变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的应用研究

邓建旺

摘  要：现代工业单位早已实现了电气自动化运行模式，其通过电控方式，使电气设备自动运作，而电气设备的运作，并不会永远维持一个水平，其频率与速度需要根据实际工作需求来变化，这一点也需要在自动化运行模式中来体现。在此前提下，工业单位就可以使用变频调速技术，对工业电气自动化控制进行优化，实现电气设备频率、速度自动变化。该文为了了解变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用，将展开相关分析工作。

关键词：变频调速技术  工业电气自动化控制  应用

中图分类号：TM921.51     文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）10（a）-0017-02

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。

1  谐波危害及变频调速技术分析

1.1 谐波危害分析

谐波危害常发生在容量较小的电力系统当中，但此类电力系统最为常见，所以我们要重视谐波危害现象。具体来说，在谐波条件下，会导致供电线路电能损失量大幅度增加，即供电线路在电能传输过程当中会产生肌肤效应以及临近效应，此时如果谐波进入线路，就会增加线路的电阻频率，说明电能损失增加。此外，谐波危害与普通配电存在区别，即任何与工频频率不同的成分都属于谐波，而普通配电的有效分量就代表了工频频率，因为两者之间不兼容，所以一旦接触就会形成危害。

1.2 变频调速技术分析

变频调速技术是通过变频器，对电气设备的运作频率、速度进行调制的技术，例如调节设备振动频率、转速等。在此前提下，因为设备如果在长期应用当中，一直保持高频率与高转速，那么就代表设备内部的温度在逐渐上升，当温度达到一定水平，就可能烧毁元件，出现相应的故障现象，所以通过变频调速技术，可以有效避免这一点，使电气设备运作更加合理，降低此类事故的发生，由此说明变频调速技术在电气设备控制中的作用[1]。现代变频器主要采用脉冲来进行控制，而为了确保控制效果，要重视脉冲储量的选择，关于这一点，应当根据控制电机的额定电流、实际运行中的最大电流值来进行选择。此外，在谐波条件下，变频器需要得到调整，由此可以适当降低谐波，如果“症状”较轻可以直接消除，在具体方法上，该文建议先测得谐波具体表现，随后检查变频器接地，如果发现问题则进行调整，使系统有效地抑制外来干扰，或者适当缩短线路长度，由此避免线路交叉。综上，可以起到一定的治理效果。

2  变频调速技术自动运作结构

2.1 硬件结构

在普遍案例上，当前变频调速技术的硬件结构核心在于变频器。常用的变频器大致分为三类，即独立式变频器、公共直流母线式变频器和带能量回馈单元变频器，各变频器特点如下。

（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]。

（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。

2.2 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，所以需要预设邏辑数量较多，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。

3  变频调速技术的应用表现

3.1 优化运作模式

综合上述软件结构分析可见，自动控制系统的终端具备状态识别功能，而其识别目标就是电信号，此类信号由自适应电动机模型单元实现。自适应电动机模型单元即为传感器、控制电路的集成单元（电控单元），其原理见上述分析，此处不多加赘述，而在应用当中，通过自适应电动机模型单元，电气设备的状态判断依据为数字化形式，相应代表判断准确度提高。在此前提下，可以取代很多以往需要人工操作的部分，例如，电气状态诊断自动化等，说明其应用可减低人工负担、提高运作精度[3]。

3.2 等速区间超速控制

等速区间常见于电气拉动设备，即所有电气拉动设备的速度必须保持一致，但在设备本身的运作条件下，因为负荷等因素的影响，不同设备的运作速度会发生变化，相应可能出现超速现象，此时为了避免设备故障，通过变频调速技术的自动化运行，可以提供控制效果。具体来说，在变频调速自动应用读高中，其根据设备运行情况，可以判断设备当中是否存在过载、超速等情况，如果存在则自动运行控制，尝试通过频率调节来控制速度，而如果无法成功，则会激发终端预警功能。此外，为了避免误动等现象，人工在预设逻辑设置时，套重点注意预设逻辑是否合理，对此该文根据普遍案例，建议将逻辑标准值设置在15%以下，但如果实际情况特殊，可以进行调整。

4  结语

综上，该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研究，通过分析得到结论：对变频调速技术的基本原理以及早期应用进行概述;针对自动运作下，变频调速技术的结构进行了介绍，了解其硬件、软件的设计方法;结合普遍案例，对变频调速技术的应用表现进行了介绍，主要了解此项技术自动运作条件下的能效表现以及运作原理。变频调速技术自動运作有利于工业生产，具有良好的推广价值。

参考文献

[1] 康彦婷，李柏霖.电机拖动中变频调速技术的实际应用分析[J].中国新技术新产品，2014（20）：19.

[2] 罗洪福.浅谈变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].科技风，2014（7）：104.

[3] 翟弘毅，路林吉.变频调速技术的原理及应用[J].电子测试，2016，27（5）：112.