电气自动化控制中变频调速技术的有效运用分析

大庆油田有限责任公司第一采油厂仪表大队 萧煜元

电气自动化控制中变频调速技术的有效运用分析

大庆油田有限责任公司第一采油厂仪表大队 萧煜元

变频调速技术在电气自动化控制领域具有十分广泛的应用。通常而言，电机运行中需要利用变频调速技术实现节能降耗的目的，借助于变频调速技术，可以对电机工作运行状态进行有效转化，提高电气自动化控制效率，顺应了节能降耗发展潮流。本文重点从变频调速技术出发，就其在电气自动化控制中的有效运用展开了分析，以供参考。

电气自动化控制；变频调速技术；运用

通常而言,电气自动化控制相关设备耗电量很大,所消耗材料很多,例如数控机床等,为了有效地解决该问题,可以借助于变频调速技术,不仅能够有效提高了运行效率与质量,还避免了传统工频技术所存在的诸多问题,因而在电气自动化控制领域具有越来越广泛的应用。

1 变频器概述

对于异步电动机而言,当于基频以下加以调速的过程中,常采用的是恒压频比带定子压降补偿方式加以控制,当于基频以上加以调速时,常采用的是恒压变频方式加以控制。若将上述两类情况加以结合,即实现了异步电动机的变频调速控制。同DIT算法一样,结合对称原理,若在时域将x(n)加以分解,成为前后两组,则频域会使X(k)形成相应的奇、偶抽选组,并形成了FFT结构,即所谓的“DIF-FFT算法”,也被成为Sande-Turky算法[1]。

就通用变频器而言,其制动电路用以满足电动机制动需求所设置。为了控制电动机减速、停机,变频调速系统通过逐步减小变频器输出频率,实现电动机转速的降低,继而使电动机逐步减速。电动机减速时,同步转速较其实际转速低,转子电流相位相反,导致电动机产生相应的制动转矩。就大型、中型容量变频器而言,为了实现节能降耗,通常利用电源再生单元,将能量回馈于电源,就小容量变频器而言,则利用制动电路,在制动电路上,将电动机所回馈的能量进行消耗。

2 变频调速技术在电气自动化控制中的运用

变频调速技术的产生,顺应了工业生产及电气自动化控制的需要,在各行各业,各领域均有广泛应用。结合变频调速技术可知,其具有传统工频技术等难以比拟的优势,下文结合具体实例,针对变频调速技术在电气自动化控制领域中的有效运用进行分析。

2.1 变频调速技术的应用

2.1.1 自适电动机模型单元

负责对电动机的输入电压、电流等加以检测,以便对电动机参数进行识别。电动机模型对于转矩直接控制而言,属于关键性的单元。通常工业领域运用变频调速技术时,若转速控制精度超过0.5%,利用闭环转速实现反馈,达到有效运用的目的[2]。

2.1.2 脉冲优化选择器

运用过程中,多采用的是Cyclone IIEP 2C5Q 208C8芯片对信息加以处理,并对OFDM 调制信号源进行设计,对五大模块所构成的电路进行编写,以便实现各自对应的功能,如星座映射、缓冲模块、FFT、D/A、插入循环前缀等功能[3]。对此类模块功能加以验证时,需要利用OFDM信号源,对验证加以仿真。最后需要OFDM信号源进行设计,如软件仿真、验证FPGA硬件等。应注意的是,电解电容器容量离散性极强,可能造成承受电压不相等等一系列问题,继而影响系统有效运行。必须采取有效的措施加以优化,对离散性影响加以消除。通常采用在电容旁分别并联阻值相同的均压电阻的方法来解决,此外,为避免整流电路被烧毁,还需要对浪涌电流进行抑制,以保证电路运行过程的可靠性。

2.1.3 转矩、磁通比较器

这两类比较器可对反馈值、参考值加以对比,且每隔20ms进行一次比较,然后借助于滞环调节器,将磁场、转矩状态进行输出,以便及时对转矩、磁场状态进行掌握,从而及时采取有效措施。

2.2 应用实例

2.2.1 实例1

本文结合变频调速技术在数控机床节能改造中的应用实例进行分析。在该实例中,由于传统数控机床所需消耗的电能很多,不利于实现节能减耗,不仅导致企业电能消耗开支巨大,而且造成了不必要的能源浪费。为了提高企业的经济效益,数控机床操作人员通常采用的是工频运行方式,虽然取得了一定效果,但也存在诸多问题,如齿轮主轴速度可选范围大,齿轮变速式主轴有30段速度可供选择,尤其是恒线速度,因而难以实现精细化控制;利用工频技术也难以确保机械由始至终保持稳定、有效地运行,因而需要定期维修维护设备离合器;虽然所采用的主轴属于直流类型,可以进行无级调速,但后期维护维修工作不便,且运行中主轴难以达到最高转速,因而导致总体效果不理想。为此,利用变频调速技术可以有效解决上述问题,对数控机床进行改造,以便有效实现节能降耗的目标,减少企业能耗成本费用,提高运行效率及生产质量。由数控机床技术人员对方案加以确定,重点针对数控机床结构、功能加以改造,优化机床结构,节约了所需要的金属材料,简化了操作,降低了机械损耗程度与维修次数,进一步拓展了数控机床的控制范围,提高了控制精度和效率。

借助于变频调速技术,避免了传统工频技术存在的问题,极大地提高了数控机床运行效率,并明显降低了设备消耗电能,减少了企业能耗支出,取得了良好的效果。利用变频调速技术,有效提高了数控机床的生产及加工质量,较传统工频技术而言,显著提高了生产效率及企业经济效益,就数控机床领域及其他工业领域而言,均具有广泛的推广和应用价值。

2.2.2 实例2

下文以变频调速技术在保护矿井提升机自动化控制系统中的运用为例进行分析。变频调速技术节能效果必须结合其负载加以决定,对于恒功率负载而言,转矩通常同速度成反比,提升机自动化控制系统具有多重保护,包括过卷保护、超速保护、制动油过压保护、制动保护以及低速保护等,在运行过程中,始终针对提升机始运行过程的安全性进行监控,一旦存在不正常情况,会立即发出警报声光信号,并自动开启紧急制动装置,保障提升机的安全可靠运行。具体而言,变频调速技术有如下运用:

(1)保护深度指示器,以防其失效。矿井提升机所有保护技术均结合作业行程展开的。就深度指示器而言,一旦出现失效问题,会直接导致各种保护装置失效,为此,应采用变频调速技术,对深度指示器进行设置,具体而言,当电机发动之后,系统针对不同采样周期之内,旋转编码器所发出的脉冲数量加以累计,在采样前、后针对该数值加以对比,若该值不存在变化,则表明深度指示器出现失效问题,在出现失效故障时,系统会对提升容器进入爬行区与否加以判断,若还未进入,系统会发出相应的报警信号,对司机进行提醒。若已进入,则实施安全制动,并发出相应的声光警报信号;

(2)对等速段超速进行保护。就提升机系统而言,等速段超速保护过程如下:当速度检测器对提升速度的检测超出额定速度的15%时,会引发等速超速继电器发生动作,将安全回路成功断开,实现对等速段超速的紧急制动。由于等速段提升机容器的运行速度相对较快,因此,当进行紧急制动过程中,极易产生较大的冲击力,对于提升机系统具有较大的危害性。为此,在对等速段保护进行设置的过程中,应分别从两个阶段入手:一是若超速10%,且已经超出所设定时间,则系统将自动启动声光警报信号,提醒提升机司机尽快启动制动;二是若运行速度逐步降低,至恢复正常速度时,声光警报信号将解除;如果司机没有及时采取相应的制动措施,提升速度还未有效降低,反而超速进行时,系统经过运算判断,而且超过了所设定的时间,则将自动启动安全继电器,实现安全制动,能够有效降低紧急制动可能带来的危害性。

(3)对减速段超速加以保护。在提升机系统运行中减速段也十分关键,多数事故均发生在减速之后的行程段内,为了确保提升机可以安全、顺利地到达指定位置,必须开始减速之刻,结合变频调速技术,对提升容器减速过程中的运行速度加以连续采样,并结合采样速度,与内部已给定速度加以对比,若采样速度较给定速度超出10%,此时,系统将会自动报警,并对提升系统加以安全制动。

3 结束语

总而言之,变频调速技术在工业及其他领域电气自动化控制中具有越来越广泛的应用。借助于变频调速技术,可以有效提高电气自动化控制效果及质量,提高电气自动化控制的精度,与此同时,还有效精简了控制结构,实现了节能减耗的目的,降低了电气自动化机械设备的耗损,节约了企业成本开支,间接提高了经济效益。当前,变频调控技术的运用仍有待进一步深入推广,因此,必须加强研究,逐步提高变频调控技术的运用效果。

［1］张礼崇,郜祥,王焱,李兴.电气自动化工程控制系统的现状及其发展趋势［J］.技术与市场,2012,12(01):139-143.

［2］热米娜·帕尔哈提.变频调速在工业电气自动化控制中的运行探讨［J］.科技致富向导,2012,12(08):193-197.

［3］马良河,杨洁浩,叶建强.交流电机变频调速性能试验系统的研究［J］.电机与控制应用,2010(01):79-81.