变频器在工业自动化控制应用

谭铭巍 兰舰

摘   要：变频器通过微电子技术与变频技术来转变工作电源的频率，对交流电动机进行有效控制。变频器主要由整流、滤波、逆变、制动、驱动以及检测单元等几部分构成。变频器利用内部绝缘栅双极型晶体管的开断调节输出电压以及输出频率（具体的电源电压视电动机的实际需要而定），以实现调速、节能的目的。此外，变频器还具有过流保护、过压保护、过载保护等功能。文章将结合实际，对变频器在工业自动化控制中的应用选型与注意事项进行阐述分析。

关键词：变频器;工业自动化控制;功能作用;应用

1    工业自动化与计算机控制技术

1.1  工业自动化技术

工业产业范围广，涉及石油、机械、建材、冶金等，经营形式也十分多样，如生产线、加工设备、工厂车间、公司等。工业自动化主要由硬件、软件、系统技术3大模块组成。其中，硬件系统又由多个组件构成，如命令执行装置、设备控制装置等。软件可分为管理、控制与测量。系统技术的综合性较强，如软硬件集成、软件集成、硬件集成等。在工业自动化的实际生产过程中，3大模块之间联系紧密，既相互作用，又相得益彰。只要分工明确，就可以有效提升工业自动化生产与控制质量。在计算机控制技术的支持下，工业企业的生产水平大幅度提升，工业产业结构不断调整优化，企业的市场综合竞争能力呈上升趋势。

1.2  计算机控制技术

计算机控制技术是在计算机技术的基础上，通过整理、分析技术数据参数，实现软件的控制与应用，推动工业生产向智能化、自动化发展。计算机控制系统在工业自动化中发挥基础性作用，可归纳为硬件系统、软件控制算法以及软件。计算机利用自身数据处理的功能，下发指令，有效控制相应对象。在实际应用过程中，为了满足生产需求、提高计算机控制水平，通常会配置一些辅助部件。以上位机为例，控制软件的人机交互的实现，完成了数据与程序间的交互。同时，数据库信息的收集整理，也进一步加速了工业产业的自动化建设进程。当出现异常状况时，网络信息立即向控制系统反馈。对于辅助系统来说，可以利用计算机交换信息，采取最有效的方式，实现工业生产自动化，并有针对性地优化被操纵对象。

2    变频器的功能作用

2.1  变频节能

为确保设备能够稳健运行，通用机械设备应合理设计备用容量。当电机无法满负荷作业时，会导致多余力矩的产生，增加功率及电能的消耗，造成资源浪费。这时候，就需要调整运转速度。传统调速一般会采取调节入口挡板以及阀门的开度等方式以降低输入功率，这种方法有效且便捷，但会在关闭擋板与阀门的过程中浪费大量能量。而变频器（Variable Frequency Drive，VFD）可以根据泵转速或者风机流量适当调整电压、频率等参数，实现不同负荷下的优化调速、降低电流，以达到变频节能的效果。

2.2  降低线路无功功率损耗

无功功率损耗不仅造成电能资源浪费，降低设备使用效率，同时，还会增加线路损耗，缩短设备的使用寿命。因此，想要实现能源利用率最大化，降低无功损耗才是关键。变频器利用内部的滤波电容可以有效提升电网的有功功率，降低无功功率的资源损耗，从而获得功率因数补偿，起到节能增效的作用。

3    变频器在工业自动化控制系统应用中的选型

3.1  变频器防护等级

根据不同的使用环境，应选择相应等级的变频器。换言之，选择变频器等级时，要对环境温度、湿度、灰尘、酸碱性等因素进行综合考量，而这些因素将会对变频器的使用寿命有直接性影响。就目前而言，绝大多数制造商在设备出厂前，已经为变频器做好了日常防护。比如，敞开型：可以直接加装于电气室内的架子上，但对使用环境要求较高，通常是多台变频器集中使用。封闭型：适用范围相对较广，可以在稍微潮湿或者有少量粉尘条件下使用。密封型：可用于交叉作业的施工现场或者是湿度较高的腐蚀性环境中。

3.2  变频器功率

首先，要根据电动机功率选择匹配的变频器，以保证变频器的操作频率。即使不能完全匹配，也要功率接近，并且保证变频器的功率略大一些。其次，当电动机需要多次启动或者频繁重启时，为保证变频器能够长期运行，建议选择大一级的功率。再次，在经过实际测试，若电动机仍存在功率富余的情况，则应更换更大功率的变频器。最后，在高海拔或者高温环境中，同样也需要选择大一级的变频器。

4    变频器在工业自动化控制应用的注意事项

4.1  散热

变频器对于散热的要求较高，随着温度的增加，变频器故障频发，其使用寿命也会受影响。通常情况下，变频器会垂直安装内部冷却风扇，使空气流通方向自下而上，以确保冷却循环的效果。对于一个控制箱安装多台变频器的情况，各变频器之间会产生相互热效应，可以采取横向并列的方向，避免超高温问题。与此同时，工作人员还要做好日常巡检工作，定期维护、保养变频器的冷却风扇，确保温度控制在正常范围。假若未配置温度控制系统，那么建议变频器与冷却风扇应采取联动工作形式。

4.2  谐波干扰

在脉宽调制控制下，变频器在正常运作过程中会在电源侧产生大量谐波电流。这些谐波电流会影响电能的稳定性，干扰其他电气元件的正常运行。针对上述问题，应在变频器的输出侧安装滤波电抗器，以降低谐波干扰。同时，变频器在专用接地点的正确接地，也会在一定程度上提升控制系统的灵敏性。

5    结语

随着工业自动化控制技术的发展，变频器的应用领域不断延伸，市场上的变频器种类也越来越多样化。而针对不同环境，如何提高变频器应用的安全性、经济性尤为重要。相关工作人员要全面掌握变频器的型号、功能以及应用注意事项，确保变频器功能得以充分发挥的同时，合理加装辅助设备，以免损坏其他电器元件，增加企业维修成本，造成不必要的资源浪费。

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