變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用解析

劉振宇

摘要：變頻調速技術是一種新的技術，具有多方面的優勢，滿足了電氣自動化控制的需要，其應用效果良好。本文對變頻調速技術及其在工業電氣自動化控制中的應用進行了分析和探討。

關鍵詞：變頻調速 電氣自動化控制 應用

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

1 變頻調速技術概述

1） 變頻調速技術的產生及發展。變頻調速技術是隨著技術研究的深入和實際工作的需要而產生的，最早出現在上個世紀80 年代，自該技術產生以來，在工業領域得到應用，并且其應用范圍不斷擴大，其性能也得到不斷的提升，對整個工業生產領域產生重要影響。

2） 變頻調速技術的主要組成部件。變頻調速技術的組成部件主要包括以下幾個部分，每個部分發揮應有的功能，對工業生產產生著重要作用。

a.自適應電動機模型單元。該單元是不可缺少的重要組成部件，在具體應用過程中，它的主要作用是檢測輸入電動機的電壓和電流，以達到識別電動機基本參數的目的。就該電動機模型來說，它具有著重要的作用，是進行轉矩直接控制的關鍵單元。

b.脈沖優化選擇器。具體應用時可選用CycloneIIEP2C5Q 208C8芯片處理信息，選擇完成之后，設計O FDM 調制方式的信號源，并編寫5個模塊組成的電路，分別實現不同的功能，主要包括星座映射、FFT、插入循環前綴、緩沖模塊、D /A 功能。為了驗證這些模塊的功能，通過O FD M 信號源進行仿真驗證。當上述工作完成之后，接下來進行最后一項任務，設計完成 O FDM 信號源，具體工作包括軟件仿真和FPGA 硬件驗證。

c.轉矩和磁通比較器。這兩類比較器的作用是將反饋值與參考值分別進行對比，并且每20m s 比較一次。比較完成后，通過滯環調節器輸出轉矩或者磁場狀態，從而能夠及時掌握轉矩狀態和磁場狀態，為采取相應的措施提供依據。

3） 變頻調速技術的特征。

變頻調速技術是為了滿足工業生產的需要，并且通過多年的研發而成，因而具有自身顯著的特征，對整個工業領域的運行發展有著重要意義。變頻調速器所有的CycloneII器件都運用300m m 晶圓，制造的時候采用 TSM C90nm、低K 工藝，從而不僅制造速度快，還能夠達到節約成本，降低造價的目的。該技術在設計的時候，還使用了最小化的硅區，在支持復雜的數字系統當中，只需要使用一個芯片即可。這樣既能夠滿足使用要求，還可以降低成本，其成本僅相當于使用一個專用集成電路的成本。對高性能通用變頻器來說，它的主要目的是為了滿足不同工程的需要，其中，硬件結構主要包括：獨立式變頻器、公共直流母線式變頻器、帶能量回饋單元變頻器。而在獨立式變頻器中，能夠將整流單元和逆變單元放在一個機殼內，該技術在具體應用中較為廣泛，并且效果良好。

目前，變頻器主要是應用在交流電動機（異步電動機、同步電動機）的轉速的調節方面，是目前為止公認的最有前途的交流電動機調速的方案。變頻器在具有優秀的調速性能外，還具有顯著的節能作用。在中國是在20世紀80年代所引進的，隨之在我國節能的應用方面，變頻器成為了很重要的節能自動化設備，得到了迅速的發展與大范圍的應用。變頻器在生產之初是在對速度進行調控方面來發揮作用的，我國目前將這種調節速度的功能應用在節能的功能上，并且取得了一些成效。我國每一年的電力消耗中，有60%～70%是動力電，在總容量5.8億的電動機中，變頻控制的電動機設備只2000萬千瓦，所以，我國提倡節能降耗的同時也非常注重發展變頻調速技術的發展。變頻調速技術使電動機在節能的轉速形式下運行，并且在一定程度上對電動機的轉速控制精度進行提高。

2 變頻調速技術在工業電氣自動化控制中的應用

從上面的介紹可以得知，變頻調速技術具有多方面的優勢和特征，為了讓人們對其在工業電氣自動化控制中的應用有更為全面的了解，下面將通過具體實例進行介紹。

1） 在工業電氣自動化控制中的應用。選擇的工程實例為：變頻調速技術在數控機床節能改造工程的應用。

a.工程概述。某數控機床主驅動功率為50kW，速度為16000r/m in，由于數控機床對電能的消耗量比較大，在以前的實際運用中，為了降低能耗，提高效益，嘗試采用工頻運行的方式，盡管能夠取得一定的效果，但存在不足之處。針對這種情況，決定采用變頻調速技術對其進行節能改造，以降低數控機床的電能消耗，提高機械加工效益。

b.方案的確定。齒輪變速式主軸速度最多有30 段可以供選擇，難以實現精細的恒線速度控制，并且系統有時候會出現相應的故障，對離合器進行定期的維修。

2） 在工業電氣自動化控制中的應用效果。在上述數控機床主軸改造中，通過采用變頻調速技術取得良好的效果，能夠顯著節省費用。經過變頻調速技術改造后，在調速范圍、速度精度、定位功能、機械結構簡化等方面都有明顯的效果。機械結構得以簡化，節約了金屬材料；數控機床的操作變得更為簡單，有利于降低機床的維護費用；數控機床的控制范圍增大，控制精度提高，增強了電機的控制效率。

3 變頻調速在礦井自動化控制中的運行

電氣設備的負載程度決定了變頻調速的節能效果。以下以礦井提升機為例子，在礦井提升機的電控系統中擁有著多種保護，如：過卷、松繩、超速、低速，對這些都在時刻的進行著保護，在提升機運行的過程中，這些保護會對提升機的安全進行著監視，當提升機運行中不正常的情況發生時，就會立刻發出警報的信號并且實施緊急的制動措施，以確保提升機運作的安全。

3.1 深度指示器的保護失效

礦井提升機在運作的過程中其包含的多重保護是以提升機的運作行程作為主要依據的，深度指示器起著至關重要的作用，一旦它失效會導致多種保護隨之失效，所以，對深度指示器在設計的時候，一定要設計失效保護。

3.2 等速段超速進行保護

等速段超速度保護在提升的系統中是速度檢測機構對提升機速度進行測量的 依據，當提升機的速度超出額定 15% 的速度時，繼電器的動作慢于安全回路的速度，則會將安全回路斷開，并實施緊急的制動措施。由于在等速段內提升機有著較高的運行速度，在進行緊急制動實施時，會產生沖擊危害，所以等速段保護在設定的時候，應該分兩個階段：當速度超過額定運作速度的 10%，系統需要發出聲光報警信號，提醒司機實施制動措施；當速遞恢復正常運作速遞時，系統自動解除報警訊號，恢復正常工作。這樣的保護設定，可以將緊急制動造成的傷害降到最低。

3.3 減速段超速進行保護

減速段在提升機整體的運行過程中是最重要的階段，同時，在減速點之后也是提升機事故的多發點。從減速點開始就是提升機能否安全的到達所指定的停車位置的關鍵時期，按照規定在減速點進行減速是極其重要的。PLC 將對提升容器的運行速度不斷的進行采樣，并將所采集的速度同規定的速度進行差值對比，一旦采集的速度超過規定的速度，PCC 控制系統就會自動的發出警報，并對提升機實施安全制動措施。

4 結束語

變頻調速是每個廠家設備的改造與產品的生產都會需要的新產品、新技術，有了變頻調速就可以改造系統進一步節能降耗。在今后的變頻器設計上還需要對其不斷的完善與優化，更好的提升它本身的性能，來發揮著顯著的節能效果，并達到改善工藝條件的目的。今后在工業電氣自動化控制中值得推廣和運用，以取得更好的節能效果，提高工業生產效益。

[參考文獻]

[1] 張麗峰.變頻調速技術及其在工業電氣自動化控制中的運行[J].科技風,2013.

[2] 黃仁勇.淺談變頻調速技術在電氣自動化控制中的應用[J].電源技術應用,2013.