变频调速技术在电气自动化控制中的运用探究

顾沛

摘 要：本文针对变频调速技术在电气自动化控制中的运用，结合理论实践，在简要阐述变频调速技术相关特性的基础上，分析了变频调速技术在电气自动化控制应用的重要性，最后深入分析了变频调速技术在电气自动化控制中的具体应用，得出在电气自动化控制中应用变频调速技术既能有效提高电气自动化系统的运行效率，还能降低运行控制成本的结论。希望对相关单位有一定帮助。

关键词：变频调速技术；电气自动化控制；结构特性；运用研究

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0080-02

1 变频调速技术特性

变频调速技术起源于德国，是一种基于直接转矩控制理论的新型技术，主要原理是电压逆变器在运行中，通过控制定子磁链和转子磁链之间形成的夹角而实现电动机转矩的直接控制。具有结构简单、操作方便、对电动机模型参数的要求比较小的优点。近年来，随着全球科学技术的发展，变频调速技术愈发先进，将其应用在电气自动化控制系统中，可有效提高电气自动化设备和仪器运行的稳定性和可靠性。

变频调速技术常用的电力元件为：晶闸管、绝缘栅双极晶体管、集成门极换流晶闸管。

晶闸管其实就是一种四层三端大功率半导体器件，有三个PN结，为J1、J2、J3，具体工作过程图如图1所示：

图1中A引出端为阳极，K引出端为阴极，G引出端为控制极也称为门极，从中可以看出，晶闸管具有单向导电和正向导通可控性的特点，在具体应用时要满足两个条件，A极和K极之间要加正向电压，在G极和K极之间则要加正向的处罚电压，同时需要有充分足的门极电流[1]。

绝缘栅双极晶体管（IGBT），集金氧半场效晶体管和电力晶体管的优点于一身，具有高输入阻抗、开关速度快、驱动简单、通态电压低、可承受高电压大电流等优势，因此，在变频调速技术中有非常广泛的应用。

集成门极换流晶闸管（IGCT），属于一种中压、大功率半导体开关器件，是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的电力半导体器件。因此，IGCT不但具有GTO高阻断能力的特点，而且还具有IGBT开关性能，是一种较为理想的开关器件。

2 变频调速技术在电气自动化系中运用的重要性

变频调速技术在电气自动化领域具有极高的应用价值，在工业领域中非常广泛的应用。电气自动化进行控制的主要目标是确保电气设备能实现自动化运作。比如：某工业生产企业在产品生产制作过程中，受到诸多因素的影响，生产效率上比较低，难以满足具体需求，自从应用变频调速技术以后，有效改变了供给电动机的供电频率和电机的转速。电机的转速通过公式：即可计算出，此公式中f表示供电的频率，P表示电机的极对数，s表示滑差。通常情况情况，P和s属于固定不变的数值，因此，通过提高f的数值，就可以打动改变电机转速的目的，大大提高产品的生产效率。所以，把变频调速技术应用到电气自动化控制系统中，能有效增强电气自动化的控制力度，从而达到改变电氣自动化控制水平低、质量不达标的现状，既有效保证了生产企业的经济效益，同时还能促进国家社会经济持续稳定发展。

3 变频调速技术在电气自动化控制中的运用

3.1 选择科学合理的PWM控制技术

PWM控制技术是变频技术的核心，也是应用电气自动化控制系统中应用最广泛的一项技术。所谓PWM控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。通过对逆变器电路开关器件的通断进行全方位控制，促使输出端可以获得一系列有效完整的幅值相同但宽度不等的方波脉冲，然后通过这些相应的脉冲来代替正弦波需要的波形，从而达到改变逆变电路输出电压的大小的目的。

通过不完全统计，目前约85%的工业企业在变频调速系统中应用了恒幅PWM型变频电路，主要构件包括：二级管整流器、滤波电容器、逆变器等。在具体应用过程中，电力系统传输来的交流电压通过二极管整流器整流后，即可得到恒定的直流电压，然后把恒定的直流电压输入到逆变器中，通过改变逆变器的脉冲宽度和输出交流电的具体频率，即可实现在调压和调频。整流电路发生短路故障的概率非常高，因此，为避免短路故障对电力自动化系统持续稳定运行的影响，就需要通过一系列科学的方法来规模短路故障。选择科学合理的PWM控制，并达到相应的效果后，便可达到有效保证电路整体能安全可靠运行的目的。

3.2 变频器的额定值和频率指标的确定

变频器的额定值包括两个方面，一方面是输入测的额定值指的是电压和相数，通常情况下，变频器输入指标有以下几种：第一种，国内设备，采用三相380V/50Hz；第二种，国外进口设备，采用三相230V/50Hz或者60Hz；第三种，家用电器设备，采用三相220V/50Hz。输入侧额定值一般由生产厂家设定，且不能更改；另一方面为输出侧的额定值，包括：输出电压的最大值，指的是变频器在进行变频的同时也要进行变压处理，通常情况下，输出电压的额定值即为输出电压的最大值。输出电流的最大值，指的是允许长时间输出的最大电流。输出容量，输出容量的具体数值为输出最大电压值和输出最大电流值乘积的倍。配用电动机容量，指的是变频器规定的配用电动机的容量，适合长时间连续负载运行。超载能力，指的是输出电流超过额定值允许的范围和时间，通常情况下，不超过变频系数的150%。

变频器频率范围的确定：变频器频率范围是输出频率范围为最高频率和最低频率的差，通常情况下，变频器的用处不同频率范围也不尽相同，但最低不能低于0.1Hz，最高不能超过650Hz。频率精度，指的是变频器输出频率的精确度，通常用最大误差和最低工作频率的百分数来表示。

3.3 磁通比较器和转矩比较器的选择

磁通比较器和转矩比较器是变频调速技术的主要构成部分，其主要工作是把电气自动化工作中的反馈值和参考值进行全方位对比，每隔10～20ms就进行一次对比，确保系统中磁场和转矩时刻处于最佳的运行状态。通过两点式滞环调节器，可第一时间发生电气自动化设备在运行中存在的问题，提示操作人员及时维护和纠正，避免安全隐患。

3.4 变频器的安装条件与抗干扰

变频器属于全晶体管设备，因此，对周围环境有极高的要求，通常情况下，为保证变频器能安全、高效、稳定的运行，安装环境要尽量满足IEC标准的具体需求。因此，变频器安装场所要尽量满足如下条件：电气室内通风干燥，且没有水浸入；无爆炸性、燃烧性、腐蚀性的气体，风尘要少；要有足够的空间，确保维修和检查能顺利开展；要和易受变频产生的高次谐波和无线电干扰影响的装置相互隔离。

变频器干扰其他设备的根本原因，是因为其输入和输出电流中具有高次谐波成分。如果干扰方式为感应耦合方式，则可通过科学合理的布线或者通过相应的屏蔽线来降低干扰程度；如果干扰方式为电路传导，则要通过增大阻抗的方式来削弱。通常情况下，可通过串入一个小电感，起到抑制干扰的作用；如果干扰方式为空中辐射，则要通过吸收法来降低干扰。

4 结语

综上所述，变频调速技术属于一种全新的技术，将其应用在电气自动化控制系统中，能有效保证降低生产能耗，同时还能保证生产的质量和安全性，提高企业的经济效益和社会效益。但我国对此方面的研究还有待进一步深入，需要相关人员不断创新和完善，才能充分发挥变频调速技术的作用和性能。

参考文献

[1]王宝利.变频调速技术在电气自动化控制中的运用探究[J].科技创新导报，2017，14（27）：3-4.