霍建振

臨沂大學自動化與電氣工程學院 山東臨沂 276000

工業(yè)作為我國重要的經濟支柱產業(yè)對國家的經濟發(fā)展和社會繁榮起到了重要的作用。提高工業(yè)生產效率，降低能源消耗會顯著提高工業(yè)企業(yè)的利潤和技術附加值，實現工業(yè)的健康綠色發(fā)展。利用變頻調速技術，能有效提高工業(yè)自動化生產中電機驅動效率，降低電能消耗，并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電網適應性，在整體上提升了工業(yè)自動化系統(tǒng)的性能和可靠性。

1 變頻調速技術涵義及應用價值

1.1 變頻調速技術簡述

變頻調速技術的主要原理是根據電機轉速與電源輸入頻率成正比的關系：數學表達式為n=60f(1-s)/p，其中n代表電動機轉速，f代表電源頻率，s是轉差率，p代表電動機的極對數，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的[1]。工業(yè)變頻器便是基于上述原理研發(fā)設計的，并廣泛應用于工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)中。

1.2 變頻調速技術在工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)中的應用價值

自動化技術的顯著優(yōu)點是能有效提高工業(yè)生產效率，變頻調速技術繼承發(fā)揚了這一優(yōu)點，與自動化技術的有效融合，很大程度上提高了工業(yè)電氣生產的自動化水平和生產效率。工業(yè)產業(yè)作為現代社會的產業(yè)支柱，對能源的消耗量是巨大的，且電力傳動系統(tǒng)表現出了非常明顯的復雜性，在電氣系統(tǒng)運行過程中，電動機長時間處于正轉反轉、低速高速頻繁切換的狀態(tài)下運行，利用變頻調速技術可保障其安全可靠的運行，減少在運行過程中對電氣設備的磨損，從而有效節(jié)約設備維護成本，增加工業(yè)企業(yè)的生產經營效益[2]。

2 變頻調速技術的優(yōu)缺點分析

2.1 變頻調速技術的優(yōu)點

（1）電機啟動沖擊小。大功率電動機在啟動瞬間，啟動電流過大，會影響電動機的使用壽命，同時大啟動電流對電網沖擊影響很大，會導致電源電壓突然波動，影響同一電網內其它負荷設備的正常工作。利用變頻調速技術，通過對電機啟動頻率的控制，能實現電機緩慢啟動，使電源頻率從低到高輸出，電機轉速逐漸上升，從而控制電機啟動電流，變頻調速技術對電機和電源起到了有效的保護作用。

（2）電機調速性能好。變頻調速技術調速范圍寬，調速動態(tài)響應快，且調速過程平滑沖擊少，能實現從0HZ到幾百HZ的頻率輸出范圍，而且線性度很高，適合應用于各種電機各種場合的調速，如提升機，機床，電動汽車，生活水泵、消防泵、穩(wěn)壓泵等調速速度和精度要求較高的場合均須用到變頻調速技術[3]。

（3）可以有效節(jié)約電能。變頻調速技術的應用可以大范圍改變電機運行轉速，電機在低速運行工況時能耗極大下降，能有效節(jié)約電力能源成本。

（4）電源適應性強。變頻器通常配置直流母線電容器，對電網電壓波動具有較強的適應性，能在額定電壓5%-10%的范圍內滿負荷輸出，在突然出現電網壓降時，變頻器能在5個周期內失電運行不跳閘，在輕載狀態(tài)下可失電運行更長時間。

2.2 變頻調速技術的缺點和不足

（1）產生諧波。變頻器輸入側一般采用普通移相整流技術，低頻狀態(tài)有較大的波形畸變，會給電網造成一定的諧波污染，尤其在缺少電磁隔離設備時，對電源波形影響較大。隨著變頻調速技術的發(fā)展，部分廠家已在變頻器內部設置輸入/輸出濾波器，以避免其產生的諧波。

（2）設備投入成本較高。變頻調速技術中用到的功率器件如IGBT模塊成本較高，并且耐壓能力有限，難以在高壓（10KV等級）狀態(tài)下工作運行，因此，在高電壓、大容量變頻調速時，需要利用變壓器先對電源降壓，再調頻，再進行升壓，這一過程加大了設備投資和系統(tǒng)損耗，造成系統(tǒng)成本上升[4]。

3 變頻調速技術在工業(yè)電氣自動化控制系統(tǒng)中的實際應用

3.1 V-F控制技術

V-F控制技術是指保證輸出電壓與控制頻率成正比，使電機的磁通量保持一定，避免出現弱磁場和磁飽和現象。V-F控制模式主要應用于風機水泵類負載節(jié)能變頻器，由壓控振蕩器實現。V-F控制的原理是產生一種振蕩頻率電路，稱為壓控振蕩器，它是一種受電壓變化而產生電容變化的壓敏電容器。當電壓變化時，它的電容量就會發(fā)生改變。電容的變化會引起振蕩頻率的變化，產生頻率的變化，將此控制頻率用于輸出電壓的頻率，使被控制電機的轉速發(fā)生改變。

3.2 矢量控制技術

矢量控制技術是基于轉子磁場定向的采用矢量變換方法對定子電流的激勵分量和轉矩分量進行解耦。實現了對交流電動機磁通量和電流分別進行控制的目的，使電機獲得更好的靜態(tài)和動態(tài)性能[5]。

3.3 直接轉矩控制技術

在矢量控制技術應用廣泛之后，德國誕生了一種新型的高性能變頻調速技術——直接轉矩控制（DTC）。和矢量控制相比，直接轉矩控制技術具有更為優(yōu)化的性能。它采用電子磁場定向，不需要對電流進行解耦，可以直接控制電機的磁通量和轉矩，從而得到更快速的轉矩響應。

3.4 數字控制技術

隨著計算機和電子信息技術的快速發(fā)展，數字控制技術成為了變頻調速技術未來發(fā)展的主流趨勢，數字控制技術計算速度快，控制精度高，能有效提升電機驅動性能和效率，同時降低了運行噪聲。此外，采用數字控制技術的變頻器體積會縮小很多，比傳統(tǒng)的矢量控制和直接轉矩控制具有更明顯的優(yōu)勢。

4 結語

綜上所述，在工業(yè)電氣自動化系統(tǒng)中，利用變頻調速技術能夠有效提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)對電源的適應性，同時能節(jié)約大量電能，提高工業(yè)企業(yè)的生產效率并降低能源成本，為企業(yè)帶來更高的經濟效益，變頻調速技術在廣泛的應用中獲得了長足的發(fā)展和進步，未來應繼續(xù)進行完善和創(chuàng)新工作，提高我國工業(yè)生產的自動化水平。