黃長(zhǎng)祥，段裘佳

（廣州鴻海海洋專用設(shè)備有限公司，廣東 廣州 511400）

0 引 言

在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制方面，電力傳動(dòng)體系特別復(fù)雜。在工業(yè)電氣自動(dòng)化體系的實(shí)際運(yùn)行中，電機(jī)通常需要在正向和反向之間頻繁切換，長(zhǎng)期處于負(fù)荷狀態(tài)。因此，電機(jī)的調(diào)速控制工作難度相當(dāng)大。為了確保工業(yè)電氣自動(dòng)化控制體系的可持續(xù)和穩(wěn)定運(yùn)行，需要將變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并重點(diǎn)討論變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用情況。

1 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用價(jià)值的分析和探討

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高和工業(yè)電氣自動(dòng)化水平的不斷進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)中變頻調(diào)速技術(shù)受到了越來越多的專業(yè)人士的關(guān)注?，F(xiàn)階段，電氣自動(dòng)化控制在工業(yè)電氣設(shè)備的能耗方面具有重大作用。電氣自動(dòng)化控制可以通過提高頻率來控制電機(jī)，調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，以節(jié)約能耗，進(jìn)而改變電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并通過變頻調(diào)速技術(shù)使工業(yè)電氣自動(dòng)化生產(chǎn)朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，最終節(jié)約大量的人力、物力以及財(cái)力[1]。

工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，變頻調(diào)速技術(shù)可以有效改善工業(yè)電氣自動(dòng)化的整體狀況。同時(shí)，變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中已經(jīng)積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，保持著不斷改進(jìn)和優(yōu)化的狀態(tài)，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化建設(shè)提供了保障。變頻調(diào)速技術(shù)可以在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中加快工業(yè)生產(chǎn)速度和效率，保證工業(yè)產(chǎn)能。該技術(shù)在節(jié)能和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)著工業(yè)生產(chǎn)朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。

工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)主要是針對(duì)電動(dòng)機(jī)的建設(shè)。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，需及時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)作狀態(tài)、能源消耗以及產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量等[2]。這些問題都直接影響著工業(yè)生產(chǎn)的建設(shè)。工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，為了提高變速控制技術(shù)的效果，不斷提高工業(yè)生產(chǎn)和建設(shè)的水平，應(yīng)結(jié)合電動(dòng)機(jī)本身的工作情況，不斷優(yōu)化和改進(jìn)變頻調(diào)速技術(shù)。完善變頻調(diào)速技術(shù)的過程中應(yīng)逐漸提高工業(yè)生產(chǎn)水平，在真正意義上落實(shí)工業(yè)電氣生產(chǎn)的建設(shè)維護(hù)工作。

2 變頻調(diào)速技術(shù)概述

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展

變頻調(diào)速技術(shù)20世紀(jì)90年代首次出現(xiàn)，并逐漸應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[3]。變頻調(diào)速控制技術(shù)問世以來，在工業(yè)領(lǐng)域一直受到了廣泛關(guān)注。隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，現(xiàn)如今變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要性能也得到了顯著提高?，F(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)中，變頻調(diào)速技術(shù)具有不可動(dòng)搖的重要地位。

2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的主要組成部件

變頻調(diào)速技術(shù)由許多個(gè)小部件組成。這些小部件發(fā)揮著重要作用，為促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。變頻調(diào)速技術(shù)主要由以下兩部分組成。第一，自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元。自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元作為變頻調(diào)速技術(shù)重要的組成部分，主要作用是在工業(yè)電氣生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)輸入的電壓和電流，從而更好地掌握電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)。自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元可以直接進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。為了保障變頻調(diào)速技術(shù)更好地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過0.5%時(shí)，電動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行閉環(huán)轉(zhuǎn)速并及時(shí)進(jìn)行反饋，最終達(dá)到良好的實(shí)際應(yīng)用效果。第二，轉(zhuǎn)矩和磁通兩種比較器。轉(zhuǎn)矩和磁通兩種比較器的作用原理非常簡(jiǎn)單，兩者會(huì)及時(shí)呈現(xiàn)反饋值和參考值，并對(duì)這兩種數(shù)值以每20 ms的時(shí)間間隔進(jìn)行對(duì)比。完成相同系列的事項(xiàng)后，兩種比較會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)的實(shí)際情況，借助“滯環(huán)調(diào)節(jié)器”進(jìn)行輸出，使得工作人員可以及時(shí)掌握電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)矩情況和磁場(chǎng)工作狀態(tài)，并且在問題出現(xiàn)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的解決措施[4]。

3 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

3.1 變頻調(diào)速技術(shù)為深度指示器設(shè)備提供失效保護(hù)預(yù)防措施

在實(shí)際的工業(yè)電氣設(shè)備和整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的操作過程中，一般采取各種包裝來防止電氣設(shè)備發(fā)生故障，以提高工業(yè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。整個(gè)工業(yè)電氣生產(chǎn)系統(tǒng)中，深度保護(hù)裝置非常重要，一旦深度指示器裝置出現(xiàn)故障，會(huì)對(duì)整個(gè)工業(yè)電氣生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，現(xiàn)代化工業(yè)電氣自動(dòng)化生產(chǎn)中都會(huì)采用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)深度指示器裝置提供有效的保護(hù)措施。設(shè)備運(yùn)行期間，需要定期處理處理設(shè)備的脈沖數(shù)字信號(hào)。處理過程中發(fā)現(xiàn)深度指示器裝置的數(shù)字信號(hào)沒有出現(xiàn)變化且設(shè)備存在異常狀況時(shí)，工作人員需立即采取相應(yīng)措施，切斷設(shè)備與工業(yè)電氣設(shè)備之間的聯(lián)系并進(jìn)行故障處理。

3.2 變頻調(diào)速技術(shù)在適應(yīng)設(shè)備電機(jī)模型單元中的應(yīng)用

變頻調(diào)速設(shè)備不斷適應(yīng)電機(jī)模型單元的基本原理是連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)控工業(yè)電氣設(shè)備的電流輸入頻率，科學(xué)合理地分析和確定工業(yè)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)以及實(shí)際工作狀態(tài)。此外，在工業(yè)電氣設(shè)備的扭矩控制上，實(shí)時(shí)監(jiān)控操作設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)可以為實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，是目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)電氣設(shè)備封閉運(yùn)行的重要方法之一。

3.3 變頻調(diào)速技術(shù)在設(shè)備安全保障中的應(yīng)用

變頻調(diào)速裝置的實(shí)際工作過程中，各種外部因素常常會(huì)干擾設(shè)備出現(xiàn)各種各樣的運(yùn)行故障。針對(duì)這種類型的故障問題，通常會(huì)針對(duì)性地采用一些安全保護(hù)措施，如配線和遮光等，在變頻調(diào)速技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中至關(guān)重要。配線是將它們分開并相互獨(dú)立運(yùn)行，以減小電磁感應(yīng)對(duì)變頻調(diào)速裝置控制系統(tǒng)造成影響。遮光是在變頻調(diào)速器的周圍放置一個(gè)遮陽(yáng)篷，減少光照對(duì)設(shè)備的影響。設(shè)備的底部配有橡膠墊。將橡膠墊和緩沖材料插入到變頻調(diào)速器的基座中，可避免一些復(fù)雜環(huán)境對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成影響。

3.4 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣設(shè)備節(jié)能降耗中的應(yīng)用

工業(yè)電氣設(shè)備操作運(yùn)行期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電氣設(shè)備的高負(fù)載、高能耗、低功率以及生產(chǎn)效率低等問題，不僅會(huì)增加工業(yè)生產(chǎn)成本，還會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。因此，實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用變速調(diào)速技術(shù)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況和設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸入電流的頻率來控制工業(yè)電氣設(shè)備的工作量和工作狀態(tài)。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，需確保工業(yè)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，保證工業(yè)電氣設(shè)備的實(shí)際工作量與預(yù)期工作量相匹配。

4 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的實(shí)際工程案例

下面結(jié)合實(shí)際工程案例來分析數(shù)控機(jī)床節(jié)能改造工業(yè)電氣工程中變頻技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[5]。首先，數(shù)控機(jī)床改造項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)功率為50 kW，速度在16 000 r/min。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目最大的問題在于電能的消耗太大，造成工業(yè)生產(chǎn)成本較高。為了能夠在一定程度上解決能耗問題并有效提高企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，很多數(shù)控機(jī)床工程大都采用工頻運(yùn)行方式。雖然它解決了能耗問題和在一定程度上降低了生產(chǎn)成本，但是還存在諸多問題有待解決。因此，現(xiàn)代化的工業(yè)電氣生產(chǎn)在數(shù)控機(jī)床節(jié)能項(xiàng)目中采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以不斷降低項(xiàng)目的投資成本，并有效提高效率，達(dá)到低能耗的目標(biāo)。其次，需要及時(shí)確定傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床工程的具體運(yùn)行方案。齒輪變速式主軸速度的選擇上有超過30多段可以選擇，因此在實(shí)際生產(chǎn)中很難精準(zhǔn)地控制橫線速度，且在操作系統(tǒng)的內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，需要有關(guān)人員定期維修和保養(yǎng)離合器。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床工程項(xiàng)目若不應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，將會(huì)極大地降低生產(chǎn)效率，同時(shí)需要更多的投資成本。

5 變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用效果

從上面的例子中可以看出，傳統(tǒng)的節(jié)能型數(shù)控機(jī)床改造工程存在很多缺陷，可以通過應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行解決。采用變頻調(diào)速技術(shù)不僅可以提高調(diào)速范圍、速度精度以及定位功能，還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，最大限度地降低能源消耗，使數(shù)控機(jī)床的操作流程變得簡(jiǎn)單，也可以幫助企業(yè)節(jié)省維修費(fèi)用。另外，變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用提高了工程項(xiàng)目的技術(shù)精準(zhǔn)度，有效提高了工業(yè)電氣生產(chǎn)的生產(chǎn)效率，保障了我國(guó)工業(yè)電氣自動(dòng)化生產(chǎn)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

6 變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用技術(shù)分析

6.1 負(fù)荷匹配技術(shù)

變頻器調(diào)速控制器的型號(hào)、功率以及實(shí)際的負(fù)載都必須與電動(dòng)機(jī)的功率相匹配，通常必須將逾量保持在10%以內(nèi)，確保系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)[6]。

6.2 變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾處理技術(shù)

避免電磁干擾是變頻調(diào)速裝置設(shè)計(jì)和使用的重要環(huán)節(jié)。特定的工作流程中，通過隔離、屏蔽和接地技術(shù)來抗干擾。

6.2.1 隔離技術(shù)

在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為了在傳導(dǎo)過程中避免產(chǎn)生干擾，通常在電源和放大器之間連接電纜來使用隔離變壓器，還可以使用聲隔離變壓器來控制電源隔離變壓器。同時(shí)，增加設(shè)備與干擾源之間的距離也是一種不錯(cuò)的降低干擾的有效方法。很多時(shí)候還會(huì)受到場(chǎng)地空間位置的限制，需要工作人員結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

6.2.2 屏蔽技術(shù)

電屏蔽技術(shù)是將適當(dāng)?shù)碾娐贰⒔M件和設(shè)備安裝在鋁、銅或者是具有磁性材料制成的屏蔽盒中，以確保電場(chǎng)和磁場(chǎng)不會(huì)穿過屏蔽盒進(jìn)行干擾。但是，信號(hào)有時(shí)不僅會(huì)受到噪聲的影響，還會(huì)受到周圍強(qiáng)交變磁場(chǎng)的相互影響。尤其是在大型工業(yè)生產(chǎn)工廠環(huán)境下，不僅需要考慮對(duì)磁場(chǎng)的屏蔽，還需要屏蔽一些導(dǎo)磁能力較好的金屬材料。

6.2.3 接地技術(shù)

（1）保護(hù)接地技術(shù)。保護(hù)性接地是將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中不帶電的金屬部件與導(dǎo)體進(jìn)行連接，進(jìn)而有效保護(hù)設(shè)備和工作人員的安全。在此過程中，它可以有效防止靜電的積聚，有效解決與信號(hào)干擾有關(guān)的問題。

（2）工作接地技術(shù)。工作接地是為了提高變頻調(diào)速系統(tǒng)和一些測(cè)量設(shè)備的精密度，采用信號(hào)回路接地和屏蔽接地的方式進(jìn)行處理。

7 結(jié) 論

綜上所述，對(duì)變頻技術(shù)的智能化應(yīng)用不僅提高了工業(yè)電氣設(shè)備自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，還促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的整體發(fā)展，是建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的必經(jīng)之路。因此，對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改善和研發(fā)，有利于降低電氣設(shè)備的功耗、優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)的效率以及提高電氣企業(yè)的市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。