变频器在电力拖动与自动控制中的应用

凌帅勇

摘要：我国在社会、经济、科技等领域取得了长足的发展，其中最显著的是社会信息化。同时，我国也在大力推进高科技产业的发展，以提升产业的效率和效益。在现代，高科技的发展和发展中，变频技术日趋成熟。本文着重介绍了变频调速系统在电力拖动及自动控制中的应用，并对变频调速技术的发展背景、发展状况进行了阐述。

关键词：变频器;信息化;变频调速系统;自动控制

引言：随着电力电子技术的发展和发展，当前的交流变频技术已经能够与直流技术相抗衡。变频调速技术由于其速度快、节能效果好等特点而被广泛采用。该系统在效率、范围、精度等方面均有较大的优越性。在实际应用中，它是最常用的调频方法。近年来，逆变器的控制技术发展很快，尤其是采用“矢量控制”技术和滑动补偿技术，极大地改善了逆变系统的实际性能。

1.变频器的作用及工作原理

该变频调速器能够将工作频率转换成不同频率的交流电源，从而确保了变速电动机的工作性能。变频调速器的功能主要有两个，它的直接功能是调整电动机的电压和频率，使得电动机的转速可以在一个特定的区间内任意调整。间接效应的主要表现为节电节流，提高了生产的自动化程度。节能节电主要体现在采用變频调速，对风机、水泵等装置的输入输出流量进行合理调整，既满足了电动机的诸多基本需求，又可减少能耗。变频器的工作原理是把调频调压后的功率经主回路供给到各副电路。主路电路有电压型和电流型，变压型是把直流电源转换成AC，而电流式是把直流电源转换成AC的频率转换。该变频器主要包括三个部件：整流器、平波回路、逆变器，该整流器将工作频率转换成DC，并将DC电压在变流器和逆变器中所引起的电压变化称作平波回路，而逆变器则是把DC电源变成交流电源的地方。

2.变频器功能现状

变频调速是异步电机的简称，它是指通过调整电机的电压、频率来改变转动磁场的速度，从而改变电机的速度。由于变频器具有节能特性，因此，若要改变电机的负荷和压力，就会直接影响电机的转速，从而达到目的，但同时也会导致输入电压、电流、速度的下降，因此，能量的累计效果是三次方。因此，设备的节电效果十分显著。对大型驱动设备及大型风机、水泵采用变频调速，能够较为有效的节约能源。另外，采用变频技术可以使电动机的起动平稳，从而大幅度地减小电动机的起动电流，延长电动机和有关的电器设备的寿命，并能使电动机在起动时对电网造成损害，因而，实现变频调速的优点是多方面的。随着现代科技的飞速发展，越来越多的品牌产品出现了过热、过流、短路、欠电压、过电压、主动负保护等问题，而变频器等品牌也开始采用多通道模拟、数字输入、输出接口，并由电脑接口和PID编程进行控制。在节能控制方面，变频调速系统的节能作用体现在风机、水泵等设备中。不同的生产机械在运转时，总会有一定的剩余，以确保其生产的可靠性。当电动机满载时，在保证基本动力的前提下，也会产生多余的转矩，从而增大了功耗，造成了电能的浪费。传统的风机、水泵等调速装置，都是靠调整挡板的进、出口和阀门来完成的，但在使用隔板时，阀门的关闭会造成很大的能量消耗。在采用变频调速时，若有必要减少流量需求，可采用减慢泵、风扇的速度。

3.变频器在电力拖动中的应用

根据我国的现代工业发展趋势，在大型生产过程中，核心设备的工作状况会影响到产品的使用寿命、质量、产量等，而作为工业发展的重要动力，电动机牵引系统的工作状况是决定整个生产过程的重要因素。上世纪70年代和80年代，国内的工业生产大多采用直流电动机，但由于对环境的要求比较高，在恶劣的生产条件下，直流电动机的碳刷等部件会受到很大的损坏，导致其在低速工况下的工作状态非常不稳定。环境因素对直流电动机的工作有很大的影响。20世纪90年代，变频调速控制技术逐步替代了直流电动机。变频调速具有高效率，宽范围，高精度的优点。这是一种最广泛、最有发展潜力的电力牵引系统。在风机、泵、恒压供水等方面，变频技术得到了广泛的应用。随着功率电子技术的不断发展，尤其是在微机电路领域，交流电动机的变频调速技术正朝着高频、数字化、智能化方向发展。在很多方面，交流调速都会代替直流调速。随着装备生产技术的进步，新的控制装置的出现，现代的控制理论正逐步扩展到通信领域。在很多方面，交流调速都会代替直流调速。

4.变频器在自动控制中的应用

变频调速系统在自动化领域得到了广泛的应用，不同的设备在使用时，其运行方式也不尽相同。但是，总体上讲，原理和结果是相同的。自动控制变频器在锅炉自动控制系统时，主要用于冬季供暖，以提高燃油利用率，保证热能的高效供应，并在某种程度上降低了成本。风机的工作特性与水泵类似，风压与频率、转速的平方成正比，功率与频率、转速的立方成正比。在风机变频调速的过程中，由于避免了风机的节流损失。节电显著。

5.变频器中应用PLC自动控制系统

为了使PLC的自动控制系统更好地发挥其功能，必须把PLC的自动控制系统和变频调速装置进行有效的联接，同时采用网络通讯或者I/O终端连接。网络通讯方法有ProfibusDP、profinet等。I/O端子有两种连接方式：模拟和数字接口。由于PLC的控制系统没有输入/输出接口，因此可以与变频调速装置中的模拟量子端口相连接，实现了PLC控制系统在变频调速中的应用。同时，若PLC控制系统中有一个或多个输入/输出端口，则可以将输入/输出与频率转换器的接口相连接，实现PLC的自动控制。采用I/O接口，可以实现PLC自动控制技术在变频调速系统中的应用。此外，变频调速频率与端口数目呈正比，也就是终端数目越多，预置频率就越高。

结束语

从以上的介绍中可以看出，变频调速技术在国内的工业生产和自动化领域有着举足轻重的地位，所以政府和社会都要大力的扶持变频调速技术，以此来促进我国的经济发展，为整个社会的发展奠定坚实的基础。

参考文献

[1]齐艳波，宋如武.变频器在钢铁厂电力拖动中的应用[J].变频器世界，2005（5）：2.