節(jié)能降耗方面具有非常好的應(yīng)用效果，利用變頻調(diào)速技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況和社會(huì)運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)電流的優(yōu)化配置，在確保能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的前提下提高電能的利用率，減少資源浪費(fèi)、節(jié)約生產(chǎn)成本，有效提高經(jīng)濟(jì)效益，除此之外，變頻調(diào)速技術(shù)還能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解設(shè)備的電能供應(yīng)情況，當(dāng)電壓電流超過(guò)一定范圍的標(biāo)準(zhǔn)額定值之后，變頻器系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出預(yù)警[7]。

6 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展前景

近年來(lái)，變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展非?？?，它不僅應(yīng)用面廣，是工業(yè)企業(yè)和日常生活中普遍需要的新技術(shù)，也是節(jié)約能源的高新技術(shù)，符合可持續(xù)發(fā)展理念的要求，各種高性能變頻控制都成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，變頻調(diào)速技術(shù)將會(huì)朝著人工智能、數(shù)字控制和綠色環(huán)保的方向發(fā)展，不僅控制更加靈活可靠，還能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，在故障監(jiān)測(cè)和診斷方面也更加方便。

7 結(jié)語(yǔ)

總而言之，電氣自動(dòng)化控制是提高生產(chǎn)效率，還能夠有效降低生產(chǎn)成本的重要手段，變頻調(diào)速技術(shù)作為一種有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，其應(yīng)用能夠有效保證電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最大限度地減少系統(tǒng)的故障問(wèn)題，確保能夠充分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行的功能。除此之外，該技術(shù)還響應(yīng)了綠色生產(chǎn)的要求，節(jié)約了能源的同時(shí)還提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，從而使企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有非常良好的發(fā)展前景。因此加大對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用研究具有非常重要的意義，通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)的研究和推廣來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的革新，從而進(jìn)一步推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。