工业电气自动化控制中变频调速技术分析
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摘要：在工业电气自动化应用中控制设备大多数耗电量都比较大，而且消耗材料也比较多，以供水行业及数控机床为例，为了能够有效的解决这一问题，用户经常采用的方法是工频方式，这种方法有一定的效果，但是因为其劣势比较明显，启动电流大对电机和同电网内其它设备会产生影响，且不能进行变频调速，所以并不提倡使用，经过研究，相关人员在数控机床中使用了变频调速技术，其效果非常好，不仅避免了工频技术的劣势，还提高了作业效率与质量，有效地达到了节能的目的。
关键词：变频调速技术；工业；电气自动化；控制
一、变频调速技术
1.1变频调速技术的产生及发展
变频调速技术是随着技术研究的深入和实际工作的需要而产生的，最早出现在上个世纪80年代，自该技术产生以来，在工业领域得到应用，并且其应用范围不断扩大，其性能也得到不断的提升，从最初的电压频率基本控制，到后来矢量转矩控制的诞生，变频调速技术在不断地进步，对整个工业生产领域产生重要影响。
1.2变频调速技术的主要组成部件
a.自适应电动机模型单元。该单元是不可缺少的重要组成部件，在具体应用过程中，它的主要作用是检测输入电动机的电压和电流，以达到识别电动机基本参数的目的，也有业内人士称之为电机自学习，有分动态或者静态自学习。就该电动机模型来说，它具有着重要的作用，是进行转矩直接控制的关键单元。工业领域应用变频调速技术时，通常情况下当转速控制精度大于0.5%时，可运用闭环转速进行反馈，从而达到高精度控制的目的。
b.脉冲优化选择器。具体应用时可选用CycloneIIEP2C5Q208C8芯片处理信息，选择完成之后，设计OFDM调制方式的信号源，并编写5个模块组成的电路，分别实现不同的功能，主要包括星座映射、FFT、插入循环前缀、缓冲模块、D/A功能。为了验证这些模块的功能，通过OFDM信号源进行仿真验证。当上述工作完成之后，接下来进行最后一项任务，设计完成OFDM信号源，具体工作包括软件仿真和FPGA硬件验证。需要注意的是，电解电容器的容量具有很强的离散性，可能会导致他们承受的电压出现不相等的情况出现，对整个系统的正常运行带来不利影响，要采取措施对此进行改进和优化，从而达到消除离散性影响的目的。常用的处理办法是：在电容旁各并联一个阻值相等的均压电阻。
c.转矩和磁通比较器。这两类比较器的作用是将反馈值与参考值分别进行对比，并且每20ms比较一次。比较完成后，通过滞环调节器输出转矩或者磁场状态，从而能够及时掌握转矩状态和磁场状态，为采取相应的措施提供依据。
二、变频调速技术在工业电气自动化控制中的应用
2.1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，则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，则主动发出紧急制动信号。
2.2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，避免過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。
2.3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。当然，变频设备本身也可以通过直流制动、失速保护、零速转矩控制等功能实现对整个系统的保护。
三、变频调速技术应用技术分析
3.1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。
3.2变频调速系统的抗干扰处理技术
3.2.1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。
3.2.2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。
3.2.3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。
3.3脉冲优化选择器
变频调速技术在工业电气自动化中在对信息进行处理时应用的是 Cyclone IIEP2C5Q208C8芯片，其信号源 FPGA的实现是基于 OFDM 的设计而调制成的，若是实现星座映射的话，需要编写 5个模块来组成电路，依据信号源的建立来对各个模块的性能进行验证，最后实现对软件仿真以及 FPGA硬件等的验证。致使它们所要承受的电压各不相同，其主要原因在于电容器容量在电解时具有较大的离散性，因此需要在每一个电容的旁边并联一个与其阻值一致的电阻来清除其离散性，以免造成更大的影响对系统。
四、总结
在保证生产安全和质量的前提下降低生产的成本是企业或者工厂取得高效益的重要的手段，所以目前各个生产的领域都采用了变频调速器，满足在生产当中节能降耗的要求，所以在变频调速器中要增加具有上述所述的功能的模块之外，在调速器的设计过程当中还需要根据实际的生产要求不断的将调速器的功能和作用加以创新和完善，使变频调速器在工业电气自动化的应用领域进一步的提高其节能的价值，改善工业生产的条件，为生产创造更多的便利条件，适应科技快速发展的形势。
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[2]黄仁勇.浅谈变频调速技术在电气自动化控制中的应用[J].电源技术应用，2013.
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