電力傳動節(jié)能中變頻技術(shù)應(yīng)用

張立德

摘要：工業(yè)電力傳動所消耗的電能在整個社會電能消耗中的比例非常高，具有很大的節(jié)能空間。目前階段變頻調(diào)控技術(shù)已經(jīng)發(fā)展很好，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。如果能夠?qū)⒆冾l調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)電力傳動中來，就可以實(shí)現(xiàn)電力傳動的速度調(diào)控，避免出現(xiàn)電力浪費(fèi)的現(xiàn)象。然而在實(shí)踐過程中，變頻調(diào)速技術(shù)在電力傳動中的應(yīng)用卻存在一定的阻礙，如果能夠克服這些技術(shù)障礙。電力傳動中就能夠大面積使用變頻調(diào)速技術(shù)，進(jìn)而節(jié)省巨大的電能。

關(guān)鍵詞：電力傳動;變頻調(diào)速;技術(shù)應(yīng)用

引言

在工業(yè)電氣自動化控制體系運(yùn)行狀態(tài)下，可以運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)對用戶終端電機(jī)的功能進(jìn)行控制，使體系處于動態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)全方位的控制，對于工業(yè)生產(chǎn)與制造過程中電力體系維護(hù)工作的順利開展具有重要影響。

1變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速技術(shù)是指為了滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需要而出現(xiàn)的一種新型技術(shù)形式，變頻調(diào)速技術(shù)的工作原理是通過調(diào)節(jié)電源輸出頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，從而達(dá)到自動化變頻調(diào)速的發(fā)展目的。變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)現(xiàn)會涉及到以下幾個部件：第一，自適應(yīng)電動機(jī)模型單元。這個單元是變頻調(diào)速技術(shù)中最為重要的零部件，使用過程中的主要功能是查看電動機(jī)的電壓、電流等信息是否處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，通過了解電流、電壓參數(shù)能夠幫助相關(guān)人員全面的掌握電動機(jī)的參數(shù)信息，為工業(yè)電氣自動化后期工作提供有力支持。第二，轉(zhuǎn)矩、磁通比較器。這兩個比較器的應(yīng)用作用是將反饋數(shù)值和參考數(shù)值進(jìn)行綜合比較，通過滯環(huán)調(diào)節(jié)器來輸出轉(zhuǎn)柜和磁場的狀態(tài)信息，從而幫助相關(guān)人員更好的掌握轉(zhuǎn)柜和磁場的運(yùn)行狀態(tài)。

2變頻調(diào)速主要方法介紹

2.1變壓變頻控制

通常情況下電動機(jī)在運(yùn)行時，其額相電壓以及頻率主要受到主磁通的影響。在針對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速行調(diào)整過程中，主磁通如果出現(xiàn)增大的趨勢，就會使得電流值慢慢變大，如果沒有出現(xiàn)功率損耗，功率因素就會隨之慢慢降低，最終導(dǎo)致的結(jié)果就是電動機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。相反的，如果主磁通出現(xiàn)降低的趨勢，則子磁通的電動勢隨之減小。變壓變頻控制方法在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一些缺陷，主要表現(xiàn)在下面兩點(diǎn)：第一，在對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)施調(diào)整的過程中，如果電動機(jī)的速度相對較低，就難以對電動機(jī)電壓進(jìn)行精準(zhǔn)控制，控制誤差相對較大;第二，利用變壓變頻控制模式時采用的是開環(huán)模式，這也不利于控制的精度。

2.2轉(zhuǎn)差頻率的控制

通過轉(zhuǎn)差頻率的控制也能夠?qū)崿F(xiàn)三相異步交流電動機(jī)的調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)輸出功率的調(diào)整。電動機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中其氣隙磁通保持恒定，電磁轉(zhuǎn)矩直接受到電角度轉(zhuǎn)差率的影響，兩者之間存在正比例的關(guān)系。如果能夠?qū)﹄娊嵌绒D(zhuǎn)差率進(jìn)行控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)對電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的控制。在對轉(zhuǎn)差率進(jìn)行控制時需要對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測，調(diào)節(jié)控制器的輸出為轉(zhuǎn)差頻率，電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率和轉(zhuǎn)速頻率的和就是給定頻率，通過這樣的方式形成一個閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)差頻率控制模式能夠在較大范圍內(nèi)對電動機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)控，并且靜態(tài)轉(zhuǎn)出誤差非常小。但是采用這種控制模式時必須要確保恒磁通控制，這對整個控制系統(tǒng)提出了非常高的要求。

2.3矢量控制的方式

電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行通過矢量控制的方式對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的基本原理就是把三相坐標(biāo)下的定子交流電流實(shí)施轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流。在基于磁場定向原理將相關(guān)的電流信號轉(zhuǎn)變成為直流電流。通過上述的一系列轉(zhuǎn)換后，就可以利用直流電機(jī)的控制模式對交流電機(jī)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩電流以及勵磁電流的控制，也就是實(shí)現(xiàn)了定子電流的矢量控制。最終實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的有效控制。這種控制模式是基于直流電機(jī)控制方法，因此其調(diào)速范圍非常廣泛，達(dá)到了1：20，甚至是1：200。此外，還具有響應(yīng)速度快、連續(xù)性好等優(yōu)勢。缺點(diǎn)就是需要進(jìn)行非常繁雜的計(jì)算，控制過程比較繁瑣，容易受到外部因素的影響和干擾。

2.4直接轉(zhuǎn)矩控制

這種控制模式的基本原理就是對電動機(jī)的電流值和轉(zhuǎn)速值等進(jìn)行直接檢測，然后與指定的值進(jìn)行比較分析，根據(jù)兩者之間的差值大小，確定一個合適的電壓矢量，實(shí)現(xiàn)定子磁通量的精確控制，從而改變電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。通過檢測，如果發(fā)現(xiàn)電動機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩比設(shè)定轉(zhuǎn)矩小時，控制系統(tǒng)就輸出一個電壓矢量，該矢量方向與定子磁通旋轉(zhuǎn)方向相同，以此增加電機(jī)轉(zhuǎn)矩。相反的，如果檢測得到的實(shí)際轉(zhuǎn)矩比系統(tǒng)設(shè)定的值較大時，控制系統(tǒng)輸出的電壓矢量方向就會與定子磁通旋轉(zhuǎn)方向相反，從而達(dá)到降低電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制模式不會受到轉(zhuǎn)子參數(shù)等其他因素的影響，也不需要進(jìn)行繁瑣的坐標(biāo)變化，并且具有顯著的優(yōu)勢。比如結(jié)構(gòu)簡單、控制方法便捷、反應(yīng)速度快、精度高等。缺陷在于通過這種模式進(jìn)行控制時會存在轉(zhuǎn)矩脈沖，如果電動機(jī)轉(zhuǎn)速相對較低時這種現(xiàn)象更為明顯。出現(xiàn)這種情況就會對其通量檢測造成不利影響，最直接的結(jié)果就是調(diào)速范圍相對較窄。限制了直接轉(zhuǎn)矩控制模式的使用場景，常用于對調(diào)速范圍要求不是非常高的場合，比如水泵和風(fēng)機(jī)等。

3變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用方法

3.1深度指示器保護(hù)失效

很多工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中具有多種保護(hù)裝置，設(shè)計(jì)師結(jié)合工業(yè)設(shè)備的使用環(huán)境和運(yùn)作原理，在設(shè)備中加裝了多重保護(hù)裝置。深度指示器是其中之一，具有重要作用，如果深度指示器處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，就會使得保護(hù)模式發(fā)生改變，所以設(shè)計(jì)深度指示器時一定要安裝失效保護(hù)模式。在變頻調(diào)速技術(shù)的支持下，首先啟動電機(jī)，累加編碼器對應(yīng)采集周期內(nèi)采集到的脈沖數(shù)信號，對比信號采集前與采集后的數(shù)值，如果數(shù)值沒有發(fā)生任何變化，就意味著深度指示器已經(jīng)處于失效狀態(tài)。在失效狀態(tài)下，對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，如果設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入爬行區(qū)狀態(tài)，那么立即發(fā)送對應(yīng)的報警信號發(fā)出強(qiáng)烈預(yù)警，引起工作人員的高度注意，如果沒有進(jìn)入爬行區(qū)狀態(tài)，那么自動采取安全制動措施，發(fā)出報警提示。

3.2自動化適應(yīng)電機(jī)模型單元

在工業(yè)電氣自動化控制體系中運(yùn)用合適的電動機(jī)模型單元，對電動機(jī)輸入電壓參數(shù)和電流參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的檢測，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)整體運(yùn)行狀態(tài)的識別。與此同時，電動機(jī)模型可以與變頻器直接連接在一起，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制工作。在實(shí)際生產(chǎn)工作進(jìn)行過程中，運(yùn)用電動機(jī)模型單元對生產(chǎn)中的電氣設(shè)備以及一體化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行精準(zhǔn)的調(diào)控，依據(jù)一體化運(yùn)行的一般規(guī)律，選擇對閉環(huán)轉(zhuǎn)速。

3.3變頻器節(jié)能

在工業(yè)電氣自動化控制過程中經(jīng)常出現(xiàn)高水平低產(chǎn)出的情況，導(dǎo)致生產(chǎn)過程消耗大量的經(jīng)濟(jì)資源，使生產(chǎn)效率逐漸下降，所以提高工業(yè)電器自動控制體系的節(jié)能水平具有重要意義。運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)可以提高體系的節(jié)能水平，在一定意義上，變頻器是整個生產(chǎn)制造過程中的調(diào)節(jié)機(jī)制，所以一定要運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)來保證電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，變頻器與電動機(jī)一直處于相互對應(yīng)的關(guān)系，從而確保科學(xué)合理運(yùn)行，使生產(chǎn)制造過程中復(fù)合電壓的耐受性不斷提高。這一過程中為了使變頻調(diào)速的應(yīng)用效果越來越好，需要選擇能夠滿足電機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)的配置電路，使自動化控制的功能逐漸完善，對運(yùn)行體系做出統(tǒng)一的編程和控制，協(xié)調(diào)好二者的工作，形成高效率的工作體系。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)自動化控制功能，還要在控制電路主板的基礎(chǔ)上選擇一致性的變壓型逆變電路，配合好工業(yè)車間電路，實(shí)現(xiàn)故障全面保護(hù)的目標(biāo)，確保工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備與變頻器之間靈活切換穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化發(fā)展中的應(yīng)用具有良好的應(yīng)用效果，不僅能夠優(yōu)化數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行，而且還能夠確保變頻器、傳感器的有效應(yīng)用，提升整個工業(yè)電氣發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行成效。為此，在新的歷史時期需要相關(guān)人員結(jié)合工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域發(fā)展實(shí)際情況，就如何更好的將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用其中進(jìn)行策略分析。

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