变频调速技术在电气自动化控制中的应用研究

2022-02-23赵小猛

中小企业管理与科技 2022年1期

赵小猛

（中钢集团山东矿业有限公司，山东临沂277700）

1 变频调速技术的基本分析

1.1 变频调速技术

变频调速技术就是通过利用变频器控制电气设备的实际运行速率，当前变频技术的应用主要涉及3 个部件：第一，自适应电动机模型单元。此模型是变频调速技术中的主要组成部分，在技术应用中起到重要的决定作用。通过对电压电流的有效检测作出精准协调，并在此基础上掌握相应的参数，以此为后续数据探究提供保障。所以在应用变频调速技术时，应当重视使用电动机模型的应用效果，充分认识到在应用过程中的各项数据，以此来提高工作效率。第二，转矩磁通比较器。这两种比较器的使用能够响应反馈值与参考值，在固定20ms 的频率下完成对比，在完成对比工作以后，则可以结合磁场的实际状况与数据分析当前转矩状态。第三，脉冲优化选择器。在应用变频调速技术时，需要应用到固定的芯片来处理信息，在完成芯片选择以后，也需要设计相应的信息源，将OFDM 作为主要调节方式，同时也要对电路完成编写，以此来保障电气设备的安全运营。

1.2 基本技术特征

在电气自动化控制设备中，应用变频调速技术的主要目的是满足现代工业化生产的基本需求，经过层层改造与完善后，具备自身的应用特点，并在电气自动化控制中实现了全面应用与发展，促进了电气设备的创新与完善，推动了整个工业行业生产效率的有效提高。变频调速技术具有制造速度快的基本特征，通过此项技术的使用能够有效降低电气设备生产中的经营成本。当前变频器主要应用于交流电动机的转速调节之中，通过对转速的有效调节，呈现出自身的基本优势，而且还能够继续深入挖掘，为后续的使用提供了有利条件。同时，变频器在使用过程中的综合性能良好，能够实现生产活动的节能减排。因此，此项技术的应用更符合我国积极号召的绿色生产理念，随着变频器应用范围的扩大，能够有效调控工业生产过程中的速度。

1.3 谐波危害分析

谐波危害一般主要发生在容量较小的电力系统之中，但此类电力系统在实际应用中却较为常见，所以在生产中要注重谐波危害带来的影响。谐波条件带来的危害就是指：电线路在传输电能过程中会出现的集肤效应或者邻近效应，如果谐波随之进入电线路之中，那么就会导致线路的电阻频率不断上升，使得电能损失不断加重。除此之外，谐波危害与配电之间大不相同，谐波包括在运行过程中出现所有工频频率不同的情况，由于二者之间并不相容，一旦谐波与配电接触就会造成较大危害。

2 变频调速技术在电气自动化控制中的重要性

2.1 普及变频调速技术

在使用电气自动化控制设备时，引入变频调速技术能够有效提高电气生产质量，同时也能够普及变频调速技术在工业化生产之中的应用。变频调速技术的主要工作原理就是通过转换电源频率调整电机的实际转速，以此来提高电气化自动控制的效果。除此之外，通过变频器的有效利用，能够实现节能减排，真正达到节能的目的。因此，在电气自动化控制运行过程中，可以将变频调速技术积极融入其中，通过对电机、电源以及电路的充分应用，提高生产水平。而在实际自动化生产过程中，也要加强对电机应用效果的监督与管理，通过对电机实际运行情况的分析，实现变频器对电机电流的管理与调整，在保障生产质量的同时也能够践行节能政策。

2.2 提高生产运行效果

随着工业电气设备的不断完善，自动化技术已经逐步取代了人力施工，提高了生产作业的强度。就电气设备的电气化自动水平来看，变频调速技术能够实现对电气设备的有效调节，优化企业运行模式，以此来提高生产的自动化程度，为工业生产运行效果提升提供条件。除此之外，随着变频调速器应用的不断完善，积累了诸多系统优化经验，能够实现变频技术的再次调节，而在电气自动化控制系统中的应用，则能够积累诸多变频技术的应用经验，实现对自动化系统的不断完善，提高变频技术的应用价值。

2.3 强化自动技术效果

在工业化生产中，电气自动化技术的应用越来越完善，其在应用过程中会涉及电气技术以及计算机技术，通过多个技术的融合推动了电气技术发展。而在电气自动化控制中应用变频技术能够实现对电气自动化的有效调节，调控异步电动机减速与停机，从而有效减少电动机中产生的转速，满足电动机减速标准。变频调速技术应用到电气自动化系统中能够有效发挥出变频器的调节功能，实现对异步电机的有效管理，提高生产效率与质量。电气设备运行效率无法通过系统调节来实现，同时也会带来一定安全威胁，企业一般会调节不同电气设备的负荷，以此保障控制系统的正常运行，但在此过程中生产成本不断提高。而变频调速技术都能够有效调控自动化系统生产能耗，维护系统的稳定性，降低系统能量损耗。

3 变频调速技术自动运作基本结构

3.1 硬件结构

3.1.1 独立式变频器

独立式变频器能够将整流单元与逆变单元放置在同一容器中，而后连接容器与控制设备。在具体操作过程中，独立式变频器能够实现结合电气设备的工频资源完成频率转化，将公平电流逐渐转换为交流电，同时在交流电频率的作用下，实现对电气设备的全面控制。可见，独立式变频器的实际应用方式更加简单，尤其是在工业生产中，其应用率更高。但是，独立式变频器也存在一定不足，每一个变频器只能控制一台电气设备，在功能上也只能够控制电气设备的运行速度。

3.1.2 公共直流母线式变频器

公共直流母线式变频器更常用于多种电气设备的系统之中，能够实现对多台电气设备的同步控制，通过采取整流回馈等多种装置，达到控制系统直流电流的目的，随后变频器再与直流母线相连接，在完成连接后，变频器能够吸收母线中的直流电，使得母线的直流电能力不断上升。因此，在控制电气自动化系统时，可以适当地操作变频器的整流与回馈装置，进而达到减弱或者增强电流的目的，使得电气设备的运行频率随之变化，如图1 所示。总之，公共直流母线式变频器的操作方法更为复杂，因此，在实际电气设备中的应用相对较少，但整体功能性更强，更适合用于工业生产。

图1 公共直流母线式系统图

3.1.3 带能量回馈单元变频器

带能量回馈单元变频器是一种调控电气设备运转速度的变频器，与上述两种变频器之间存在较大差异，其主要由带能量回馈单元以及变频器两个结构组建而成，这两个结构独立应用，但之间又有所联系。其具体运行原理如下：将变频器结构与设备发电电源相连接，在发电的作用下，电气设备会受到负载转动惯量的影响，进而与变频器同步运转，但是在短时间内电机的运转速度会高于变频器，这也就表明电机内部存在多余的电量，而变频器则能够吸收这些电能，进而电压不断上升，产生较高温度。在通过带能量回馈单元以后，变频器则会获取到直流母线中的电压，通过逆变效应将其转换为交流电压，通过多个环节的功能作用，将交流电压反馈到电网之中，实现对电能的再次消耗。可见，此变频器的实际操作步骤更为复杂，但节能效果更为显著，在同等变频器中更具优势。

3.2 软件结构

变频调速技术离不开软件结构的支持，具有远程操控以及公共服务等多个作用。在具体操作软件结构时，首先需要通过电控单元控制变频器，而电控单元一般主要由传感器以及控制电路构成，传感器能够及时获取电气设备的实际运行状态，然后将其状态上传至终端。结合数据信息自动识别设备状态为人工预设提供条件，同时也能够判断电气设备运行状态的好坏，进而利用控制电路发出信号，使得变频器能够按照实际标准完成作业。在预设逻辑过程中，需要人工在终端对电气设备进行运作设计，面对不同条件终端会传递出不同的指令，而实际工作内容的工作要求较为复杂，因此预设逻辑的数量也会不断上升，为便于选择，则可以利用封装技术将各个逻辑机制进行打包，形成固有程序，实现软件化。

4 变频调速技术在电气自动化控制中的应用

4.1 数控机床的应用

在工业自动化生产中，变频调速技术应用到数控机床中，能够有效降低生产消耗。就数控机床的实际运行情况来看，在具体运行过程中会应用到大量的电能，进而使得消耗较大，如果过度消耗电能则会影响机床的实际工作效率，在变频调速技术的价值下，则能够有效减少机床消耗过大的问题。同时此项技术也能够有效转换传统机床的运行模式，科学规划机床运转中的各项参数及数据，确保电气设备在运行过程中能够控制在合理范围之内，在保障正常生产的同时，也能够起到保养机床内部零件的作用。就实际应用情况来看，变频调速技术也能够有效提高机床的生产效率，在降低功能消耗的同时为企业节约生产成本，进而提高机床的应用效果，降低运营成本。

4.2 稳定变频器的应用

变频器如果在电气设备中的应用操作不当，则很容易引发生产事故，进而增大生产消耗以及经营成本，同时也会降低生产效率。而变频器的使用与自动化系统节能之间存在一定关联。变频器的主要功能作用是调节电气系统自动化生产，以此来保证电气设备的稳定运行，在实际应用过程中也要将变频器与电动机之间相对应，保障生产工作的合理进行，以此来提高电气设备的复合电压。为了确保变频调速的实际效果，满足电气调节的需求，就应当确定电动机的相关参数，不断完善自动化电气设备的功能，对其实际运行状态加以识别。电动机与变频器的连接使用能够统一控制操作系统，不断完善各项工作内容，使得工作得到有效协调，提高生产水平。控制电路主板也应当积极更换为变压型变电路，以此配合车间完成作业，同时也能够保护相应的故障区域，实现设备与变频器的协调应用。

4.3 深度指示器保护失效对应措施

在实际工业生产过程中，一般会通过多种措施保护相应的装置，设计人员则会根据设备的实际操作原理相应地添加保护装置。深度指示器作为保护装置之中常见的设备之一，在实际运行中如果不能保证其运行常态，则会影响最终的保护模式。因此，针对此种情况，就应当结合其保护失效问题，设置失败保护模式，这时就需要利用点评技术来完成相应的设置工作。首先要通过设备采集脉冲数信号，随后将采集前后的数据信号值加以对比，如果数值并未发现相应变化，这就表明指示器出现问题。在出现问题的情况下，变频器能够判断设备的实际运行状态，通过保护模式发出预警并自动采取相应解决措施，提示工作人员及时处理故障。

4.4 优化管理结构

自动化电气设备具备基本的识别功能，其主要识别目标为电信号，电信号主要来源于自适应电动机模型之中。这一模型单元主要是由传感器与控制电路组成，在具体应用过程中，可以通过本模型单元的功能，检测电气设备的实际运行状态，并将其转换为数字化形式，提高其判断准确度。而这些操作能够有效替代传统人工操作，如能够自动诊断电气设备状态，减轻人工成本投入，同时也能够保障最终检测的精确度，实现管理结构的有效性。

4.5 控制等速区间超速

等速区间一般常应用于电气拉动设备，需要保持速度一致，但设备会受到不同因素的影响，使其实际运作速度发生变化，部分电气设备会出现超速的情况，为了减少此项故障的发生概率，则应当通过变频调速技术对其自动化加以控制，以此来提高运行效果。变频调速技术可以结合自动化设备的实际运行情况，判断其是否出现超速等故障情况，如果在控制速度过程中，无法通过频率调节实现最终控制目标，那么变频器就会触发报警功能，终端会提醒工作人员进行操作。除此之外，为了避免出现误动等情况，人工在预设逻辑时也需要判断逻辑的合理性，逻辑标准则应当控制在15%以内，如果存在特殊情况，则可以结合实际加以调整。