彭瑤

摘要：在工業(yè)電氣自動(dòng)化應(yīng)用中控制設(shè)備大多數(shù)耗電量都比較大，而且消耗材料也比較多，以供水行業(yè)及數(shù)控機(jī)床為例，為了能夠有效的解決這一問題，用戶經(jīng)常采用的方法是工頻方式，這種方法有一定的效果，但是因?yàn)槠淞觿?shì)比較明顯，啟動(dòng)電流大對(duì)電機(jī)和同電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備會(huì)產(chǎn)生影響，且不能進(jìn)行變頻調(diào)速，所以并不提倡使用，經(jīng)過(guò)研究，相關(guān)人員在數(shù)控機(jī)床中使用了變頻調(diào)速技術(shù)，其效果非常好，不僅避免了工頻技術(shù)的劣勢(shì)，還提高了作業(yè)效率與質(zhì)量，有效地達(dá)到了節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速技術(shù)；工業(yè)；電氣自動(dòng)化；控制

一、變頻調(diào)速技術(shù)

1.1變頻調(diào)速技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展

變頻調(diào)速技術(shù)是隨著技術(shù)研究的深入和實(shí)際工作的需要而產(chǎn)生的，最早出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)80年代，自該技術(shù)產(chǎn)生以來(lái)，在工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，并且其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其性能也得到不斷的提升，從最初的電壓頻率基本控制，到后來(lái)矢量轉(zhuǎn)矩控制的誕生，變頻調(diào)速技術(shù)在不斷地進(jìn)步，對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。

1.2變頻調(diào)速技術(shù)的主要組成部件

a.自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元。該單元是不可缺少的重要組成部件，在具體應(yīng)用過(guò)程中，它的主要作用是檢測(cè)輸入電動(dòng)機(jī)的電壓和電流，以達(dá)到識(shí)別電動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的目的，也有業(yè)內(nèi)人士稱之為電機(jī)自學(xué)習(xí)，有分動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)自學(xué)習(xí)。就該電動(dòng)機(jī)模型來(lái)說(shuō)，它具有著重要的作用，是進(jìn)行轉(zhuǎn)矩直接控制的關(guān)鍵單元。工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，通常情況下當(dāng)轉(zhuǎn)速控制精度大于0.5%時(shí)，可運(yùn)用閉環(huán)轉(zhuǎn)速進(jìn)行反饋，從而達(dá)到高精度控制的目的。

b.脈沖優(yōu)化選擇器。具體應(yīng)用時(shí)可選用CycloneIIEP2C5Q208C8芯片處理信息，選擇完成之后，設(shè)計(jì)OFDM調(diào)制方式的信號(hào)源，并編寫5個(gè)模塊組成的電路，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，主要包括星座映射、FFT、插入循環(huán)前綴、緩沖模塊、D/A功能。為了驗(yàn)證這些模塊的功能，通過(guò)OFDM信號(hào)源進(jìn)行仿真驗(yàn)證。當(dāng)上述工作完成之后，接下來(lái)進(jìn)行最后一項(xiàng)任務(wù)，設(shè)計(jì)完成OFDM信號(hào)源，具體工作包括軟件仿真和FPGA硬件驗(yàn)證。需要注意的是，電解電容器的容量具有很強(qiáng)的離散性，可能會(huì)導(dǎo)致他們承受的電壓出現(xiàn)不相等的情況出現(xiàn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)不利影響，要采取措施對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，從而達(dá)到消除離散性影響的目的。常用的處理辦法是：在電容旁各并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻。

c.轉(zhuǎn)矩和磁通比較器。這兩類比較器的作用是將反饋值與參考值分別進(jìn)行對(duì)比，并且每20ms比較一次。比較完成后，通過(guò)滯環(huán)調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩或者磁場(chǎng)狀態(tài)，從而能夠及時(shí)掌握轉(zhuǎn)矩狀態(tài)和磁場(chǎng)狀態(tài)，為采取相應(yīng)的措施提供依據(jù)。

二、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

2.1礦井提升設(shè)備深度指示器保護(hù)

煤礦井下提升設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中需要設(shè)置多重保護(hù)機(jī)制，以確保整個(gè)提升設(shè)備安全運(yùn)行，其中深度指示器發(fā)揮至關(guān)重要的作用，一旦其失效將導(dǎo)致其他多重保護(hù)措施的失效，危及設(shè)備正常工作。在設(shè)置變頻調(diào)速設(shè)備的過(guò)程中，啟動(dòng)電機(jī)之后，將采樣周期內(nèi)的各個(gè)編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)目疊加處理，并將采樣前后的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，若沒有發(fā)生變化，則判斷深度指示設(shè)備已經(jīng)失效。這時(shí)，變頻調(diào)速設(shè)備要確認(rèn)提升設(shè)備是否已經(jīng)進(jìn)入到爬行區(qū)，若沒有進(jìn)入爬行區(qū)，則變頻調(diào)速設(shè)備發(fā)出對(duì)應(yīng)的告警信號(hào)，提醒操作人員注意；若提升設(shè)備進(jìn)入到爬行區(qū)，則主動(dòng)發(fā)出緊急制動(dòng)信號(hào)。

2.2電機(jī)等速區(qū)間超速保護(hù)

電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備處于等速運(yùn)行區(qū)間的超速保護(hù)對(duì)避免提升系統(tǒng)過(guò)載尤為重要，同時(shí)也是速度檢測(cè)設(shè)備對(duì)提升設(shè)備運(yùn)行速度進(jìn)行測(cè)量的根據(jù)。若設(shè)備運(yùn)行速度超出額定速度15%，則變頻系統(tǒng)的繼電設(shè)備動(dòng)作將比安全回路速度慢，將安全回路斷開，通過(guò)緊急制動(dòng)措施降低設(shè)備運(yùn)行速度，避免過(guò)載而造成提升系統(tǒng)故障。為了減少等速區(qū)間超速帶來(lái)的沖擊危害，實(shí)際控制過(guò)程中將速度分為兩個(gè)保護(hù)階段：①運(yùn)行速度超過(guò)額定速度的10%時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光告警信號(hào)，提醒操作人員采取限速措施；②當(dāng)速度恢復(fù)正常運(yùn)行后，系統(tǒng)將自動(dòng)恢復(fù)正常狀態(tài)，確保整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

2.3電機(jī)減速區(qū)段的低速保護(hù)

減速區(qū)間段是提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的重要階段，同時(shí)也是減速點(diǎn)之后提升機(jī)事故的多發(fā)區(qū)間段。從減速開始直到提升設(shè)備安全到達(dá)設(shè)定位置/停車，是整個(gè)減速過(guò)程中極為重要的環(huán)節(jié)。變頻設(shè)備通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)提升設(shè)備運(yùn)行速度的實(shí)時(shí)采樣，并將采集得到的速度有設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，一旦超過(guò)設(shè)定的速度，PLC控制系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，并對(duì)提升設(shè)備進(jìn)行制動(dòng)、減速。當(dāng)然，變頻設(shè)備本身也可以通過(guò)直流制動(dòng)、失速保護(hù)、零速轉(zhuǎn)矩控制等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。

三、變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用技術(shù)分析

3.1負(fù)荷匹配技術(shù)

變頻調(diào)速設(shè)備的型號(hào)、容量以及實(shí)際載荷等，要與電機(jī)功率相匹配，通常裕量應(yīng)該控制在10%以內(nèi)，以保證系統(tǒng)處于安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

3.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾處理技術(shù)

3.2.1隔離技術(shù)

在變頻調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，一般在電源與放大器的連接線纜之間使用隔離變壓器來(lái)避免傳導(dǎo)過(guò)程中出現(xiàn)干擾，電源隔離變壓器可使用噪聲隔離變壓器進(jìn)行隔離控制。同時(shí)，通過(guò)增加受干擾電路、設(shè)備和裝置與干擾源之間的距離也是一種降低干擾的有效方式。但是，這通常容易受到場(chǎng)地的限制，需要在實(shí)際的處理過(guò)程中結(jié)合場(chǎng)地情況。

3.2.2屏蔽技術(shù)

對(duì)于電氣屏蔽技術(shù)，一般是將相關(guān)的電路、元器件、設(shè)備安裝在由鋁、銅或者是磁性材料制成的屏蔽箱中，確保電場(chǎng)、磁場(chǎng)不會(huì)穿過(guò)這些屏蔽箱。但是，在相關(guān)場(chǎng)合中，信號(hào)不但受到點(diǎn)噪聲的影響，而且還受到周圍較強(qiáng)的交變磁場(chǎng)影響，尤其是在重型機(jī)械廠、冶煉廠等環(huán)境下，這時(shí)不但需要考慮磁屏蔽，還應(yīng)該考慮使用鐵、鎳等導(dǎo)磁能力較好的導(dǎo)體進(jìn)行屏蔽處理。

3.2.3接地技術(shù)

（1）保護(hù)接地。保護(hù)接地即將變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中不帶電的金屬部分與地面的良好導(dǎo)體相連，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。在這個(gè)過(guò)程中，也能夠有效防止靜電的積聚，有效抑制信號(hào)干擾問題。

（2）工作接地。工作接地即為了保證變頻調(diào)速系統(tǒng)及相關(guān)的測(cè)量設(shè)備的精度達(dá)到要求而進(jìn)行接地，通常包括機(jī)器邏輯地、信號(hào)回路接地和屏蔽接地等處理方法。

3.3脈沖優(yōu)化選擇器

變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)電氣自動(dòng)化中在對(duì)信息進(jìn)行處理時(shí)應(yīng)用的是 Cyclone IIEP2C5Q208C8芯片，其信號(hào)源 FPGA的實(shí)現(xiàn)是基于 OFDM 的設(shè)計(jì)而調(diào)制成的，若是實(shí)現(xiàn)星座映射的話，需要編寫 5個(gè)模塊來(lái)組成電路，依據(jù)信號(hào)源的建立來(lái)對(duì)各個(gè)模塊的性能進(jìn)行驗(yàn)證，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件仿真以及 FPGA硬件等的驗(yàn)證。致使它們所要承受的電壓各不相同，其主要原因在于電容器容量在電解時(shí)具有較大的離散性，因此需要在每一個(gè)電容的旁邊并聯(lián)一個(gè)與其阻值一致的電阻來(lái)清除其離散性，以免造成更大的影響對(duì)系統(tǒng)。

四、總結(jié)

在保證生產(chǎn)安全和質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)的成本是企業(yè)或者工廠取得高效益的重要的手段，所以目前各個(gè)生產(chǎn)的領(lǐng)域都采用了變頻調(diào)速器，滿足在生產(chǎn)當(dāng)中節(jié)能降耗的要求，所以在變頻調(diào)速器中要增加具有上述所述的功能的模塊之外，在調(diào)速器的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中還需要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)要求不斷的將調(diào)速器的功能和作用加以創(chuàng)新和完善，使變頻調(diào)速器在工業(yè)電氣自動(dòng)化的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步的提高其節(jié)能的價(jià)值，改善工業(yè)生產(chǎn)的條件，為生產(chǎn)創(chuàng)造更多的便利條件，適應(yīng)科技快速發(fā)展的形勢(shì)。

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