变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用

王然

摘 要：近些年，随着经济的蓬勃发展，我国变频调速技术取得了质的飞跃。变频调速技术发展速度特别快，在很多大功率设备中得到广泛应用。变频调速技术能够促使设备实现变频节能，提高资源利用率。本文研究了变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用，以期有效利用变频调速技术，提升工业电气自动化控制水平。

关键词：工业;电气自动化控制;变频调速;节能

中图分类号：TM921.51文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）04-0073-03

Abstract： In recent years， with the vigorous economic development， China's frequency conversion speed regulation technology has made a qualitative leap. The frequency conversion speed regulation technology is developing very fast and is widely used in many high-power equipment. Frequency conversion speed regulation technology can promote equipment to achieve frequency conversion energy saving and improve resource utilization. This paper studied the application of variable frequency speed regulation technology in industrial electrical automation control， in order to effectively use frequency conversion speed regulation technology to improve the level of industrial electrical automation control.

Keywords： industry;electrical automation control;frequency conversion speed regulation;energy saving

现如今，随着科技的进步，交流电动机的调速性能变得越来越好，使得工业快速发展。大功率设备能够很好地满足工业生产需求，但是其耗电量过大，所以人们需要利用变频调速技术调整电机输出功率，从而满足节能和经济的要求。因此，有必要研究变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用。

1 变频调速技术简述

当前，变频调速技术已经成为工业电气自动化控制中不可或缺的环节。变频调速技术的广泛应用促使各种大功率设备完成节能减排，大幅提升能源利用率，不仅使得工业企业获得更多经济效益，还有效避免能源浪费。例如，数控机床引入变频调速技术，能够促使整体结构变得更加精简、稳定，有效降低运行期间对金属材料的消耗。而中央空调系统引入变频调速技术，则可以根据运行需求自动调整输出功率，从而有效节约电能。

自20世纪80年代开始，变频调速技术便在工业领域中得到推广，其实际应用范围变得越来越大。随着时间的推移，经过不断发展与优化，如今，变频调速技术的性能已经逐渐趋于完善，能够在诸多领域发挥更多作用。所以，人们应该结合工业领域的现实生产需求，深入研究变频调速技术，促使变频调速技术在工业电气自动化控制中发挥应有的效果[1]。工业变频控制柜实物图如图1所示。

2 变频调速技术的作用

2.1 提高机械设备运行的稳定性

在工业生产过程中，想要确保各种机械设备长时间保持稳定运行状态，人们就需要对电气设备的运行状态进行管控。生产管理人员要承担管理职责，针对电气设备的运行安全性开展统筹规划。目前，实际运行期间，很多工业企业的电气设备往往面对非常多的不稳定因素，可能导致机械设备的运行受到干扰。所以，必须采取合理措施来完成电气设备管控，提高电气设备的运行稳定性。工业企业可以在基层全方位推广电气自动化设备，完成对运行情况的自动监管。变频调速技术是自动化控制体系的核心内容，工业企业要结合自动监测的反馈内容，完成变频调节，保障电气设备长期运行安全，消除设备安全隐患。

2.2 提升工业企业的节能减排效果

在我国，工业是推动国民经济发展的支柱产业，但是由于工业生产的特殊性，设备运行容易破坏周围环境。随着电气自动化控制的持续优化，变频调速技术同样获得长足的进步。变频调节的自动化控制既可以降低人工成本，又能够在设备运行期间结合生产需求控制能源消耗，避免资源浪费。因此，变频调速技术符合可持续发展理念，可以促使工业企业实现节能减排，使得国民经济与生态环境实现协调发展。

3 工业电气自動化控制中变频调速技术的应用

3.1 变频调速原理

3.1.1 软启动节能。通常，自动化电气设备启动时，其瞬时电流能够提升至额定电流的五倍。如果电气设备的电容量难以满足需求，就会导致超额现象，长此以往，将会导致电气设备使用寿命下降。变频调速技术则可以通过软启动完成变频调节，从而降低设备启动电流，此时，电气设备便不再需要高电容，电网冲击下降，使得设备使用年限增加，提高了设备经济性。通用变频调速器通常很难满足自动化控制需求，因为其内控系数难以达到自动化控制的使用要求。软启动期间利用变频调速器，可以让电机实现短时间停机、减速，降低输出频率，此时，电机的消耗功率同样会有所降低[2]。然而，电机减速期间，若采用大容量变频调速器，则需要利用电源再生单元进行能量回馈，以达到节能降耗的目的。如果采用小容量变频调速器，就要通过制动电路消耗反馈能量。

3.1.2 变频调速节能。变频调速节能是变频调速技术的重要功能。一般而言，电机运行时的转速和流量的一次方成正比，而功率与转速立方同样成正比。在电机运行效率不发生改变时，其流量调节效果将会下滑，此时，转速将会出现下滑趋势，功率与轉速立方同样会按比例降低。

3.2 变频调速的优缺点

3.2.1 优点。变频调速具有四大应用优势。一是启动冲击小。大功率电机启动瞬间产生的强电流会缩短电机使用寿命，在电网冲击下，电源电压同样会产生波动，从而影响电网内的其他设备。而变频调速可以有效控制电机启动频率，大幅降低电机运行期间逐渐上升的电机转速带来的负面影响。二是调速性能好。变频调速器具有较宽的调速范围，调速动态响应非常快，因此在实际应用中可以完成多种场合的变频调速工作。三是节约电能。通过改变电机转速，人们能够控制电机在适当的转速下工作，从而达到节约电能的目的。四是适应能力强。变频调速器通常会配置直流母线电容器，所以面对电网、电压波动时，其往往具有较强的适应能力，即使运行期间发生电网、电压下滑，也能在一定周期内保证失电时的运行质量。

3.2.2 缺点。变频调速主要有两大缺点。一是谐波污染。输入侧大多采用普通移相整流，因此在低频情况下会产生较大的波形畸变，从而导致电网谐波污染。若没有使用电磁隔离设备，电源波形就会受到影响。为了避免谐波污染，人们可以采用滤波器，保证运行效率。二是投入成本高。变频调速器的功率器件成本相对偏高，而且不具备较高的耐压能力，因此难以在高压状态下长时间运行。若采用电源降压、调频、升压的运行方式，则会加速设备损耗，导致成本上升[3]。

3.3 深度指示器保护中变频调速的应用

在工业电气自动化控制中，企业经营者通常会引进多种工业设备，以提高工业生产效率。其中，深度指示器可以在设备运行期间发挥至关重要的作用。如果深度指示器无法顺利运行，就会导致大量工业设备的保护装置受到影响并失效。设备保护能力的丧失不仅影响工业生产效率，还会留下非常严重的安全隐患，所以深度指示器的重要性毋庸置疑。通过合理利用变频调速技术，设计人员可以对深度指示器加装失效保护。电机开机期间，其可以读取编码器脉冲信号，若数据没有发生改变，则说明深度指示器没有顺利运行，此时不具备保护能力。如果发现设备进入爬行区，深度指示器便会发出报警并处理，反之则会制动并报警。

3.4 脉冲优化选择器中变频调速的应用

采用变频调速技术时，人们可以利用芯片完成信息的分析、处理，在电路编写完成后发挥各个模块的功能。系统运行期间，如果电解电容器容量离散性过高，就会导致电压不相等，此时，系统运行稳定性将会出现大幅下滑。人们可以利用并联，在电容周围设置均压电阻，从而提高系统运行稳定性，降低浪涌电流的影响，避免电路运行期间发生烧毁现象。

3.5 电机组系统中变频调速技术的应用

变频调速技术在电机组中主要有两种应用方式。第一，变频调速技术可以根据联动装置的运行情况，完成对整体线路的布局。例如，在电机数量较少时，可以联合驱动装置完成电压调节，从而避免出现电机负载过高的情况。第二，电路配置期间，变频调速系统能够结合标准数据，完成运行模块的划分，将各个独立部分集中起来，然后利用主电路，使用电压逆变来完成能量的传递。变频调速器与自动化系统融合后，电力参数可以显示在客户终端，即便是用电高峰期，系统同样可以结合设备情况完成模式切换，并启动仿真保护[4]。电机组实物图如图2所示。

4 结论

变频调速属于强弱电混合的综合技术，运行期间不仅需要处理庞大的电能转换，而且需要完成信息的收集与传输，所以变频调速系统通常分为软、硬件两部分。当前，变频调速技术表现出四大发展趋势。一是智能化。交流电机的性能控制比较困难，但是因为神经网络本身具有非常强大的信息处理能力，可以通过学习来解决很多复杂问题，所以人们可以通过神经网络实现智能化变频调速。二是高度集成化。如今，变频调速装置体积已经非常小巧，但是依然很难满足使用需求，所以人们需要在保证变频调速器性能不受影响的同时，通过集成电路工艺进一步提高其集成度，使系统的总体结构更加小巧、便捷，研究强弱电一体化的集成化智能电机[5]。三是高频化。变频调速器的开关频率可以对谐波起到抑制作用，从而优化系统性能，但是开关频率的提升会加速器件损耗，影响变频调速器的运行稳定性，所以人们需要优化电子器件，促使变频调速器完成高频化。四是软开关化。硬件开关会影响变频调速器的频率和容量，而软开关则可以有效降低变频调速器开关期间元件的损耗，从而提升变频调速器的运行质量。总而言之，在工业电气自动化控制中，变频调速技术的重要性毋庸置疑。变频调速不仅能够在工业生产中降低生产成本，还能够有效提高各种电气设备的运行稳定性。未来，随着时代的发展，变频调速技术会变得更加完善。

参考文献：

[1]安雪峰.电气自动化在工业控制技术的实验分析[J].数码世界，2021（1）：230-231.

[2]邓建旺.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的应用研究[J].科技资讯，2019（28）：17-18.

[3]罗宇轩.变频调速技术及其在工业电气自动化控制中的应用探析[J].家庭生活指南，2019（6）：155.

[4]陈刚.工业电气自动化控制中变频调速技术分析[J].城市建设理论研究，2018（29）：3.

[5]巫加大.工业电气自动化控制中变频调速技术的实践运用[J].电子技术与软件工程，2018（11）：138.