工業電氣自動化變頻調速技術研究

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

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。工業變頻器便是基于上述原理研發設計的，并廣泛應用于工業電氣自動化系統中。

1.2變頻調速技術在工業電氣自動化系統中的應用價值

自動化技術的顯著優點是能有效提高工業生產效率，變頻調速技術繼承發揚了這一優點，與自動化技術的有效融合，很大程度上提高了工業電氣生產的自動化水平和生產效率。工業產業作為現代社會的產業支柱，對能源的消耗量是巨大的，且電力傳動系統表現出了非常明顯的復雜性，在電氣系統運行過程中，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，從而有效節約設備維護成本，增加工業企業的生產經營效益。

2變頻調速技術的優缺點分析

2.1變頻調速技術的優點

2.1.1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。

2.1.2電機調速性能好

變頻調速技術調速范圍寬，調速動態響應快，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。

2.1.3可以有效節約電能

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，能有效節約電力能源成本。2.1.4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，在輕載狀態下可失電運行更長時間。

2.2變頻調速技術的缺點和不足

2.2.1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。

2.2.2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損耗，造成系統成本上升。

3變頻調速技術在工業電氣自動化控制系統中的實際應用

3.1V-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和動態性能。

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展，數字控制技術成為了變頻調速技術未來發展的主流趨勢，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，比傳統的矢量控制和直接轉矩控制具有更明顯的優勢。

4結語

綜上所述，在工業電氣自動化系統中，利用變頻調速技術能夠有效提升系統的可靠性和穩定性，提高系統對電源的適應性，同時能節約大量電能，提高工業企業的生產效率并降低能源成本，為企業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展和進步，未來應繼續進行完善和創新工作，提高我國工業生產的自動化水平。

參考文獻

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[3]田峰.變頻調速在工業電氣自動化控制中的運行思路探究[J].水力采煤與管道運輸,2018(04):104-105.

作者簡介朱麗媛（1985-），女，遼寧省鞍山市人。大學本科學歷。研究方向為自動化。