羅春芳

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)中采用先進的技術(shù)能夠提高工作效率，降低能源消耗，變頻調(diào)速技術(shù)是20世紀70年代提出的一種矢量控制理論，為實現(xiàn)電動機調(diào)速節(jié)能而出現(xiàn)的技術(shù)，當(dāng)前已經(jīng)廣泛使用在中央空調(diào)系統(tǒng)、空氣壓縮機等大功率動力設(shè)備自動控制方面，并取得很好的變頻節(jié)能效果。文章主要分析變頻調(diào)速技術(shù)在制藥工業(yè)中央空調(diào)系統(tǒng)自動化控制方面的應(yīng)用，希望能為自動化控制發(fā)展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速；工業(yè)自動化；中央空調(diào)系統(tǒng)

中圖分類號：TM921.51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）11-0049-02

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電動機調(diào)速性能愈發(fā)優(yōu)越。近些年工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得到很大的發(fā)展，在制藥工業(yè)中，中央空調(diào)系統(tǒng)在潔凈廠房中廣泛使用，極大地滿足了生產(chǎn)要求和藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范，但是中央空調(diào)系統(tǒng)耗費大量的能源，在技術(shù)設(shè)計中采用變頻調(diào)速技術(shù)，能夠保證電機的輸出功率隨著負載的改變而變化，達到節(jié)能目的。

本文先簡單分析變頻調(diào)速技術(shù)，進而分析變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用。

1 變頻調(diào)速技術(shù)概述

變頻調(diào)速技術(shù)是為滿足實際工作需求而發(fā)展起來的，最早出現(xiàn)在20世紀80年代，隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，逐漸使用在其他領(lǐng)域。變頻器能夠起到變頻節(jié)能作用。根據(jù)水泵工作的原理，在其他參數(shù)確定的情況下，流量與水泵的轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)正相關(guān)，水泵的功率變化和轉(zhuǎn)速的立方同樣呈現(xiàn)正相關(guān)，在水泵功率保持不變的情況下，減小調(diào)節(jié)流量，能夠減少轉(zhuǎn)速。從功率因數(shù)補償功能分析，無功功率的不會大大降低使用效率，還會導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱情況，縮短設(shè)備使用壽命，采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠減少無功功率的損耗。從軟啟動節(jié)能分析，很多電機的啟動方式為直接啟動或者Y/△啟動，啟動電流大約是額定電流的5倍，也就是電機啟動需要耗費大量能源。采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠大大降低電容量的要求，同時還能起到減少電網(wǎng)沖擊的效果，延長使用壽命。

變頻調(diào)速技術(shù)的組成部分包括自自適應(yīng)電動機模型單元、脈沖優(yōu)化選擇器，以及轉(zhuǎn)矩和磁通比較器等，自適應(yīng)電動機模型單元是不可缺少的部分，主要起到檢測電壓和電流的效果，是轉(zhuǎn)矩直接控制的關(guān)鍵單元，控制精度達到了0.5%；脈沖優(yōu)化選擇器一般采用Sycbne芯片處理I性信息，編制不同的電路，實現(xiàn)不同的功能；轉(zhuǎn)矩和磁通比較器對比分析反饋值和參考值，及時掌握轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩狀態(tài)和磁場狀態(tài)。通用變頻器的制動電路是為異步電動機而設(shè)計，滿足異步電動機的控制需求，可以采用逐漸減小頻率的方式以達到減速目的。大中型的通用變頻器主要是為了實現(xiàn)節(jié)能目的，采用制動電路，將異步電動機回饋的能量消耗掉。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化技術(shù)中的應(yīng)用

變頻器可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器，其中交直交電壓型變頻器是使用比較廣泛的變頻器，主要包括整流器、中間直流環(huán)節(jié)、逆變器、控制電路等。變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中能夠滿足生產(chǎn)需求，目前變頻調(diào)速器中使用的Cyclone-II器件一般采用的是300 mm的晶圓，制造速度比較快速，這項技術(shù)在使用中采用最小化硅區(qū)，所需花費與專用的集成電路成本相差不大。高性能的變頻調(diào)速器主要是滿足不同工程的需求，硬件結(jié)構(gòu)包括帶能量回饋單元變頻器、獨立式變頻器等，其中獨立式變頻器使用比較廣泛，本文主要分析變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2.1 變頻調(diào)速原理

異步電動機轉(zhuǎn)速公式為

n=60f（1-s）/p=no（1-s），

式中：

n為電動機轉(zhuǎn)速，r/min；

f為供電頻率，Hz；

s為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，r/min。

從這個公式中可以看到，在s變化不大的影響下，n與f呈現(xiàn)正比例關(guān)系，改變電源頻率f就能達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的效果。在分析異步電動機調(diào)速中，希望磁通量Φm保持不變，若是磁通量太弱，電子力矩不夠強，影響轉(zhuǎn)速快速改變，若是磁通量過大，容易東芝勵磁電流非常大，很容易燒壞電機。

釘子每相電動勢的有效值

Eg=4.44f1N1KN1Φm，

f1、N1、KN1、Φm分別代表定子頻率、串聯(lián)匝數(shù)、繞組系數(shù)、磁通量等。

從公式中可以看到，只要Eg和定子頻率得到控制，就控制了磁通量。

2.2 中央空調(diào)系統(tǒng)存在問題分析

在制藥企業(yè)實際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)中央空調(diào)系統(tǒng)耗費大量的功率，存在很多的問題。從設(shè)計角度出發(fā)，冷卻水泵電機功率依照最大換熱量計算，但是在很多情況下，開機數(shù)目嚴重不足，實際負荷遠遠小于電機容量。在冷凍水系統(tǒng)方面，冷凍水泵的作用是將冷凍水送往各組合式空調(diào)器的表冷單元熱交換后送至各送風(fēng)口，達到降溫目的，也是根據(jù)最大制冷量來設(shè)計的，目前冷凍水泵做了很多的無用功，除了這些之外，水泵在使用中存在頻繁開啟的問題。

2.3 中央空調(diào)變流量節(jié)能原理分析

針對以上中央空調(diào)系統(tǒng)在實際使用中存在的問題，擬采用變頻調(diào)速技術(shù)改進中央空調(diào)系統(tǒng)達到變頻節(jié)能目的。當(dāng)前企業(yè)所采用的電力為三相交流電，輸送的水量和風(fēng)量恒定，難以實現(xiàn)變頻節(jié)能目的，在很多場合下，要求具有不同的物體流量，要滿足這個要求就需要供給不同的流量，若采用聯(lián)運行的風(fēng)機，采用手動方式，同樣能夠達到節(jié)能目的，但是顯然存在很大的工作強度，無法實現(xiàn)自動化控制。

在現(xiàn)代制藥工業(yè)中，中央空調(diào)系統(tǒng)占了很大的部分，空調(diào)設(shè)備監(jiān)控包括主機、處理器、變通量等信息的變化，主機的控制依照冷量的需求，控制運行的臺數(shù)和時間，這是步進式的變通量運行。

目前中央空調(diào)監(jiān)控體系無法實現(xiàn)監(jiān)視空調(diào)主機、冷凍水泵等，僅僅能夠維持現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠很好的解決這些問題。電動機在不同轉(zhuǎn)速下，負載的組轉(zhuǎn)矩TL是固定的，因此功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系可以表示為：

PL=T1n/9 550，

采用變頻調(diào)速技術(shù)能夠降低運行頻率達到技能目的。

2.4 變頻調(diào)速技術(shù)在中央空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

中央空調(diào)系統(tǒng)在應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)中可以采用兩種控制方式，以壓差為主的控制方式考慮到了負荷的因素，以溫差為主的控制方式非常適合空調(diào)的變頻改造，無需在各支路增加電動和調(diào)節(jié)閥，保證了系統(tǒng)的安全性，改造費用低、施工難度小、維護保養(yǎng)非常方便，因此在改造中采用以溫度控制為主，保持原有的中央空調(diào)系統(tǒng)，增加熱泵機組、熱交換器以及熱水罐等設(shè)備，形成完整的自動化控制體系。

冷凍水泵的變頻在設(shè)計中采用兩個溫度傳感器和變頻器組成控制系統(tǒng)，控制冷凍水的出水溫度和回水溫度。冷凍水泵電動器采用軟啟動方式，設(shè)定頻率為45 Hz，冷溫水系統(tǒng)最低運行頻率設(shè)定為30 Hz，控制溫差，溫差相差超過5 ℃時，能夠直接切換頻率，保證供回水溫度接近最優(yōu)值。冷凍水泵變頻控制見圖1所示，冷凍水泵正常運行后，操作人員啟動第二臺主機，確定冷卻水閥門和冷凍水閥門開啟后，同樣以軟啟動的方式開啟第二臺冷凍水泵。第二臺水泵正常運行后，如果空調(diào)主機制冷量大于實際需求，立刻停止主機。

冷卻水泵的變頻控制信號以冷卻水進出口溫度差表示，在大于設(shè)定值的情況下，將會提高頻率，頻率隨著設(shè)定值的改變而相應(yīng)的改變，設(shè)定變頻器頻率為30 Hz，保證最小流量。在冷卻水泵啟動后，溫度超過37 ℃時，將頻率相應(yīng)的升高到45 Hz，增加輸出流量。

在冷卻塔風(fēng)機的控制中，設(shè)定最高頻率值為45 Hz，運行30 min后根據(jù)冷卻水進出口溫度相應(yīng)的調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，保證冷卻水進水溫度與設(shè)定值接近，冷卻塔風(fēng)機出水溫度、進水溫度分別設(shè)定為32 ℃、37 ℃，在出水溫度下降達到28 ℃以下時，風(fēng)機自動停止運行，若是溫度升高到32 ℃以上自行開啟風(fēng)機。為保證冷卻塔風(fēng)機、制冷機的安全等，把變頻器的最低工作頻率設(shè)定為30 Hz，最低控制電壓控制在6 V，為保證變頻器的安全運行，最高工作頻率設(shè)定為45 Hz。經(jīng)過使用能夠極大地節(jié)省無效能量，實現(xiàn)自動化控制。

3 應(yīng)注意的問題

變頻調(diào)速技術(shù)雖然得到廣泛的使用，但是在使用中需要注意的問題有很多，不正確的使用方式，很容易影響變頻調(diào)速的應(yīng)用。在變頻器的安裝中，需要注意安裝的環(huán)境的濕度，保證環(huán)境無水侵蝕，無腐蝕性氣體，保證變頻器能夠容易移動，在變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用中需要注意電磁干擾問題，可以縮短控制回路配線的距離，變頻器的使用中需要嚴格按照規(guī)定連接短租，不能電焊混用。

在使用中需要安裝噪聲過濾器，避免噪聲的干擾。在安裝過程中，需要注意避免直接受到陽光的照射，若安裝環(huán)境存在很大的震動，可以采用橡膠減震的方法，定期檢查空氣過濾器。在日常的使用維護中，需要加強相關(guān)人員的管理工作，對維修人員進行系統(tǒng)的培訓(xùn)。

4 結(jié) 語

綜上所述，本文主要分析變頻調(diào)速技術(shù)以及其在制藥工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

當(dāng)前變頻調(diào)速器已經(jīng)廣泛使用在生產(chǎn)領(lǐng)域中，很好地大大降低了能耗的作用，能夠在保證安全生產(chǎn)的同時提高經(jīng)濟效益，隨著技術(shù)的不斷進步，在變頻調(diào)速的設(shè)計改進中還需要根據(jù)調(diào)速器的作用和功能不斷完善，為工業(yè)自動化生產(chǎn)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1] 楊渭建.變頻調(diào)速技術(shù)及其在工業(yè)電氣自動化控制中的應(yīng)用探析[J].科技風(fēng)，2014，（5）.

[2] 翟昱明.變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動化控制中的運用探究[J].信息系統(tǒng)工程，2014，（3）.