变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的运用分析

变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的运用分析

陈忠旭

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摘要：电气自动化控制是我国工业生产中的一项关键技术，深入研究该技术的应用，有利于提高我国工业生产设备的自动化控制水平。结合实际生产需求和应用场景，采用变频调速技术进行工业生产设备电气自动化控制系统的改造和升级，充分发挥其在降低设备生产成本、提高设备生产效率、提升设备工作性能、优化设备传动性能等方面的优势，有利于全面提升我国工业的综合竞争力，推动我国工业的自动化、智能化发展。

关键词：变频调速技术；工业电气；自动化控制；概述与优势；技术运用

引言：近年来，随着科技的发展和进步，我国工业发展迎来了机遇，也面临着挑战。工业生产领域中自动化控制技术的应用是实现工业转型和升级的关键，尤其是变频调速技术在降低设备生产成本、提高设备生产效率、提升设备工作性能、优化设备传动性能等方面有着显著的优势。应用变频调速技术进行工业生产设备电气自动化控制系统的改造和升级，不但能够解决传统生产模式中存在的问题和弊端，还能有效提升企业生产效率和经济效益，在提升我国工业综合竞争力的同时，也符合我国工业绿色环保、节能高效发展的理念。

1、变频调速技术概述与应用优势

1.1技术概述

变频调速技术应用部件主要包含自适应电机模型，是变频调速技术应用过程的核心；旋转力矩和磁通比较器，结合比较反馈值，通过调节器反馈扭矩和磁场的真实位置加以控制；优化脉冲选择器，有效控制处理芯片。

1.2技术应用优势

变频调速技术在工业电气自动化控制系统中的应用十分广泛，涉及机械、化工、电力、造纸、医药、矿产开发等领域，体现出以下优势。一是经济效益明显，应用该技术进行机械设备的改造和升级，能有效提升设备的综合性能。例如在机械加工领域、造纸领域，利用其完成电机的高速和多段速调节，可有效降低能耗，提高生产效率和生产质量。二是操作简便适用性强，随着工业电气自动化技术的普及，变频调速技术表现出很强的适应性，通过参数计算和模拟运行，可适用于各种类型电气系统和机械系统中的电机，操作十分简便。三是节能环保可延长设备使用寿命。例如电力行业中传统的直接启动法，启动的瞬时电流和电压很容易对电源动力系统造成损坏，影响电机的使用寿命。使用变频调速技术控制电机的输出频率，将直接启动优化为软启动，可有效保护设备，减少能源消耗，实现绿色生产、环保生产。

1.3应用特点

1）变频调速节能。在变频调速技术的应用中，装置的速度与能耗成正比，功率与立方速度成正比。根据计算公式，设备的总效率保持不变。当流量减少时，速度降低，功率和其他功率之间的立方关系整体减小。2）功率因数补偿。设备总功率低时，出现电气设备加热问题和电路故障。当电气自动化功率降低时，相应的功率降低，整体效率下降，耗电时间增加。变频调速设备可有效调节设备功率，达到补偿系数，减少不必要的能量损失。3）软启动节能。电气自动装置启动时，启动电流通常是额定电流的5倍。常规变频调速设备中通常无法满足自动化要求，主要是因为此类设备用于变频调速的控制系数较低。变频调速技术可减少软启动过程中的电流损失，设备不需要高功率，可在短时间内有效停车或减速发动机，降低电流性能，降低设备整体转速。

2、变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的运用

2.1深度指示器

深度指示器是矿井提升设备中的重要部件，通过调整电机频率控制提升设备位置、发出减速信号、实现过卷保护、进行限速保护。目前国内的深度指示器有牌坊式和圆盘式两种类型，均是从主轴获取信号后推测提升装置的位置，存在数据不够精确、功能比较单一、占用空间大、可靠性不高、缺少自检功能等问题。在深度指示器中应用变频调速技术，可以实现对矿井提升装置电机工作状态的实时监测与调节。应用变频调速技术进行电气自动化控制系统自动监测和报警功能的升级，使系统能够通过编码器完成电机运行数据的记录，并根据记录实现对前后脉冲数据的对比和分析。

2.2电力系统

近年来，电力行业的发展呈现出节能化、高效化趋势，改造高能耗设备和升级电力系统，已成为技术改革的首要目标。电力行业的机组大部分都是由定速电动机拖动，可调节性较差，随着电子元器件的大规模普及，尤其是电力半导体的应用，传统的电力系统已无法满足现阶段的供电需求。应用变频调速技术进行电力系统的升级，桥式整流电路是首选，因为该电路结构无需装配无功补偿装置，可有效简化主电路和控制电路的结构，减小装置的体积，只需将输出模块串联即可降低高次谐波的影响，大幅度提升整个系统的动态特性，保持电机频率和电压之间的匹配，降低事故发生的概率，使系统始终处于稳定运行的状态。

2.3自适应控制系统

自适应是指生物通过改变自身习性以适应新环境的一种行为，自适应控制系统就是模拟生物的这种特性，实现对被控对象影响因素的控制，使其始终处于良好的工作状态。在电机自适应控制系统改造中，结合变频调速技术与现代自动控制技术的优势，可构建极具集成优势的电机自适应模型，完成对电机的电压电流实时测量，根据运行参数自动调节电机矩阵，使电机具备自动变速的功能，一方面提高了电机变频调速的效率，还能够直接改善调速的精确程度。

2.4稳定变频器应用

在实际应用过程中，变频器必需与电气设备相匹配，以确保合理生产。为了保证实际频率调节效果，满足电气调节的要求，必需确定电机的相关参数，不断完善自动电气设备的功能，确定其实际运行状态。电动机和转换器的连接和使用，使操作系统集中控制，不断改进各种工作要素，从而有效协调工作，提高生产水平。同时保护相应故障区域，实现设备和逆变器的一致应用。

2.5等速区间的超速控制保护应用

电动牵引设备通常使用相同速度的恒定间隔，受不同因素的影响可能改变实际速度甚至超速。其自动化必须通过频率调制技术控制以提高效率。频率调制器技术可将实际操作与自动设备故障定义结合。如在控制过程中未通过频率调制实现控制的最终目标，即可触发提示警报。

2.6农田灌溉系统

在农田灌溉系统中应用变频调速技术，可以优化灌溉系统中电机的工作效率，根据应用场景对电机的负载能力进行调整，结合渠道情况、前池水位、管道流速的情况控制抽水量，实现电机的平滑式启动，使系统轻载运行时可以低输出、重载运行时候可以科学调频，避免设备之间发生共振，减少设备运行发出的噪音，达到节能减耗的目的。

2.7减速区段的低速保护应用

用于低速制动控制的频率技术提高稳定性，保障安全系统的功能实现，降低了生产期间可能发生危险的可能性。同时，引入PLC和频率设备，可以控制减速带的性能，及时理解和分析不满足减速要求的时间间隔，确定问题和具体原因，制定适当的解决方案。

3、结束语

结合实际生产需求和应用场景，采用变频调速技术进行工业生产设备电气自动化控制系统的改造和升级，充分发掘其在不同生产领域的应用价值，发挥其在降低设备生产成本、提高设备生产效率、提升设备工作性能、优化设备传动性能等方面的优势，能有效提升企业的生产效率，减少资源浪费，提高企业的经济效益，全面提升我国工业的综合竞争力。

【参考文献】

[1]陈永青.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的应用研究[J].数码世界,2020(05):269.

[2]蒯申红.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的运用[J].科技风,2020(09):36.

[3]邓建旺.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的应用研究[J].科技资讯,2019,17(28):17-18.