电气自动化中变频调速技术的有效应用研究

李佳勇

（丘引信息技术（天津）有限责任公司，天津 300202）

近年来，我国工业电气自动化控制技术取得长足的进步，基本实现了工业的健康绿色发展。利用变频调速技术，不仅可以提高自动化控制水平和系统的稳定性，同时有助于降低电能消耗并优化资源配置。由于变频调速技术性能优越，利润和技术附加值又十分可观，因此未来的发展前景普遍看好。面对时代赋予的机遇和挑战，企业技术工作人员应与时俱进地研究并推广变频调速技术，提高系统电网适应性，这是具有显著现实意义的。

1 应用概述

1.1 应用原理

变频调速技术最早出现在20世纪末，最初由外国学者所提出，主要是为了解决交流电机的耦合问题。其应用原理为电源的输入频率与电机转速产生正比，通过变化电源的输出频率，实现对电机转速的控制。在上述原理的基础上，变频器不断升级和优化，性能和质量越来越高。按照直流条件下的调速原理，亦可以实现矢量变换，确保交流调速能力同步提高。该理论提出以来，各国的学者纷纷对其进行深入研究。在对电压逆变器展开研究过程中，发现通过对定子磁力链与转子磁力链进行控制后，可以让两链间的夹角更加稳定，达到了对电动机转矩的预期控制目标。时至今日，关于变频调速技术的研究一直没有停下脚步，基于其控制效果高于直流调速的优势，极大提升了应用的可靠性、实用性和稳定性。目前国内外众多企业都在应用变频调速技术，变频调速技术在工业系统与计算机控制领域做出了巨大的贡献。根据数据调查显示，国内直流调速技术不断被变频调速所取代，变频调速技术的应用前景更加广阔，逐渐成为未来电气自动化发展的主要方向。

1.2 技术特征

依靠电源输入频率和电机转速成正比关系，变频调速技术可以确保电机控制效果。经由与各类先进技术的结合，提升设备利用率与运用便捷性，达到有效控制电机转速的目的。在电气自动化控制中，变频调速技术之所以能够保障设备的有效运行，与其固有的特性是分不开的。首先，该技术适应性强，针对企业用电动机功率和瞬间启动问题，能够控制电机的启动频率，发挥了其潜在的通用性优势，将启动电流控制在预期区间范围内。确保设备的稳定持久运行。其次，随着变频调速技术的日益完善，调速器的功能和性能也逐渐向电气自动化控制一体化迈进，为此调速效率进一步增高。鉴于诸多现代科技的融入，一方面可以结合电机的工作情况实现一体化的操作。另一方面，技术操作较为便捷，能够补偿功率因数，变频调速技术的效益又十分突出，在变频调速节能方面具有显著的效能。

2 电气自动化中变频调速技术的运用背景

2.1 必然性分析

基于变频调速技术电机启动冲击小的优势，能够对电机启动电流进行有效的控制。随着企业竞争压力的加剧，如何解决生产效率问题成为了企业立足的关键。目前国内工业电气生产的整体水平很高，为变频调速技术的应用创新提供了平台和保障。将二者充分融合，既可以节约资源减少不必要的浪费，同时能够强化工业产业的科技含量，提供宝贵的参考经验。尤其是绿色环保和节能减排战略的提出，工业电气生产亟需引进新技术为社会贡献一份力量。就目前而言变频调速技术仍是一项新兴科技，虽然其调速范围宽，动态响应快，可以有效节约电能，在电源适应性强方面具有显著的优势，但是将其应用于电气自动化中，还需要加深变频调速技术的运用，合理缩减能源与成本，促进自动化控制技术性能的日益匹配和完善。经由变频器的安装和运用，借助变频调速技术进行有效控制，电气自动化控制可实时监测其运行情况，促进自动化控制技术进一步发展，确保经济效益及控制落到实处。加深变频调速技术的运用，能大幅改善工作效率，缩减资源投入，避免了能源过度损耗。

2.2 应用价值分析

2.2.1 推动自动化控制技术可持续发展

随着工业技术的突飞猛进，电气自动化技术正处于快速发展的历史阶段。电气自动化技术不仅是工业领域不可或缺的关键因素，亦是提升行业竞争力的有力武器。就该技术本身而言，通过将计算机、网络、信息技术进行集成，为此关联范围较广，特别是在高新技术领域应用最为引人瞩目。变频调速技术是自动化控制技术发展的新型武器，电动机电流和变频器融合之后，能够让电气设施自动化运行，有效实现了对电气自动化运行的平稳控制。

2.2.2 合理缩减能源与成本

工业电气自动化控制领域应用变频调速技术可以提升运转期间的安全可靠性能，通过电源频率调节控制电动机，实现与节能变频器协同效应，确保经济效益与生产效果。此外加深变频调速技术的运用有助于避免能源过度损耗，进一步发挥技术的精准性、高利用率的优势，缩减了检测与调控范围，为合理缩减能源与成本奠定坚实的基础，具有极强的推广价值。

2.2.3 大幅改善工作效率

电气自动化控制往往需要多台设备协同运行，设备长时间处于正转反转会造成电力损耗严重。经由变频调速技术的利用，通过电流科学分配，在轻载状态下可失电运行更长时间，极大改善了工作效率，既缩减没必要的投入，又可以减少设备磨损，从而构建稳定的工作环境，增加工业企业的生产经营效益。

3 变频调速技术在电气自动化控制中的实践应用

3.1 应用于矿井指示器保护

煤矿井下的环境十分复杂，需要用到大量的电气提升设备，并借助多重保护机制提升工作状态的稳定性能。良好的电气自动化设备体系不仅是煤矿井下作业的坚实基础，同时关乎着矿井下工人的生命及身体安全。然而在整个繁杂多变的工作期间，电气设备系统容易受到外界的不良干扰，造成系统无法正常运行。一旦发生功能失效的情况，势必会引发设备系统整体性能出现不同程度的异常。在实际工作中，相关操作人员利用变频调速设备，采取有效的故障保护方式，首先可以判定电气自动化设备是否处于良好运转状态，同时将电机开启到工作状态之后，根据周期内编码脉冲的叠加情况进行数据统计与分析，获取比较器的脉冲数值。通过对数据前后的比较，将编码器与比较器的前后数据进行呈现和记录，如若数据没有较大的差异，则代表指示器具有缺陷或存在异常情况的潜在风险，解除异常。变频调速技术应用于矿井指示器保护工作，能够避免设备留下隐患的几率，维护电气设备的正常运行，逐渐解除相应的预警信号，并为维修人员检修变频设备提供数据支撑，确保检修率符合标准，避免应急制动装置的影响，恢复深度指示器的正常运行，实现等速区间的超速控制。

3.2 应用于等速区间的超速控制保护

在工业电气企业中，电机拉动设备的运用范围十分广泛，且应用频率极为频繁。众所周知，设备长期使用的过程中，电气自动化多处于等速区间运转，利用变频调速技术，可以有效控制电机工作运行速度。一方面，变频调速技术的突出价值在于可以实现预警模式，尤其是在实际工作中针对设备超载、超速等情况，就会减慢运行速度，实现等速区间的超速控制。另一方面，变频系统设备还可以有效控制设备运行速度，及时地发出预警并采取紧急措施，降低运行速度，进行电机运行速度调整，实现系统安全回路的目标。在生产实践当中，如果出现异常情况，监控机械设备开始自动实施保护措施，必须要让速度控制不能超过10%，结合应用最新的电气自动化技术，最后完成超速或超载的控制。当然在生产和设备运行过程中，技术操作人员应该加大对等速区间的超速控制保护的研究，定期对设备进行维修、记录和数据统计，及时解决生产运行中出现的问题。问题一旦出现就要立即整改，最大限度地避免超过实际的界定转速值，确保延长电机拉动设备的使用寿命。

3.3 应用于减速区段低速控制保护

在电气自动化控制系统当中，变频调速技术不仅适用于等速区间的超速控制保护，同样还可以在减速区间控制方面发挥其应有的价值和功能。在实际的变频调速技术应用中，减速区间控制的地位至关重要。当系统减速到设备临界点，电气自动化控制设备会在变频设备的导向下，形成与之对应的控制保护跟进，促进设备稳定控制效果。技术人员在实际的工作中，利用变频、PLC设备，在做好监控速度的基础上，科学实施取样工作，严谨科学地核对相关数据值、安全设定值，确保减速区段系统处于正常良性运转。通过对比反馈值固定时间，一旦速度与这一设定范围值出现冲突和差异，进行实时的监控对比，PLC智能电气自动控制技术应用便会发出安全警告提示，从而实时控制设备运行及系统有效仿真验证，提升设备工作运行的稳定性，保证系统减速控制调节效用，有效控制并对系统减速进行调节，完成电气设备的保护。

3.4 应用于电机单元模型

在电机单元模型中，自适应电机模型模块不仅是常见的变频系统，亦是有效地检测输入和输出电流和电压的重要途径。在生产实践当中，自适应电机模型单元通过做出有效的判断，结合对参数进行数据采集，实现工作性能参数互相匹配。为了提升变频调速的自动化适应效果，技术人员在实践运用中应该基于获知的数值，明确相关参数和转矩控制，合理地规划电源的制衡及布局整体线路，做好电机直接接触的调控，以期实现转矩控制的目的。作为现如今常见的变频系统，应该按照实情进行转速调节，合理匹配精度选择与控制举措。通过对比反馈值固定时间与参考值，待参数判断工作结束之后，做好调整电机转矩的衔接，助力系统能够稳定的运行。变频调速系统在自适应电机模型模块的应用还体现在变频调速的效率性，选择合理的变频器，不需要对电流进行解耦，结合电流值进行全面的设计，既可以呈现较高的报送和反馈效率，还可以通过数据编码提升变频调速的精度，使电机获得更好的静态和动态性能，取得灵活性、有效性地调整，实现自动变速功能。

3.5 应用于节能降耗方面

节能生产是大势所趋的导向，将变频调速技术引入到电气自动化当中，对电流进行合理的分配，可以很好地解决设备高负荷、高能耗的问题，帮助企业缩减能源损耗及生产成本。在具体的实践应用过程中，以继电器为核心，独立变频器的利用，减少了因为零件规模原因，特别是针对性应用于发电机组节能系统中，合理规划电压回路，对整体的系统运行产生保护，提升电机驱动性能和效率，实现了对电机运行参数进行监测，电容周围并联均压电阻离散问题，取得了比较理想的应用效果。为此应结合对电机运行参数进行监测，专门配置1台与之对应的变频器设备，实时监控设备的运行状态，由绿色指示灯变为红色，提高电能的利用率。通过实时地了解设备的电能供应，带来全方位调控给予的基础保障。当变频器系统出现预警信号提示，便可以得知电压电流所超出的标准值，完成电机运行参数的高效监测及节能降耗管理，进而达到节能的效果。

4 结束语

总之，在工业电气自动化系统中，变频调速技术基于其独有的可靠性和稳定性优势，能够保障系统安全高效运行，节省了大量人力、物力、财力成本，减少超负荷状态下系统故障问题的发生，避免电动机处在超负荷状态中，获取了极为广泛的运用。确保产品质量和生产效益最大化，同时还响应了绿色生产的要求。为此加大对该研究领域的投入十分必要，且具有非常重要的意义。当然变频调速技术仍需进一步改进，强化电气自动化控制效果，充分实现自动化运行的功能。未来企业和科技人员应继续进行完善和创新工作，推动电气行业的可持续发展。