高倩，楊曉峰，孟凡文

（濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)寧，272000）

0 引言

在人們生活水平日益改善的今日，對(duì)當(dāng)前社會(huì)的生產(chǎn)力也產(chǎn)生了更高的需求，變頻調(diào)速技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域取得較好效果，為實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制，電氣企業(yè)也將該技術(shù)運(yùn)用到電氣領(lǐng)域中，以增進(jìn)電氣企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的工作原理

在科學(xué)開(kāi)展電氣自動(dòng)化控制的過(guò)程中，技術(shù)人員可巧妙使用變頻調(diào)速技術(shù)，其運(yùn)用的主要原理為軟啟動(dòng)器的節(jié)能、功率因數(shù)的補(bǔ)償與變頻調(diào)速的節(jié)能等。

一方面，依照變頻調(diào)速技術(shù)的主要原理，工作電源的輸入頻率與其電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，其等式為n=60f（1-s）/p，其分別為轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差率與電機(jī)磁極對(duì)數(shù)等，通過(guò)電機(jī)工作電源頻率來(lái)改變其電機(jī)轉(zhuǎn)速。若電機(jī)整體的工作效率固定，當(dāng)其控制流量逐漸縮小時(shí)，其轉(zhuǎn)速也會(huì)下降，繼而引發(fā)功率的減小。

另一方面，當(dāng)電氣設(shè)備處在低功率狀態(tài)下時(shí)，其設(shè)備會(huì)呈現(xiàn)發(fā)熱狀態(tài)，不同程度的增加了線路損耗，降低其內(nèi)部的有效電能，縮減該設(shè)備的運(yùn)用效果、使用壽命，也造成了極大的資源浪費(fèi)，額外增加成本的同時(shí)會(huì)改變其運(yùn)行效率。在使用變頻調(diào)速技術(shù)后可切實(shí)補(bǔ)償設(shè)備中的功率因數(shù)，繼而減少電能損耗。

此外，一般來(lái)講，電氣設(shè)備的啟動(dòng)方法多為Y/D 啟動(dòng)或直接啟動(dòng)，在進(jìn)行啟動(dòng)的一瞬間，其電流會(huì)快速超出額定電流，甚至?xí)_(dá)到其數(shù)值的五倍以上，降低其使用壽命。若技術(shù)人員運(yùn)用了變頻調(diào)速技術(shù)可提升啟動(dòng)電流的穩(wěn)定性，降低其給電網(wǎng)帶去的沖擊，繼而保障此類設(shè)備的自動(dòng)化控制水準(zhǔn)[1]。

圖1 電機(jī)的工作原理

2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用實(shí)例

■2.1 確認(rèn)應(yīng)用方案

變頻調(diào)速技術(shù)在使用期間存有諸多優(yōu)勢(shì)，其可運(yùn)用在保護(hù)裝置、等速段與減速段的電氣自動(dòng)化控制中。為檢驗(yàn)該技術(shù)的應(yīng)用效果，研究人員挑選一項(xiàng)電氣工程實(shí)例，以數(shù)控機(jī)床的節(jié)能改造為例。

具體來(lái)說(shuō)，該數(shù)控機(jī)床的整體速度為1600r/min、主驅(qū)動(dòng)的功率在50kW 左右，由于此類裝置對(duì)電能的消耗較大，為增強(qiáng)企業(yè)效益，降低其內(nèi)部能耗，使用了工頻運(yùn)行法，該方式雖然獲得了一定效果，但不足之處過(guò)多，技術(shù)人員運(yùn)用了變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)改進(jìn)該數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行態(tài)勢(shì)。

在確認(rèn)改造方案時(shí)，技術(shù)人員選用了30 多段的齒輪變速主軸，如圖2 所示，要對(duì)其恒線速度實(shí)行精細(xì)化控制，針對(duì)其可能形成的故障隱患開(kāi)展定期維修。

圖2 變頻調(diào)速裝置

■2.2 不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.2.1 優(yōu)化保護(hù)裝置

電氣設(shè)備內(nèi)部的重要構(gòu)成帶有保護(hù)裝置，其可運(yùn)用在數(shù)控機(jī)床中，其能保證電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，若其出現(xiàn)故障，部分保護(hù)裝置將難以維持其原有效果，在失效后檢測(cè)不到危險(xiǎn)信號(hào)，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行。為保障保護(hù)類裝置的正常運(yùn)行，技術(shù)人員可更換保護(hù)方法，讓該器具始終處在穩(wěn)定、安全的狀態(tài)中。具體來(lái)說(shuō)，在使用變頻調(diào)速技術(shù)時(shí)，可有效記錄與收集電氣設(shè)備內(nèi)的脈沖信號(hào)，若數(shù)據(jù)信號(hào)沒(méi)有產(chǎn)生變化時(shí)，可了解到其出現(xiàn)問(wèn)題，針對(duì)其異常狀況開(kāi)展設(shè)備檢測(cè)，在解除異常后，重新讓保護(hù)裝置回到最初狀態(tài)。

2.2.2 控制等速區(qū)間

在正常的電氣企業(yè)中，電機(jī)設(shè)備的應(yīng)用較為廣泛，此類設(shè)備運(yùn)行的主要位置為等速區(qū)間，在使用變頻調(diào)速技術(shù)的過(guò)程中，借助相應(yīng)的信息技術(shù)平臺(tái)可有效控制該設(shè)備的運(yùn)行狀況，在電機(jī)拉動(dòng)設(shè)備時(shí)，當(dāng)其超速或過(guò)載運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)，從而對(duì)該區(qū)域起到切實(shí)的保護(hù)作用。通常來(lái)講，針對(duì)拉動(dòng)設(shè)備的電機(jī)來(lái)說(shuō)，其合理的工作速度需為此前設(shè)定的15%，若速率超出該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，該系統(tǒng)的運(yùn)行速度會(huì)減慢，會(huì)隔開(kāi)設(shè)備內(nèi)部的安全回路，利用緊急制動(dòng)裝置來(lái)緩解其運(yùn)行速度，繼而保障該區(qū)間的安全性[2]。相關(guān)設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置需進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，如控制設(shè)備運(yùn)行速度，其速度要在10%內(nèi)、密切關(guān)注運(yùn)行期間的系統(tǒng)參數(shù)，確保該數(shù)值可維持設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.2.3 應(yīng)用在減速區(qū)域

在電氣設(shè)備的減速區(qū)段中也可使用變頻調(diào)速技術(shù)，有效提升該區(qū)域的安全性、穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，技術(shù)人員在使用新型調(diào)頻技術(shù)時(shí)，可精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值，借助正確的使用方法降低其危險(xiǎn)系數(shù)。在運(yùn)用變頻設(shè)備與PLC系統(tǒng)的過(guò)程中，可適時(shí)觀察該區(qū)間中各項(xiàng)速度的改變，透過(guò)其變化特征來(lái)監(jiān)督電氣設(shè)備的運(yùn)行。若某些時(shí)段沒(méi)能達(dá)到減速要求，技術(shù)人員可進(jìn)行快速分析，在掌握了相應(yīng)原因后，設(shè)定出適宜的解決方案。為保障該區(qū)段的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，還應(yīng)科學(xué)分析數(shù)據(jù)值與安全值，適時(shí)監(jiān)控各項(xiàng)數(shù)值的整體運(yùn)行，當(dāng)其速度與此前設(shè)定的數(shù)值不一致時(shí)，要借助監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行安全警報(bào)，立即調(diào)整該系統(tǒng)的運(yùn)行速度，使其與規(guī)定值保持一致。

■2.3 采用變頻調(diào)速技術(shù)

2.3.1 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

在了解到變頻調(diào)速技術(shù)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)后，設(shè)計(jì)人員要將該技術(shù)運(yùn)用到此項(xiàng)工程中。電氣設(shè)備內(nèi)部的負(fù)載數(shù)與變頻調(diào)速的關(guān)聯(lián)性較大，在數(shù)控系統(tǒng)中變頻調(diào)速技術(shù)可保護(hù)著多項(xiàng)電氣裝置。

針對(duì)數(shù)控機(jī)床的改造，在改造過(guò)程中其保護(hù)裝置失去效果，該器械無(wú)法檢測(cè)電氣設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行，技術(shù)人員也難以了解當(dāng)前該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，等速區(qū)間與減速區(qū)段也出現(xiàn)了不同程度的問(wèn)題，電力拉動(dòng)設(shè)備的速率正急速升高，減速區(qū)域也存有較多不符合要求的區(qū)段，在發(fā)現(xiàn)相關(guān)問(wèn)題后，技術(shù)人員需采用合適的技術(shù)手段來(lái)加強(qiáng)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。

2.3.2 使用變頻調(diào)速技術(shù)

試驗(yàn)人員為保障電氣設(shè)備的運(yùn)行安全，將變頻調(diào)速技術(shù)放置到該裝置的改造中，對(duì)保護(hù)裝置設(shè)置了不同程度的保護(hù)，還依照專業(yè)技術(shù)要求適時(shí)調(diào)整了減速區(qū)段與等速區(qū)間，通過(guò)一段時(shí)間的觀察后，保護(hù)裝置已重新回歸到正常狀態(tài)。

針對(duì)等速區(qū)間的保護(hù)，技術(shù)人員科學(xué)測(cè)量該電氣設(shè)備的運(yùn)行速度，并設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的額定值，通過(guò)手動(dòng)與機(jī)械相結(jié)合的方式調(diào)整該等速段的速度，使其實(shí)際速度在額定速度的15%以內(nèi)，若安全回路的整體速度超出繼電器動(dòng)作，則該裝置會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)安全回路，繼而實(shí)施緊急制動(dòng)方案。在保護(hù)等速度期間，技術(shù)人員利用變頻調(diào)速技術(shù)將其分成兩個(gè)階段，其一，若運(yùn)行速度在額定速度的10%，該裝置會(huì)立即發(fā)出以聲光為主的警報(bào)信號(hào)；其二，若速度處在正常狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)在恢復(fù)正常工作的同時(shí)還會(huì)及時(shí)解除警報(bào)信號(hào)，此方式可最大化降低設(shè)備緊急制動(dòng)時(shí)帶來(lái)的傷害。

在保護(hù)減速區(qū)段期間，由于該區(qū)域?qū)匐姎庠O(shè)備的關(guān)鍵位置，若減速點(diǎn)內(nèi)速度的設(shè)計(jì)不合理，將影響電氣設(shè)備的整體運(yùn)行。技術(shù)人員利用PLC 系統(tǒng)來(lái)采樣電氣設(shè)備中的運(yùn)行速度，將其與此前規(guī)定的速度開(kāi)展詳細(xì)比對(duì)，若其速度大于規(guī)定速度，可在PLC 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置對(duì)應(yīng)性警報(bào)，借助裝置保護(hù)來(lái)改進(jìn)減速區(qū)段的運(yùn)行水平。

2.3.3 試驗(yàn)結(jié)果

在完成變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)用試驗(yàn)后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)該數(shù)控機(jī)床中的各項(xiàng)設(shè)備帶有多種保護(hù)裝置，無(wú)論是保護(hù)裝置、減速區(qū)段還是等速區(qū)間皆能夠重新運(yùn)行。多項(xiàng)設(shè)備在運(yùn)行期間企業(yè)管理人員要派遣專業(yè)的監(jiān)管人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)督查，通過(guò)科學(xué)監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)此類保護(hù)裝置的作用與價(jià)值。在開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)督查期間，相關(guān)人員需適時(shí)監(jiān)察其各項(xiàng)環(huán)節(jié)，保障每個(gè)數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)性、科學(xué)性。當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行速度與標(biāo)準(zhǔn)速度不符時(shí)，保護(hù)裝置則會(huì)發(fā)揮效用，自動(dòng)調(diào)整其內(nèi)部速度，使其始終保持在正常的運(yùn)行范圍中，保障電氣設(shè)備的運(yùn)行效率。

3 總結(jié)

綜上所述，隨著電氣自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用，其能改進(jìn)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，在采用變頻調(diào)速技術(shù)的過(guò)程中，可有效增強(qiáng)電氣內(nèi)部各項(xiàng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，促進(jìn)企業(yè)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。