变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用

徐丽蓉

摘要：变频调速技术具有功率因素高、调速性能好、节能效果明显等特征，能够充分满足工业电气自动化控制需要。

关键词：变频调速技术;工业电气自动化;控制;应用

变频调速技术是指为了满足现代化工业生产发展需要而出现的一种新型技术形式，变频调速技术的工作原理是通过调节电源输出频率来改变电机的转动速度，从而达到自动化变频调速的发展目的。本文主要对变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用作具体论述，希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

1 变频调速技术概述

变频调速技术的实现会涉及到以下几个部件：第一，自适应电动机模型单元。这个单元是变频调速技术中最为重要的零部件，使用过程中的主要功能是查看电动机的电压、电流等信息是否处于正常运行的状态，通过了解电流、电压参数能够帮助相关人员全面的掌握电动机的参数信息，为工业电气自动化后期工作提供有力支持。第二，转矩、磁通比较器。这两个比较器的应用作用是将反馈数值和参考数值进行综合比较，通过滞环调节器来输出转柜和磁场的状态信息，从而帮助相关人员更好的掌握转柜和磁场的运行状态。第三，脉冲优化选择器。脉冲优化选择器能够实现对芯片信息的有效处理，在处理完成之后设计调制信号源，同时编写五个模块组成的电路。

2 变频调速的优势

异步电动机采用变频调速，除了具有直流电动机所没有的优势外，还具有以下优点。1）具有较高的效率和功率因数。由于异步电动机在调速过程中总是运行在很小的转差率情况下，所以转差率小，即损耗小，因此效率较高。当转差率很小时，转子的等效电阻r很大，此时的转子回路基本呈电阻性的，因此功率因数cosφ变高。2）调速范围宽。变频调速的频率f可以在低于和高于工频电源频率的范围内调节，从几赫兹到几百赫兹，因此具有宽的调速范围。3）由于采用微机控制，变频调速系统开环运行时已具有相当高的精度，如采用速度闭环控制则可以获取更高的调速精度。目前常用的调速控制：改变磁极对数调速、变频调速、串级调速、定子调压调速、转子串电阻调速等，从调速性能来讲，变频调速是交流调速系统中比较理想的调速方法。

3 变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用分析

3.1 变频调速技术在确保传感器稳定运行中的应用

变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用之一是变频调速技术在确保传感器稳定运行中的应用。工业电气自动化系统的打造离不开传感器这一能够检测信号源物理装置的支持，同样，在传感器使用中也充分应用了变频调速技术。在传感器的作用下能够帮助相关人员更为全面的收集周围和机器操作相关的参数信息，从这些参数信息中提取自己所需要的转速信息，并将这些转速信息及时汇报个显示器，最终传递到工作人员的手中，为工作人员工作提供更为全面的数据信息支持。

3.2 变频器节能

变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用之二是变频器节能。在工业电气自动化控制过程中经常出现高水平低产出的情况，导致生产过程消耗大量的经济资源，使生产效率逐渐下降，所以提高工业电器自动控制体系的节能水平具有重要意义。运用变频调速技术可以提高体系的节能水平，在一定意义上，变频器是整个生产制造过程中的调节机制，所以一定要运用变频调速技术来保证电动机的运行状态，变频器与电动机一直处于相互对应的关系，从而确保科学合理运行，使生产制造过程中复合电压的耐受性不断提高。这一过程中为了使变频调速的应用效果越来越好，需要选择能够满足电机正常运行状态的配置电路，使自动化控制的功能逐渐完善，对运行体系做出统一的编程和控制，协调好二者的工作，形成高效率的工作体系。另一方面，为了实现自动化控制功能，还要在控制电路主板的基础上选择一致性的变压型逆变电路，配合好工业车间电路，实现故障全面保护的目标，确保工业生产设备与变频器之间灵活切换稳定运行。

3.3 变频调速技术在发电系统中的应用

变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用之三是变频调速技术在发电系统中的应用。在工业电气自动化系统运行的过程中往往依赖外部能源的传输，在这个过程中不仅会消耗较多的财力，而且还会消耗较多的资金和人力资源。为了节省能源和人力消耗，多数电气自动化控制系统都开始带有自身的发电系统，而变频技术在自身发电系统中起着十分重要的作用，突出表现为在变频调速技术的作用下能够减少发电系统的运行偏差，避免出现因为电流故障而导致的整个发电系统瘫痪问题。另外，将变频技术运用到发电系统之后还能够对电流的大小进行控制，实现对电力资源的合理利用和分配，降低整个工业电气自动化的发展成本。

3.4 转矩响应

变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用之四是转矩响应。转矩调速系统在投入DTC直接转矩控制的应用后，其转矩响应与适量控制对比速度更快，适量控制系统转矩阶跃响应约为7ms左右，直接转矩控制系统转矩阶跃响应能够达到1ms左右。之所以出现此种结果，其原因为DTC控制系统借助于电机的电压与电流核算出定子磁链与转矩，应用碰一碰控制完成变频器PWM控制，DTC控制系统并不存在电流控制环路。基于此，DTC控制系统的立足点应该放在电压层面，而非电流层面。适量控制的基础原理为建立在交流电机电流控制基础上，将交流电流依据磁场坐标轴分解成为转矩分量与磁场分量，对其作出分别控制。为此，适量控制的立足点应该为电流控制。在交流电上进行分析，若想在转矩相应速度上进一步提升，基于磁链不发生变化的条件，需要电流的速度作出调整，相应的电流转变主要受到电压快速变化所影响。适量控制系统输出电压在电流调节器输出下所产生，在此种情况下将会涉及电流调节时间的滞后。当前，所应用的矢量控制系统输出电压能够经由电机模型计算前馈电压控制与电流调节同步作用下形成。前馈电压控制方面，动态响应速度在持续上涨状态，而电压输出的前提是利用模型作出可靠的核算。其目的在于控制过冲情况的发生，从而保障电流可控。DTC存在的不足在于并不存在电流控制环路，碰一碰控制所形成的输出电压也没有合理的电流控制。在此种情况下，可能发生的问题是电压过冲。基于此，电机可获取到较大的电流，加快电流响应。DTC转矩响应的实现需要一定条件作为支撑，若电压为额定状态，尤其是弱磁运行区域，电压不会出现过冲余度空间。除此之外，规模较大的流动传动需要合理的控制电流。如此，DTC转矩响应无法实现1～2ms指标的水平。DTC转矩响应比较容易被PWM开关频率所影响，也就是碰一碰控制频率。应对利用GTO与IGCT原件大规模PWM变频器，若开关频率过高，则会导致变频器损耗进一步加剧，且运行效率会受到负面影响。针对此，变频器脉宽控制开关的频率应该给予一定的限制。

4 结语

综上所述，變频调速技术在工业电气自动化发展中的应用具有良好的应用效果，不仅能够优化数控机床的运行，而且还能够确保变频器、传感器的有效应用，提升整个工业电气发电系统的运行成效。为此，在新的历史时期需要相关人员结合工业电气自动化领域发展实际情况，就如何更好的将变频调速技术应用其中进行策略分析。

参考文献：

[1]巫加大.工业电气自动化控制中变频调速技术的实践运用[J].电子技术与软件工程，2018（11）：138.

[2]蒲亮.变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（23）：111.