变频调速技术在电气自动化控制中的应用解析

刘振宇

摘要：变频调速技术是一种新的技术，具有多方面的优势，满足了电气自动化控制的需要，其应用效果良好。本文对变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的应用进行了分析和探讨。

关键词：变频调速 电气自动化控制 应用

中图分类号：F407文献标识码： A

1 变频调速技术概述

1） 变频调速技术的产生及发展。变频调速技术是随着技术研究的深入和实际工作的需要而产生的，最早出现在上个世纪80 年代，自该技术产生以来，在工业领域得到应用，并且其应用范围不断扩大，其性能也得到不断的提升，对整个工业生产领域产生重要影响。

2） 变频调速技术的主要组成部件。变频调速技术的组成部件主要包括以下几个部分，每个部分发挥应有的功能，对工业生产产生着重要作用。

a.自适应电动机模型单元。该单元是不可缺少的重要组成部件，在具体应用过程中，它的主要作用是检测输入电动机的电压和电流，以达到识别电动机基本参数的目的。就该电动机模型来说，它具有着重要的作用，是进行转矩直接控制的关键单元。

b.脉冲优化选择器。具体应用时可选用CycloneIIEP2C5Q 208C8芯片处理信息，选择完成之后，设计O FDM 调制方式的信号源，并编写5个模块组成的电路，分别实现不同的功能，主要包括星座映射、FFT、插入循环前缀、缓冲模块、D /A 功能。为了验证这些模块的功能，通过O FD M 信号源进行仿真验证。当上述工作完成之后，接下来进行最后一项任务，设计完成 O FDM 信号源，具体工作包括软件仿真和FPGA 硬件验证。

c.转矩和磁通比较器。这两类比较器的作用是将反馈值与参考值分别进行对比，并且每20m s 比较一次。比较完成后，通过滞环调节器输出转矩或者磁场状态，从而能够及时掌握转矩状态和磁场状态，为采取相应的措施提供依据。

3） 变频调速技术的特征。

变频调速技术是为了满足工业生产的需要，并且通过多年的研发而成，因而具有自身显著的特征，对整个工业领域的运行发展有着重要意义。变频调速器所有的CycloneII器件都运用300m m 晶圆，制造的时候采用 TSM C90nm、低K 工艺，从而不仅制造速度快，还能够达到节约成本，降低造价的目的。该技术在设计的时候，还使用了最小化的硅区，在支持复杂的数字系统当中，只需要使用一个芯片即可。这样既能够满足使用要求，还可以降低成本，其成本仅相当于使用一个专用集成电路的成本。对高性能通用变频器来说，它的主要目的是为了满足不同工程的需要，其中，硬件结构主要包括：独立式变频器、公共直流母线式变频器、带能量回馈单元变频器。而在独立式变频器中，能够将整流单元和逆变单元放在一个机壳内，该技术在具体应用中较为广泛，并且效果良好。

目前，变频器主要是应用在交流电动机（异步电动机、同步电动机）的转速的调节方面，是目前为止公认的最有前途的交流电动机调速的方案。变频器在具有优秀的调速性能外，还具有显著的节能作用。在中国是在20世纪80年代所引进的，随之在我国节能的应用方面，变频器成为了很重要的节能自动化设备，得到了迅速的发展与大范围的应用。变频器在生产之初是在对速度进行调控方面来发挥作用的，我国目前将这种调节速度的功能应用在节能的功能上，并且取得了一些成效。我国每一年的电力消耗中，有60%～70%是动力电，在总容量5.8亿的电动机中，变频控制的电动机设备只2000万千瓦，所以，我国提倡节能降耗的同时也非常注重发展变频调速技术的发展。变频调速技术使电动机在节能的转速形式下运行，并且在一定程度上对电动机的转速控制精度进行提高。

2 变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用

从上面的介绍可以得知，变频调速技术具有多方面的优势和特征，为了让人们对其在工业电气自动化控制中的应用有更为全面的了解，下面将通过具体实例进行介绍。

1） 在工业电气自动化控制中的应用。选择的工程实例为：变频调速技术在数控机床节能改造工程的应用。

a.工程概述。某数控机床主驱动功率为50kW，速度为16000r/m in，由于数控机床对电能的消耗量比较大，在以前的实际运用中，为了降低能耗，提高效益，尝试采用工频运行的方式，尽管能够取得一定的效果，但存在不足之处。针对这种情况，决定采用变频调速技术对其进行节能改造，以降低数控机床的电能消耗，提高机械加工效益。

b.方案的确定。齿轮变速式主轴速度最多有30 段可以供选择，难以实现精细的恒线速度控制，并且系统有时候会出现相应的故障，对离合器进行定期的维修。

2） 在工业电气自动化控制中的应用效果。在上述数控机床主轴改造中，通过采用变频调速技术取得良好的效果，能够显著节省费用。经过变频调速技术改造后，在调速范围、速度精度、定位功能、机械结构简化等方面都有明显的效果。机械结构得以简化，节约了金属材料；数控机床的操作变得更为简单，有利于降低机床的维护费用；数控机床的控制范围增大，控制精度提高，增强了电机的控制效率。

3 变频调速在矿井自动化控制中的运行

电气设备的负载程度决定了变频调速的节能效果。以下以矿井提升机为例子，在矿井提升机的电控系统中拥有着多种保护，如：过卷、松绳、超速、低速，对这些都在时刻的进行着保护，在提升机运行的过程中，这些保护会对提升机的安全进行着监视，当提升机运行中不正常的情况发生时，就会立刻发出警报的信号并且实施紧急的制动措施，以确保提升机运作的安全。

3.1 深度指示器的保护失效

矿井提升机在运作的过程中其包含的多重保护是以提升机的运作行程作为主要依据的，深度指示器起着至关重要的作用，一旦它失效会导致多种保护随之失效，所以，对深度指示器在设计的时候，一定要设计失效保护。

3.2 等速段超速进行保护

等速段超速度保护在提升的系统中是速度检测机构对提升机速度进行测量的 依据，当提升机的速度超出额定 15% 的速度时，继电器的动作慢于安全回路的速度，则会将安全回路断开，并实施紧急的制动措施。由于在等速段内提升机有着较高的运行速度，在进行紧急制动实施时，会产生冲击危害，所以等速段保护在设定的时候，应该分两个阶段：当速度超过额定运作速度的 10%，系统需要发出声光报警信号，提醒司机实施制动措施；当速递恢复正常运作速递时，系统自动解除报警讯号，恢复正常工作。这样的保护设定，可以将紧急制动造成的伤害降到最低。

3.3 减速段超速进行保护

减速段在提升机整体的运行过程中是最重要的阶段，同时，在减速点之后也是提升机事故的多发点。从减速点开始就是提升机能否安全的到达所指定的停车位置的关键时期，按照规定在减速点进行减速是极其重要的。PLC 将对提升容器的运行速度不断的进行采样，并将所采集的速度同规定的速度进行差值对比，一旦采集的速度超过规定的速度，PCC 控制系统就会自动的发出警报，并对提升机实施安全制动措施。

4 结束语

变频调速是每个厂家设备的改造与产品的生产都会需要的新产品、新技术，有了变频调速就可以改造系统进一步节能降耗。在今后的变频器设计上还需要对其不断的完善与优化，更好的提升它本身的性能，来发挥着显著的节能效果，并达到改善工艺条件的目的。今后在工业电气自动化控制中值得推广和运用，以取得更好的节能效果，提高工业生产效益。

[参考文献]

[1] 张丽峰.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的运行[J].科技风,2013.

[2] 黄仁勇.浅谈变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].电源技术应用,2013.