工业电气自动化控制及变频调速技术应用探讨

工业电气自动化控制及变频调速技术应用探讨

张建国

同方股份有限公司青岛分公司  山东  青岛  266000

摘要：目前我国经济水平和科技水平的快速发展，我国工业发展也十分快速。为先进技术和各种自动化系统的研发和创新应用提供了强有力的支持。在工业生产领域，基于传统模式的工业电气自动化控制系统在运用过程中对人力物力的消耗非常大，并且还对人类居住环境和生态环境带来了一定影响。通过对变频调速技术的有效应用，不仅改善了存在于工业电气自动化控制的问题和不足，同时也帮助人们生活生产更加便捷高效。同时在工业电气自动化控制化技术的发展要求下，相关行业要加强技术的研发管理工作，推动电气工程行业朝着更高质量的目标前进。

关键词：变频调速技术；工业电气自动化；技术分析

引言

在工业领域中应用电气自动化控制技术，其是一项系统化和复杂化的工程。在实际设计和运用环节，相关人员需要注重结合计算机、数字技术和网络技术，发挥其自动化、灵活性和高效性的特点。并根据电气工程现场的具体情况采用适当的单独或组合控制方式，并有效实施利用数字化技术实施控制、系统处理电气自动化以及选用适当的自动化控制设备等管理策略，尽可能提高工业生产力。

1电气自动化控制技术概述

电气自动化控制是基于计算机、网络、电子等技术发展而来的一种新型控制技术，对工业生产方式革新具有重要意义，其是提升现代生产力和生产效率的关键途径。通过应用多领域的科学技术研发出的电气自动化控制系统，可与多种工业生产设备相联系，进而按照预定程序和标准操控相关设备和仪器，以加快生产链的运作效率。其应用特点是对多种科学技术的依赖性较强，比如利用计算机技术对系统进行操作控制、利用网络技术进行指令下达等，促使电气自动化控制的功能和性能得到提升。同时该技术具有规范性和标准性，自动化控制模式相对稳定和固定，而且与多种设备具有比较密切的联系，因此必须要保障电气自动化控制系统设计、应用操作以及管理的标准化，最大限度的发挥其功能和作用。

2变频调速器

所谓变频调速器，是将三相工频（50Hz）和任意电源变换成三相电压、频率均可调的交流电源。之后，将其应用于交流电动机的转速调节。在一套交流电动机变频调速系统当中，主要由变频调速器、驱动器交流电动机和控制器三个部分共同组成。变频调速器作为其中的核心设备，其主要作用是实现电动机电压和频率之间的平滑变化。与以往的调压调速、变极调速、串级调速、滑差调速和液力耦合器调速相比，变频调速是大家一致公认的最理想、最有具发展前景的调速方案。从变频调速器诞生发展至今，在三十多年的时间时里，已经在钢铁、冶金、石油、化工、化纤、造纸、橡胶、塑料、电力、水务等领域内均得到了广泛应用。在其实际应用的过程中，除了具有非常卓越的调速性能之外，还发挥着非常显著的节能环保作用。因此，变频调速器在企业技术改造、工业生产、产品更新换代中具有极高的使用率和推广价值。

3变频调速技术的应用缺陷

第一，将变频调速技术应用于工业电气自动化控制中，在产生较大优势功能的同时也会带来一些负面的影响。变频器的输入侧所采用的技术一般是普通的移相整流技术，当其处于较低频率的状态的时候，会造成较大的波形畸变，给电网带来谐波污染，特别是如果电磁隔离设备不足的情况下，对电源波形的影响将会升级。不过随着技术的不断更新创新，在当前工业电气自动化行业中，一些企业厂家在变频器的内部设置输入以及输出的滤波器，它能够有效解决谐波情况的出现。第二，当前变频调速技术所应用到的设备和功率器件，如IGBT等模块投入成本比较大，而且其耐压能力也有一定的限度，很难在大于10kV等级的情况下正常工作。因此，如果需要对高电压以及大容量变频调速的时候，要事先运用变压器来对电源进行降压，之后调频，最后还要再次升压。整个工作过程会加大设备投资的力度还有系统损耗的程度，造成成本投入过大。

4变频调速技术应用部件分析

4.1变频器功率因数补偿作用

通过电路分析基本理论可以得知，在供电线路当中，由于无功功率的存在会导致线损的增加。而且在变压器额定容量不变的情况下，系统功率因数的下降，会导致有功功率的减少，这也就意味着变压器带载能力受到影响，呈现出大幅降低的态势。根据“有功功率=视在功率×功率因数”这一电工学基本公式可以得出以下结论：变压器视在功率一定的情况下，当功率因数增大时，输出有功功率也会同步增大。如果是不采用变频高速器的普通电机，其功率因数只能达到0.6-0.8的水平，由此加大无功电流的生成量，从而造成电能资源的浪费。然而，当水泵电机受到变频调速控制以后，由于受到变频器内部采用大容量滤波电容的作用，水泵电机功率因数可达到接近于“1”的水平。这就无疑降低了水泵电机对无功功率的占用，从而使电网有功功率负荷以及变压器带载能力获得显著提升。

4.2改造后供水泵组变频器PID控制方式

通过对供水泵站生产供水泵组控制方式进行改造，通过变频器PID闭环控制，启动生产泵机组变频器压力，实现恒压供水。手动时，变频器通过输入命令信号控制，输出一定频率信号，控制泵速；自动情况下，变频器PID功能被激活，变频器按照给定的压力值控制泵组的正常运行。管网设置有压力变送器，运行工作压力信号(4～20mA)通常输入变频器。变频器将压力信号与变频器设置的工作压力值进行比较，以产生差值A。通过这个差值变频器调整输出的频率，达到变频调速的效果，使供水母管压力能够保持稳定。（1）恒压运行情况。当供水管网用户用水量恒定无变化时，管网水压P稳定而无变化，反馈信号Pf与目标值Ps相等，PID调节量A为零，变频器输出保持不变，电动机在恒定频率下匀速运行。（2）压力变化运行情况。当管网用户用水量增加时，降低管网压力P，反馈信号Pf同步减小，Pf＜Ps；变频器PID产生正调节(A值为+)，变频器输出的频率增大，电机频率增大，泵输出增大，系统压力逐渐增大，当压力P回到目标值时，PID控制自动降为零，变频器输出保持不变，电机转速保持不变，系统进入新的平衡状态；管网用水量减小，管网压力P增大，反馈信号Pf增大，Pf＞Ps；变频器PID产生负调节(值为-)，变频器输出频率降低，电机转速降低，泵输出降低，当压力P返回目标值时，PID控制自动减小到零，变频器输出保持不变，电机转速保持不变，系统进入新的平衡状态。

结语

电气控制相关技术在工业领域中的作用非常重要，其各种功能能够对设备进行维护或者降低维护的成本，其亮点和优点能够提高企业的综合经济效益，适应了时代发展的需要。并根据电气工程现场的具体情况采用适当的单独或组合控制方式，并有效实施利用数字化技术实施控制、系统处理电气自动化以及选用适当的自动化控制设备等管理策略，尽可能提高工业生产力。合理科学的应用变频调速技术，可以针对存在于工业电气自动化控制的缺陷加以改善和调节，促进经济效益和社会效益的协调发展。

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