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摘要：本文对工业电气自动化控制中变频调速技术的基本含义与实际应用价值进行了阐述，并总结了其优缺点，重点对工业电气自动化控制中经常应用的几种变频调速技术进行了系统分析，主要包括V-F控制技术、矢量控制技术、直接转矩控制技术以及数字控制技术，变频调速技术在工业电气自动化系统中的应用，可以显著提升系统运行的稳定性与效率，提升我国工业电气自动化水平。
关键词：电气自动化；控制；变频调速技术
在任何国家，工业都属于经济支柱产业，在促进国家经济发展，维持社会稳定方面都发挥着非常重要的作用。有效提升工业生产效率，并不断降低单位能耗可以有效提升工业经营利润与技术附加值，促进工业的可持续生态发展。采用变频调速技术，可以显著提升工业自动化生产过程中电机设备的驱动效率，使电能消耗明显减少，并提升电力系统运行的稳定性与电网适应性，从而保证工业自动化系统能够保持高性能运转，取得更好的生产效益。
一、变频调速技术
变频调速技术基本的工作原理是依据电机转速和电源输入频率之间的正比关系（数学表达式为n=60f(1-s)/p，其中n为电动机转速，f为电源频率，s为转差率，p为电动机极对数），通过调整电动机工作状态下的电源频率实现电机转速的变化。工业所使用的变频器就是以此为基础进行设计的，在工业电气自动化系统中得到了广泛应用。
自动化技术具有显著的应用优势，可以有效提升工业生产的效率，而变频调速技术也充分继承了这一巨大优势，通过与自动化生产技术的完美结合，明显提升了工业电气生产的生产效率与自动化水平。在现代社会中，工业生产是重要的支柱产业，但是所消耗的能源量非常大，而且配置的电力传动系统复杂程度比较高，在电力系统实际工作过程中，高功率电动机会长期在低速高速、正转反转之间非常频繁的切换，通过变频调速技术能够保证电动机的稳定运行，有效减少电动机工作中对电气设备造成的磨损，降低设备维护花销，从而直接提高工业企业的经营效益。
二、变频调速技术优缺点分析
1、变频调速技术的优点
（1）电机启动冲击小 当电动机功率比较大时，在设备启动的瞬间，产生电流会非常大，对电动机使用年限会产生直接影响，而且启动电流过大还会影响电网冲击，造成电源电压在短时间内出现剧烈的波动，对电网中其他正在运转的负荷设备产生影响，导致其无法正常工作。通过变频调速技术，可以有效控制电机的正常启动频率，让电机可以缓慢启动，避免瞬间过大电流产生，而且电源频率可以从低到高循序输出，电机转速稳步提高，以此形成对电机启动电流的稳定控制。因此，变频调速技术能够起到很好的保护电机与电源的作用。
（2）电机调速性能好 变频调速技术所涉及的调速范围比较宽，调速动态实现响应的时间很短，而且整个调速过程产生的冲击很小，频率输出范围可以从0赫兹到几百赫兹，线性度非常高，可以适用于各种调速场合和各种型号的电机，如提升机、电动汽车、消防泵、机床、生活水泵以及稳压泵等对调速精准度与速度要求都非常高的场合，变频调速技术都可以放心应用。
（3）有效节约电能 在工业电气自动化控制中应用变频调速技术能够有效调节电机运行转速，当电机处于低速运转状态时，其能耗会大幅降低，从而可以大量减少电力能源成本。
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（4）电源适应性强 变频器一般配置的都是直流母线电容器，在适应电网电压波动方面的能力非常强，可以在额定电压5%到10%的正常范围内进行满负荷输出，如果突然发生电网压降情况，变频器可以五个周期内在失电运行的状态下不跳闸，如果处于轻载状态，则失电运行时间可以更长。
2、变频调速技术的不足
（1）产生谐波 在变频器输入侧通常应用移项整流技术，当处于低频状态时会出现较为严重的波形畸变，从而在电网中产生谐波污染，特别是在没有配置电磁隔离设备的情况下，会对电源波形产生非常大的影响。随着变频调速技术的不断进步，目前部分厂家在生产的变频器中设置输入/输出滤波器，用来防止产生谐波。
（2）设备投入成本高 在变频调速技术中采用的功率器件成本都比较高，但耐压性能却比较低，无法在高压状态下保持稳定运行，所以，在对高电压、大容量进行变频调速时，应先通过变压器做好电源降压处理，再进行调频操作，最后进行升压处理，但是这一复杂过程会加重设备的损耗，增加生产成本。
三、工业电气自动化控制中变频调速技术的应用
1、V-F控制技术 该技术指的是在保证控制频率和输出电压呈正比的情况下，使电机自身的磁通量维持在一定水平，以免出现磁饱和或者弱磁场等问题。V-F控制模式常见于风机水泵类型的负载节能变频器中，通过压控振荡器达成效果。V-F控制的基本原理是形成振荡频率电路，人们通常称之为压控振荡器，是在电压发生变化的情况下出现电容变化的一种压敏电容器。如果电压发生变化，其电容量也会随之出现变化。电容变化导致的结果就是振荡频率发生改变，从而出现频率变化，如果将该控制频率应用在输出电压自身的频率，则被控制的电机转速会相应的出现变化。
2、矢量控制技术 该技术指的是以转子磁场为基础，定向选择矢量变换方法解耦定子电流的转矩分量与激励分量，以此实现分别控制交流电动机的电流与磁通量的目的，确保电机呈现出更好的动态性能与静态性能。
3、直接转矩控制技术 在矢量控制技术得到广泛应用之后，技术研发水平较高的德国出现了一种性能非常高的变频调速技术——直接转矩控制技术，与矢量控制技术相比，直接转矩控制技术的优化性能更为优秀，其选择电子磁场定向，无需再进行解耦电流的复杂处理，而是能够直接对电机中的转矩与磁通量形成控制，进而在更短时间内获得转矩相应。
4、数字控制技术 随着电子信息技术与计算机技术的不断进步，在变频调速技术中，数字控制技术已经逐渐成为了今后发展的趋势，通过数字控制技术，计算速度可以进一步提升，控制精度也可以进一步提高，从而显著提升电机运行的效率与驱动性能，此外，数字控制技术还有效减弱了电机运行过程中产生的噪声。选择数字控制技术的变频调速器，设备体积会比常规变频器小很多，与直接矩阵控制和矢量控制相比，优势非常显著。
总结：在工业电气自动化系统中，采用变频调速技术可以显著提升系统运行的稳定性与效率，提升系统运行对于电源的适应能力，并降低生产单位能耗，在有效提升工业生产效率的同时降低了能源消耗，节省了生产成本，从而提升了企业的经营效益，变频调速技术在工业电气自动化的应用中得到了很好的发展，将来应该以此为基础不断进行完善与创新，以不断提升我国工业电气自动化水平。
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论文作者:林永强
论文发表刊物:《科技研究》2019年2期
论文发表时间:2019/5/13
标签：技术论文; 变频调速论文; 工业论文; 电机论文; 电气论文; 转矩论文; 频率论文; 《科技研究》2019年2期论文;