沈阳有色冶金设计研究院 辽宁沈阳 110003
摘要：近年来，随着工业电气自动化的迅速发展，变频调速技术得到人们的密切关注，并广泛应用在工业电气自动化中。因此，文章先对变频调速技术进行了概述，并对变频调速设备的主要构成部分及应用进行了详细的阐述。
关键词：变频调速；工业电气自动化；调速技术
1变频调速技术概述
变频调速技术的原理是通过电机转速与工作电源的输入频率成正比来实现的。在电机控制过程中，改变电机工作电源的频率就可以改变电机的转速。变频器就是基于以上原理开发设计的，该技术初始于20世纪70年代初，国外学者提出了相关的控制理论，对于交流电动机的耦合问题，用该理论解耦成功，并且，根据直流条件下的调速原理进行矢量的变换，明显的提高了交流调速的能力。在这个理论提出后，相关学者对其进行了完善，一个德国的学者在研究电压逆变器时，对于转子磁力链和定子磁力链进行了角度控制，可以成功控制两链之间的夹角，从而在控制电动机转矩时可以实现对其转矩的直接控制。该学者研究的方法简单易行，可以用相对较小的参数来完成模型的建立。目前变频调速技术的控制的现状是，该技术效果比直流调速好，在可靠性方面，该技术性能也在日益提高，已经大范围的使用在工业电气自动化、计算机控制、工业系统中，并且实用性更强。因此，现如今的直流调速技术已经渐渐在多领域被变频调速技术取代，研究变频调速技术，使其在应用中更加可靠完善，已成为工业电气自动化发展的必然趋势。
变频调速技术造价低廉、生产效率高。通过长时间的努力研发与改进，现如今变频调速器的所有零部件大都采用高生产效率的工艺制造而成，引入了新型生产技术，使得设备的生产能够在更短的时间内完成，降低了生产成本，更好的满足不同工业领域需求。变频调速器的出现，使得生产过程中的通用性得以实现，避免了不同领域、不同地区必须使用不同变频设备的麻烦，同时极大的提高了变频调速技术的可推广性。目前市面上比较为常见的几类变频调速器的性能仍处于不断的优化之中。以独立式变频调速器为例，独立式变频调速器可以实现整流单元与逆变单元的一体化安置，极大的提升了设备使用的便捷性，因此独立式变频调速器的应用受到了工业电气自动化控制领域的广泛认可。
2变频调速设备的主要构成部分
2.1自适应电机模型模块
该模块是变频系统的重要构成部分，其主要功能在于对电机的输入电流和电压进行检测，确保输入电源满足电机的基本参数。同时，该模块还通过对转矩进行直接控制，完成对电机的调速功能。在工业电气自动化系统中，变频调速技术通常在转速控制精度超过0.5%时，使用闭环转速进行反馈控制，从而达到控制电机转速的目的。
2.2脉冲优化选择器
在具体的设计过程中，通过选择合适的控制芯片，并设定对应调制方式(OFDM)的信号源，然后编写模块电路，实现对应的主要功能，包括FFT、插入循环前缀、缓冲模块以及D/A转换功能。为了保证设计模块具有对应的功能，在设置之后需要对OFDM信号源进行仿真试验，保证结果最终通过。另外，为了避免在载荷超出设计值而烧坏控制电路，需要在电路中增加设置浪涌抑制保护设备，保证整个电路处于安全、可靠运行状态。
2.3转矩与磁通比较器
转矩与磁通比较器的主要功能是将反馈信号与参考值进行周期性的对比，并在此之后通过滞环调节设备将转矩或者磁场状态输出，从而获得转矩与磁场的实时状态，为控制操作提供数据参考。
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3变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用
3.1矿井提升设备深度指示器保护
煤矿井下提升设备在运行的过程中需要设置多重保护机制，以确保整个提升设备安全运行，其中深度指示器发挥至关重要的作用，一旦其失效将导致其他多重保护措施的失效，危及设备正常工作。在设置变频调速设备的过程中，启动电机之后，将采样周期内的各个编码器发出的脉冲数目叠加处理，并将采样前后的数值进行对比，若没有发生变化，这判断深度指示设备已经失效。这时，变频调速设备要确认提升设备是否已经进入到爬行区，若没有进入爬行区，则变频调速设备发出对应的告警信号，提醒操作人员注意；若提升设备进入到爬行区，则主动发出制动信号。
3.2电机等速区间超速保护
电机拉动设备处于等速运行区间的超速保护对避免提升系统过载尤为重要，同时也是速度检测设备对提升设备运行速度进行测量的根据。若设备运行速度超出额定速度15%，则变频系统的继电设备动作将比安全回路速度慢，将安全回路断开，通过紧急制动措施降低设备运行速度，避免过载而造成提升系统故障。为了减少等速区间超速带来的冲击危害，实际控制过程中将速度分为两个保护阶段：①运行速度超过额定速度的10%时，系统发出声光告警信号，提醒操作人员采取限速措施；②当速度恢复正常运行后，系统将自动恢复正常状态，确保整个系统处于稳定运行状态。
3.3电机减速区段的低速保护
减速区间段是提升设备运行稳定性的重要阶段，同时也是减速点之后提升机事故的多发区间段。从减速开始直到提升设备安全到达设定位置/停车，是整个减速过程中极为重要的环节。变频设备通过PLC实现对提升设备运行速度的实时采样，并将采集得到的速度有设定值进行对比，一旦超过设定的速度，PLC控制系统将自动发出警报，并对提升设备进行制动、减速。
4变频调速技术应用技术分析
4.1负荷匹配技术
变频调速设备的型号、容量以及实际载荷等，要与电机功率相匹配，通常裕量应该控制在10%以内，以保证系统处于安全稳定运行状态。
4.2变频调速系统的抗干扰处理技术
变频调速设备设计和使用过程中，防止电磁干扰是关键环节。在具体的操作过程中，可通过软件和硬件两种抗干扰技术方式，具体来讲主要包括隔离、屏蔽、接地等技术。
4.2.1隔离技术
在变频调速传动系统当中，一般在电源与放大器的连接线缆之间使用隔离变压器来避免传导过程中出现干扰，电源隔离变压器可使用噪声隔离变压器进行隔离控制。同时，通过增加受干扰电路、设备和装置与干扰源之间的距离也是一种降低干扰的有效方式。但是，这通常容易受到场地的限制，需要在实际的处理过程中结合场地情况。
4.2.2屏蔽技术
对于电气屏蔽技术，一般是将相关的电路、元器件、设备安装在由铝、铜或者是磁性材料制成的屏蔽箱中，确保电场、磁场不会穿过这些屏蔽箱。但是，在相关场合中，信号不但受到点噪声的影响，而且还受到周围较强的交变磁场影响，尤其是在重型机械厂、冶炼厂等环境下，这时不但需要考虑磁屏蔽，还应该考虑使用铁、镍等导磁能力较好的导体进行屏蔽处理。
4.2.3接地技术
（1）保护接地。保护接地即将变频调速控制系统中不带电的金属部分与地面的良好导体相连，从而保护设备和人身安全。在这个过程中，也能够有效防止静电的积聚，有效抑制信号干扰问题。
（2）工作接地。工作接地即为了保证变频调速系统及相关的测量设备的精度达到要求而进行接地，通常包括机器逻辑地、信号回路接地和屏蔽接地等处理方法。
5结语
当前，生产制造领域通过广泛应用变频调速技术显著的降低了生产能耗，在确保生产安全和质量的同时，给企业带来了较好的经济效益。变频调速设备在设计和使用的过程中应该根据生产适时的进行创新与完善，不但能够降低工业电气自动化系统的能耗，还能够有效改善工艺条件。
参考文献
[1]杨克香.变频调速在工业电气自动化控制中的运行思路[J].科技传播,2014(9).
[2]韩齐丽,王娜，董琳.变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用[J].中国机械,2013(7).
[3]席李岩.变频调速在工业电气自动化控制中的运行思路探究[J].江西建材，2014（20）：202+215.
论文作者:陈萧殷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/13
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