变频器在电气自动化控制中的应用分析

尹璐 辽宁轻工职业学院

在工电气自动化控制中，应用变频器，不仅提高了控制质量，还提高了控制精度，再精简控制的同时还做到了节能环保。不仅降低相关设备的损耗程度，也降低了企业成本支出，提高了企业的经济效益。

一、变频技术概述

变频技术是将电信号频率按照控制的要求，通过具体的电路实现电信号频率变换的应用性技术。变频器是变频技术的应用装置，是运动控制系统中的功率变换器。变频器作为重要的功率变换部件，可为系统提供可控的高性能变压变频交流电源。变频器是可调速驱动系统的一种，是应用变频驱动技术改变交流电动机工作电压的频率和幅度，来平滑控制交流电动机速度及转矩，最常见的是输入及输出都是交流电的交流/交流转换器。

变频器的主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。

二、变频器的分类

（一）按输入电压等级分类

变频器按输入电压等级可分低压变频器和高压变频器，低压变频器国内常见的有单相220 V 变频器、三相220 V 变频器、三相380 V 变频器。高压变频器常见有6 kV、10 kV 变压器，控制方式一般是按高低一高变频器或高一高变频器方式进行变换的。

（二）按变换频率的方法分类

变频器按频率变换的方法分为交-交型变频器和交-直交型变频器。交-交型变频器可将工频交流电直接转换成频率、电压均可以控制的交流，故称直接式变频器。交直-交型变频器则是先把工频交流电通过整流装置转变成直流电，然后再把直流电变换成频率、电压均可以调节的交流电，故又称为间接型变频器。

（三）按直流电源的性质分类

在交-直-交型变频器中，按主电路电源变换成直流电源的过程中，直流电源的性质分为电压型变频器和电流型变频器。

三、变频器的选择

变频器的选择包括变频器控制方式的选择、容量的选择和变频器箱体结构的选择3个方面。变频器选择的基本原则是保证满足工艺流程的要求，尽可能节省资金。

（一）控制方式的选择

变频器控制方式的选择要根据负载的要求进行。对于风机、泵类等二次方律负载，在低速时负载转矩较小，通常可选择U/f 控制式通用变频器。变频器的选型应满足：变频器的电压等级应与驱动电动机的额定电压相符合；额定电流为所驱动电动机额定电流的1.1-1.5 倍；变频器的控制方式应与被驱动设备的负载特性相匹配。

（二）容量的选择

变频器的容量可以从3 个角度表述：额定电流、适用电动机功率和额定容量。其中后两项变频器生产厂家由本国或本公司生产的标准电动机给出，或随变频器输出电压等级的降低而降低，都很难确切地表达变频器的能力。在选择变频器时，只有变频器的额定电流是反映变频器负载能力的关键量。负载电流不得超过变频器额定电流是选择变频器容量的基本原则。而对于鼠笼式异步电动机，变频器的容量选择应以变频器的额定电流稍大于或等于电动机最大正常工作电流的1.1 倍为宜，以最大限度地节约资金。

在选用变频器时除了考虑技术性和可靠性外，还应考虑经济性，一般不要留有太大功率容量，变频器与电动机两者的功率相匹配，这样不但经济性强，输出的波形也很好。

（三）箱体结构的选用

变频器的箱体结构要与环境条件相适应，即必须考虑温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素，这些因素与变频器能否长期安全、可靠地运行有很大的关系。常见的变频器箱体结构类型由：敞开型IP00、封闭型IP20 和密闭型IP65。

四、变频器在电气自动化控制中的应用

利用变频器进行交流变频调速具有优异的调速和启、制动性能，以及高效率、高功率因数和明显的节能特性，已在社会生产的各领域中得到了广泛应用，主要又以下几个方面：

（一）节能方面

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

（二）工业自动化方面

随着控制技术的发展，变频器除了具有基本的调速控制之外，还具备了多种算术运算的智能控制功能，可使输出频率的控制精度高达0.1%-0.01%；变频器还具有完善的检测保护功能，因此在自动化控制系统中得到了广泛的应用。例如：化纤工业中的卷绕、拉伸、计量、导丝；玻璃工业中的平板玻璃退火炉、玻璃窑搅拌、拉边机；电弧炉自动加料、配料系统以及电梯的智能控制系统。

（三）工艺控制方面

变频器还广泛地应用于传达、起重、挤压和机床等各种机械设备的控制领域，可用来提高工艺水平和产品质量，减少设备冲击和噪声，延长设备使用寿命。采用变频器控制后，可以是3 机械设备简化，操作和控制更加方便，有的甚至可以改变原有工艺规范，从而提高整个设备的性能。例如：干法造纸生产系统、涂装输送系统、保温棉生产线。

五、结束语

到目前为止，变频器已经在工业制造、钢铁、有色冶金、油田、炼油、石化、化工、纺织印染、医药、造纸、卷烟、高层建筑、建材、家用电器、数控技术及机械寒夜等领域得到了广泛的应用，而且随着智能型、环保型变频器的出现，变频器的应用领域正在不断扩大。