工业电气自动化控制中变频调速技术的应用

工业电气自动化控制中变频调速技术的应用

乔亮

中铁九局集团有限公司勘察设计院 辽宁沈阳 110015

摘要：在变频调速技术出现之前，工业电气自动化运作模式就已经实现，但早期运作当中，自动化控制系统的运作机制相对简单，即依照统一逻辑，对电气设备进行启停控制，这种模式在实际工作，主要可以起到合理调配电气设备运作时间，降低设备故障率的作用，但单纯的启停控制机制，会影响到工业单位的产能水平，由此可见早期自动化控制存在缺陷。那么在现代技术背景下，有学者提出了变频调速技术在自动化控制当中的应用，在启停控制机制上进行细化，尽可能保障“产能相对最大化”，同时兼顾降低故障率的能效。

关键词：工业电气；自动化控制；变频调速技术

一、变频调速技术的应用原理

1、变频调速节能

根据电机运行原理得到转速与流量的一次方成正比关系，而功率和转速的立方也呈现出正比关系，当电机的运行效率一定时，如果降低调节流量，则转速也会按一定比例下降，此时功率与其呈立方关系降低。

2、功率因数补偿

功率较低会使得电气设备出现发热的情况，甚至增加线损。电气自动化系统在功率因数降低时，有功功率也会随之减少，则电能的损耗增大，设备的使用效能降低，带来严重的资源浪费，不利于节省经济成本，装置变频调速器则能最大程度地调整功率因数，减少无功损耗。

3、软启动节能

自动化电气的启动方法一般为Y/D或直接启动，启动时的电流等同于额定电流的5倍左右，这就需要设备具有较高的电容量，这也容易导致电机设备的使用寿命缩短。变频器基于软启动的条件极大地降低了启动电流，不再需要较高的电容量，减轻了电网冲击，延长了设备寿命。就通用变频器而言，内部的控制系统难以满足自动化控制需求。为了便于电动机在短时间内实现停机或减速命令，变频器调速技术能够逐步减少输出频率，降低转速，进而降低电动机的消耗功率。在电机减速的同时，转子电流相位相反，导致电动机产生相应的制动转矩。就大中型容量变频器而言，为了达到节能减耗的目的，需要利用电源再生单元，实现能量的回馈；对于小型容量的变频器来说，就需要通过制动电路，消耗电动机的反馈能量。在探讨自动化技术的过程中，变频调速技术已经受到越来越多人的重视。不断完善变频调速技术，发挥其优势作用，是促进我国工业生产的有效途径，同时还能保障电动机的正常运转。

二、变频调速技术自动运作结构

1、硬件结构

（1）独立式变频器

独立式变频器是一种将整流单元与逆变单元放于同一容器当中，随后将容器与控制设备相接即可，在应用当中，独立式变频器可以将电气设备的工频电源进行频率转化，且将工频电流变成交流电，由此借助交流电频率，实现对电气设备的控制。由此可见，独立式变频器的应用方式相对简便，所以在工业单位当中的应用率最高，但是这种变频器的缺陷在于：每台独立式变频器只能控制一台电气设备，且功能上只能够对设备运作速度进行控制，起到负载控制效果。

（2）公共直流母线式变频器

公共直流母线式变频器是一种作用于多电气设备传动系统当中，对多台电气设备进行控制的变频器，其采用单独的整流、回馈装置，使控制系统中产生带功率的直流电，随后将该变频器与传动系统的直流母线连接，此时变频器就具备吸收母线内直流电、增强母线直流电的能力，所以在控制当中，对该变频器的整流、回馈装置进行操作，可以实现电流削弱或增强，相应使电气设备的运作频率变化。由此可见，公共直流母线式变频器应用方法相对复杂，所以应用率相对较少，但其功能性表现良好，适用于大型工业当中。

（3）带能量回馈单元变频器

带能量回馈单元变频器是一种作用于电气设备调速系统当中的变频器，其与上述两种变频器之间存在较大区别，即带能量回馈单元变频器分为带能量回馈单元、变频器两个结构，这两个结构相互独立，但又保持着联系。在运作原理上，首先将变频器结构与电气设备的发电电源相连，此时在发电条件下，受负载转动惯量影响，电气设备与变频器会同时运转，但在短时间之内电机的转速会大于变频器，代表电机内部存在多余的电能，这些电能会被变频器吸收，所以变频器内的电压会迅速上涨，容易对设备造成温度影响，而随后通过带能量回馈单元，其可以获取变频器当中的直流母线电压，并通过逆变效应将直流电压转化为交流电压，再通过多重噪声滤波环节，将交流电电能反馈到发电网当中，相应就消耗掉了电能。由此可见，带能量回馈单元变频器的应用步骤相对复杂，但具有良好的节能效果，在实际应用当中同样受到青睐。

2、软件结构

软件结构是实现变频调速技术自动运作的关键，其具有远程操控、预设逻辑、功能服务等特点。具体来说，变频调速技术自动运作的软件结构当中，首先需要采用电控单元对变频器进行控制，电控单元通常由传感器、控制电路组成，原理上传感器可以获取电气设备的当前状态，随后将状态实时发送到终端处，其次终端依照自动逻辑，识别设备当前状态，且以人工预设的要求为基准，对状态好坏进行判断，判断完成之后，将对控制电路发出信号，使变频器依照逻辑要求运作；预设逻辑方面，是指人工在终端处依照工作要求设置的运作机制，即面对不同条件，终端将自动发出相应的指令，而在先进理论当中，因为实际工作要求由很多，所以需要预设逻辑数量较多，那么为了方便选择，可以通过封装技术将各个逻辑机制打包形成应用程序，实现软件化应用。

三、变频调速技术在工业电气自动化控制中的实践应用

1、矿井指示器保护

众所周知，煤矿井下的环境极为繁杂，需依靠多重保护机制保护工作中的电气提升设备，为电气设备良好运行予以支撑。此间，电子设备深度指示器极为重要，就煤矿井下作业期间，如果指示器难以体现效用，便会对整体电气设备系统产生不良干扰，导致系统无法正常运行。而目前，可将变频调速技术予以利用，经由调节变频设备，对深度指示器有效检查，且启动工作电机，对周期内编码脉冲实时叠加处理，将编码器和器脉冲加以比较，将其为依据对设备可否良好运转予以判定。若对比前后数据没有较大出入，说明深度指示器具有缺陷，应立刻检修变频设备，确保检修率契合标准。

2、等速区间超速控制保护

电机拉动设备的运用较为频繁，位于等速区间运转，应基于变频调速技术加以保护。它的优势即可以针对电机拉动设备超载、超速等现象进行预警，监控机械设备可否对提升设备运行速度加以控制。一般而言，电机拉动设备工作速率往往不超过设备运行的15%，如果在此数值以上，变频系统设备运行速度将有所下降，将系统安全回路进行隔开，基于紧急制动设备控制设备运行速度，并对设备超载现象作出预警，并对设备运行速度有效控制，让其不超过10%，经由此对区间超速以及超载情况加以控制。

3、减速区段低速控制保护

变频调速技术适用于工业电气自动化控制时，减速区间控制至关重要，可改善设备稳定控制效果。如果系统减速到设备临界点，便应及时选择相应控制保护举措。同步选择变频、PLC设备，把两者有效结合，监控速度，落实取样工作。并对数据值、安全设定值等有效核对，以此保证减速区段系统没有问题。如果速度与这一范围不符，可面向系统中心作出安全警告，从而实时控制设备运行，以此保证系统减速控制调节效用得以体现。

结束语

当前电气自动控制中的变频调速技术应用非常广泛，合理应用此项技术能够有效维护电机设备和操作系统。在实践中，技术人员要深入研究此技术的应用原理，了解此技术在自动化控制中的应用效果，并提出系列保护措施，避免人为破坏或机械故障，全面监督电气系统始终维持在正常工作状态，为促进工业技术的发展提供条件。

参考文献

[1]林泽武.变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用研究[J].科技尚品,2016(01).

[2]高珍珍.工业电气自动化控制中变频调速技术的应用分析[J].南方农机,2018(23).