工业电气自动化控制中变频调速技术的应用

许长涛

【摘  要】工业作为我国重要的经济支柱产业对国家的经济发展和社会繁荣起到了重要的作用。提高工业生产效率，降低能源消耗会显著提高工业企业的利润和技术附加值，实现工业的健康绿色发展。利用变频调速技术，能有效提高工业自动化生产中电机驱动效率，降低电能消耗，并提高系统的稳定性和电网适应性，在整体上提升了工业自动化系统的性能和可靠性。本文只要分析工业电气自动化控制中变频调速技术的应用

【关键词】工业电气自动化控制;变频调速技术;应用

中图分类号：TM921     文献标识码：A

引言

随着现代控制技术与生产需求的发展，变频调速技术得到了广泛的应用，而集成电路技术与微机控制技术的发展，为交流变频调速技术的发展提供了良好的物质基础与技术条件，变频技术的功率因数高，调速性能也比较良好，在未来的工业自动化设备中应用会越来越广泛。

1、变频调速技术的原理

变频技术是一项比较复杂的技术，根据其工作的具体要求，主要运用了磁极对数、电机转速与电源之间的关系，可以将其定义概括为，式中的 n 代表电动机运作的速度，f 代表电机输出的频率，p 为电动机的磁极对数，电动机在工作过程中，主要通过编写程序控制它的转速与电源，以达到改变工作频率，进而能够实现对电机转速进行控制的目标。变频调速技术主要包括自适应电机模型、脉冲优化选择器以及比较器等三部分构成，自适应电机的模型主要功能是对电动机工作的电压、电流进行控制，以达到识别电机工作性质的目的，从而能够有效控制电机的转速，脉冲优化选择器是根据电机工作范围来选择合适的工作信号，并在工作时对脉冲信号进行缓冲，使得在不同范围的功能模块能够按照既定的功能工作，比较器模型主要是对转矩与磁通的功能数值与正常情况进行比较，一般情况下，每隔 20s 比较一次，然后，通过比较的结果来判断调节器的输出或者磁场的转变，进而能够实现整个电气设备的变频调速控制。

2、变频调速技术的优缺点分析

2.1 变频调速技术的优点

2.1.1 电机启动冲击小

大功率电动机在启动瞬间，启动电流过大，会影响电动机的使用寿命，同时大启动电流对电网冲击影响很大，会导致电源电压突然波动，影响同一电网内其它负荷设备的正常工作。利用变频调速技术，通过对电机启动频率的控制，能实现电机缓慢启动，使电源频率从低到高输出，电机转速逐渐上升，从而控制电机启动电流，变频调速技术对电机和电源起到了有效的保护作用。

2.1.2 电机调速性能好

变频调速技术调速范围宽，调速动态响应快，且调速过程平滑冲击少，能实现从 0HZ到几百 HZ 的频率输出范围，而且线性度很高，适合应用于各种电机各种场合的调速，如提升机，机床，电动汽车，生活水泵、消防泵、稳压泵等调速速度和精度要求较高的场合均须用到变频调速技术。

2.1.3 可以有效节约电能

变频调速技术的应用可以大范围改变电机运行转速，电机在低速运行工况时能耗极大下降，能有效节约电力能源成本。

2.1.4 电源适应性强

变频器通常配置直流母线电容器，对电网电压波动具有较强的适应性，能在额定电压5%-10% 的范围内满负荷输出，在突然出现电网压降时，变频器能在 5 个周期内失电运行不跳闸，在轻载状态下可失电运行更长时间。

2.2 变频调速技术的缺点和不足

2.2.1 产生谐波

变频器输入侧一般采用普通移相整流技术，低频状态有较大的波形畸变，会给电网造成一定的谐波污染，尤其在缺少电磁隔离设备时，对电源波形影响较大。随着变频调速技术的发展，部分厂家已在变频器内部设置输入 /输出滤波器，以避免其产生的谐波。

2.2.2 设备投入成本较高

变频调速技术中用到的功率器件如 IGBT模块成本较高，并且耐压能力有限，难以在高压（10KV 等级）状态下工作运行，因此，在高电压、大容量变频调速时，需要利用变压器先对电源降压，再调频，再进行升压，这一过程加大了设备投资和系统损耗，造成系统成本上升。

3、工业电气自动化控制中变频调速技术的具体应用

3.1 通过变频技术能够进行资源的有效节约

工业作为我国的第二产业，其在生产过程中还需要耗费大量的能源。电力作为工业运行过程中的主要能源之一，其也是保障工业正常生产的重要依据。在工业电气自动化控制过程中，还需要在同一时间内来对多台机器的运行情况进行有效的控制，但是在很多工程中多是对仪器设备进行直接供电，也没有对用电机器的具体运行情况进行考察，也就存在有一定的电力资源浪费情况，严重情况下还会导致机器的损坏，从而威胁到该工业企业的生产可靠性以及生产效益。在工业电气自动化控制工作中通过变频调速技术的合理应用，其能够实现对电流的合理分配，在满足各种用电机器正常用电需求的基础上，尽可能的节约电力能源，还能够有效减少机器在运行过程中可以遭受的损伤，来减少该工业企业的生产成本。此外变频技术的相关组装零件还具备有一定的通用性，而在电气自动化控制工作中还需要对多种不同规格的机器运转进行控制，通过变频技术能够有效减少零件规模原因所导致的经济损失跟资源损失，还能够促进这些机器的工作效率得到进一步的提升，借此来为该工业企业带来良好的经济效益。

3.2 在电气自动化控制发电系统中的应用

在工业电气自动化系统的运行过程中还会产生非常多的能源需求，若过于依赖外界的能源传输，还会浪费大量的财力、人力以及物力，对于该工业企业的持续稳定发展会产生非常大的阻碍。因此大多数的电气自动化控制技术均携带自身的发电系统。在发电系统的运行过程中各个环节还具备有一定的运行复杂性，如果电流的运输位置出现了偏差，也就容易导致电流故障的发生。通过变频调速技术的应用，能够对发电系统中的运行故障进行有效的控制，对于发电系統还有着整体的维护效果。通过变频技术可以对发电系统中的各项资源进行合理的安排，也就能够促使资源的利用效率得到最大限度的发挥，以减少资源浪费等问题的发生。此外变频技术的相关配件成本都比较低，也就能够促使工业成本得到大幅度的降低，借此为该工业企业带来良好的经济效益。因此说在电气自动化控制发电系统中通过变频调速技术的应用，还能够减少发电成本，提升发电的稳定性，借此来为该工业企业带来良好的经济效益。

3.3 在电气行业自动化控制中的应用

目前工业的电气行业自动化控制工作中，多需要机器跟工作人员来现场工作，这也就容易出现现场秩序过于混乱等问题的发生。此外在电气行业自动化控制工作中有着仪器复杂的问题，在使用过程中还会因为电磁波交叉等因素导致电气运行故障的发生。通过在电气行业自动化控制过程中进行变频调速技术的合理应用，还能够对电磁波以及噪音起到良好的屏蔽处理效果，对于整体电气系统也能够起到一定的保护效果。针对工业系统结构复杂以及工作程序繁琐的特点，也就要求各工业企业在自身的电气化控制工作中能够进行变频调速技术的合理应用，借此来促进企业的运行稳定性跟可靠性得到进一步的提升。

参考文献：

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[2]王宝利.变频调速技术在电气自动化控制中的运用探究[J].科技创新导报，2017，14（27）：3-4.

[3]付连江.变频调速技术在工业电气自动化控制中的运用探究[J].化工管理，2017（05）：87.

（作者单位：聊城润达水业有限公司）