大慶油田有限責任公司第一采油廠儀表大隊 蕭煜元

電氣自動化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的有效運用分析

大慶油田有限責任公司第一采油廠儀表大隊 蕭煜元

變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制領(lǐng)域具有十分廣泛的應用。通常而言，電機運行中需要利用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，借助于變頻調(diào)速技術(shù)，可以對電機工作運行狀態(tài)進行有效轉(zhuǎn)化，提高電氣自動化控制效率，順應了節(jié)能降耗發(fā)展潮流。本文重點從變頻調(diào)速技術(shù)出發(fā)，就其在電氣自動化控制中的有效運用展開了分析，以供參考。

電氣自動化控制；變頻調(diào)速技術(shù)；運用

通常而言,電氣自動化控制相關(guān)設(shè)備耗電量很大,所消耗材料很多,例如數(shù)控機床等,為了有效地解決該問題,可以借助于變頻調(diào)速技術(shù),不僅能夠有效提高了運行效率與質(zhì)量,還避免了傳統(tǒng)工頻技術(shù)所存在的諸多問題,因而在電氣自動化控制領(lǐng)域具有越來越廣泛的應用。

1 變頻器概述

對于異步電動機而言,當于基頻以下加以調(diào)速的過程中,常采用的是恒壓頻比帶定子壓降補償方式加以控制,當于基頻以上加以調(diào)速時,常采用的是恒壓變頻方式加以控制。若將上述兩類情況加以結(jié)合,即實現(xiàn)了異步電動機的變頻調(diào)速控制。同DIT算法一樣,結(jié)合對稱原理,若在時域?qū)(n)加以分解,成為前后兩組,則頻域會使X(k)形成相應的奇、偶抽選組,并形成了FFT結(jié)構(gòu),即所謂的“DIF-FFT算法”,也被成為Sande-Turky算法[1]。

就通用變頻器而言,其制動電路用以滿足電動機制動需求所設(shè)置。為了控制電動機減速、停機,變頻調(diào)速系統(tǒng)通過逐步減小變頻器輸出頻率,實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的降低,繼而使電動機逐步減速。電動機減速時,同步轉(zhuǎn)速較其實際轉(zhuǎn)速低,轉(zhuǎn)子電流相位相反,導致電動機產(chǎn)生相應的制動轉(zhuǎn)矩。就大型、中型容量變頻器而言,為了實現(xiàn)節(jié)能降耗,通常利用電源再生單元,將能量回饋于電源,就小容量變頻器而言,則利用制動電路,在制動電路上,將電動機所回饋的能量進行消耗。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制中的運用

變頻調(diào)速技術(shù)的產(chǎn)生,順應了工業(yè)生產(chǎn)及電氣自動化控制的需要,在各行各業(yè),各領(lǐng)域均有廣泛應用。結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)可知,其具有傳統(tǒng)工頻技術(shù)等難以比擬的優(yōu)勢,下文結(jié)合具體實例,針對變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動化控制領(lǐng)域中的有效運用進行分析。

2.1 變頻調(diào)速技術(shù)的應用

2.1.1 自適電動機模型單元

負責對電動機的輸入電壓、電流等加以檢測,以便對電動機參數(shù)進行識別。電動機模型對于轉(zhuǎn)矩直接控制而言,屬于關(guān)鍵性的單元。通常工業(yè)領(lǐng)域運用變頻調(diào)速技術(shù)時,若轉(zhuǎn)速控制精度超過0.5%,利用閉環(huán)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)反饋,達到有效運用的目的[2]。

2.1.2 脈沖優(yōu)化選擇器

運用過程中,多采用的是Cyclone IIEP 2C5Q 208C8芯片對信息加以處理,并對OFDM 調(diào)制信號源進行設(shè)計,對五大模塊所構(gòu)成的電路進行編寫,以便實現(xiàn)各自對應的功能,如星座映射、緩沖模塊、FFT、D/A、插入循環(huán)前綴等功能[3]。對此類模塊功能加以驗證時,需要利用OFDM信號源,對驗證加以仿真。最后需要OFDM信號源進行設(shè)計,如軟件仿真、驗證FPGA硬件等。應注意的是,電解電容器容量離散性極強,可能造成承受電壓不相等等一系列問題,繼而影響系統(tǒng)有效運行。必須采取有效的措施加以優(yōu)化,對離散性影響加以消除。通常采用在電容旁分別并聯(lián)阻值相同的均壓電阻的方法來解決,此外,為避免整流電路被燒毀,還需要對浪涌電流進行抑制,以保證電路運行過程的可靠性。

2.1.3 轉(zhuǎn)矩、磁通比較器

這兩類比較器可對反饋值、參考值加以對比,且每隔20ms進行一次比較,然后借助于滯環(huán)調(diào)節(jié)器,將磁場、轉(zhuǎn)矩狀態(tài)進行輸出,以便及時對轉(zhuǎn)矩、磁場狀態(tài)進行掌握,從而及時采取有效措施。

2.2 應用實例

2.2.1 實例1

本文結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)在數(shù)控機床節(jié)能改造中的應用實例進行分析。在該實例中,由于傳統(tǒng)數(shù)控機床所需消耗的電能很多,不利于實現(xiàn)節(jié)能減耗,不僅導致企業(yè)電能消耗開支巨大,而且造成了不必要的能源浪費。為了提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,數(shù)控機床操作人員通常采用的是工頻運行方式,雖然取得了一定效果,但也存在諸多問題,如齒輪主軸速度可選范圍大,齒輪變速式主軸有30段速度可供選擇,尤其是恒線速度,因而難以實現(xiàn)精細化控制;利用工頻技術(shù)也難以確保機械由始至終保持穩(wěn)定、有效地運行,因而需要定期維修維護設(shè)備離合器;雖然所采用的主軸屬于直流類型,可以進行無級調(diào)速,但后期維護維修工作不便,且運行中主軸難以達到最高轉(zhuǎn)速,因而導致總體效果不理想。為此,利用變頻調(diào)速技術(shù)可以有效解決上述問題,對數(shù)控機床進行改造,以便有效實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標,減少企業(yè)能耗成本費用,提高運行效率及生產(chǎn)質(zhì)量。由數(shù)控機床技術(shù)人員對方案加以確定,重點針對數(shù)控機床結(jié)構(gòu)、功能加以改造,優(yōu)化機床結(jié)構(gòu),節(jié)約了所需要的金屬材料,簡化了操作,降低了機械損耗程度與維修次數(shù),進一步拓展了數(shù)控機床的控制范圍,提高了控制精度和效率。

借助于變頻調(diào)速技術(shù),避免了傳統(tǒng)工頻技術(shù)存在的問題,極大地提高了數(shù)控機床運行效率,并明顯降低了設(shè)備消耗電能,減少了企業(yè)能耗支出,取得了良好的效果。利用變頻調(diào)速技術(shù),有效提高了數(shù)控機床的生產(chǎn)及加工質(zhì)量,較傳統(tǒng)工頻技術(shù)而言,顯著提高了生產(chǎn)效率及企業(yè)經(jīng)濟效益,就數(shù)控機床領(lǐng)域及其他工業(yè)領(lǐng)域而言,均具有廣泛的推廣和應用價值。

2.2.2 實例2

下文以變頻調(diào)速技術(shù)在保護礦井提升機自動化控制系統(tǒng)中的運用為例進行分析。變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)能效果必須結(jié)合其負載加以決定,對于恒功率負載而言,轉(zhuǎn)矩通常同速度成反比,提升機自動化控制系統(tǒng)具有多重保護,包括過卷保護、超速保護、制動油過壓保護、制動保護以及低速保護等,在運行過程中,始終針對提升機始運行過程的安全性進行監(jiān)控,一旦存在不正常情況,會立即發(fā)出警報聲光信號,并自動開啟緊急制動裝置,保障提升機的安全可靠運行。具體而言,變頻調(diào)速技術(shù)有如下運用:

(1)保護深度指示器,以防其失效。礦井提升機所有保護技術(shù)均結(jié)合作業(yè)行程展開的。就深度指示器而言,一旦出現(xiàn)失效問題,會直接導致各種保護裝置失效,為此,應采用變頻調(diào)速技術(shù),對深度指示器進行設(shè)置,具體而言,當電機發(fā)動之后,系統(tǒng)針對不同采樣周期之內(nèi),旋轉(zhuǎn)編碼器所發(fā)出的脈沖數(shù)量加以累計,在采樣前、后針對該數(shù)值加以對比,若該值不存在變化,則表明深度指示器出現(xiàn)失效問題,在出現(xiàn)失效故障時,系統(tǒng)會對提升容器進入爬行區(qū)與否加以判斷,若還未進入,系統(tǒng)會發(fā)出相應的報警信號,對司機進行提醒。若已進入,則實施安全制動,并發(fā)出相應的聲光警報信號;

(2)對等速段超速進行保護。就提升機系統(tǒng)而言,等速段超速保護過程如下:當速度檢測器對提升速度的檢測超出額定速度的15%時,會引發(fā)等速超速繼電器發(fā)生動作,將安全回路成功斷開,實現(xiàn)對等速段超速的緊急制動。由于等速段提升機容器的運行速度相對較快,因此,當進行緊急制動過程中,極易產(chǎn)生較大的沖擊力,對于提升機系統(tǒng)具有較大的危害性。為此,在對等速段保護進行設(shè)置的過程中,應分別從兩個階段入手:一是若超速10%,且已經(jīng)超出所設(shè)定時間,則系統(tǒng)將自動啟動聲光警報信號,提醒提升機司機盡快啟動制動;二是若運行速度逐步降低,至恢復正常速度時,聲光警報信號將解除;如果司機沒有及時采取相應的制動措施,提升速度還未有效降低,反而超速進行時,系統(tǒng)經(jīng)過運算判斷,而且超過了所設(shè)定的時間,則將自動啟動安全繼電器,實現(xiàn)安全制動,能夠有效降低緊急制動可能帶來的危害性。

(3)對減速段超速加以保護。在提升機系統(tǒng)運行中減速段也十分關(guān)鍵,多數(shù)事故均發(fā)生在減速之后的行程段內(nèi),為了確保提升機可以安全、順利地到達指定位置,必須開始減速之刻,結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù),對提升容器減速過程中的運行速度加以連續(xù)采樣,并結(jié)合采樣速度,與內(nèi)部已給定速度加以對比,若采樣速度較給定速度超出10%,此時,系統(tǒng)將會自動報警,并對提升系統(tǒng)加以安全制動。

3 結(jié)束語

總而言之,變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)及其他領(lǐng)域電氣自動化控制中具有越來越廣泛的應用。借助于變頻調(diào)速技術(shù),可以有效提高電氣自動化控制效果及質(zhì)量,提高電氣自動化控制的精度,與此同時,還有效精簡了控制結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了節(jié)能減耗的目的,降低了電氣自動化機械設(shè)備的耗損,節(jié)約了企業(yè)成本開支,間接提高了經(jīng)濟效益。當前,變頻調(diào)控技術(shù)的運用仍有待進一步深入推廣,因此,必須加強研究,逐步提高變頻調(diào)控技術(shù)的運用效果。

［1］張禮崇,郜祥,王焱,李興.電氣自動化工程控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢［J］.技術(shù)與市場,2012,12(01):139-143.

［2］熱米娜·帕爾哈提.變頻調(diào)速在工業(yè)電氣自動化控制中的運行探討［J］.科技致富向?qū)?2012,12(08):193-197.

［3］馬良河,楊潔浩,葉建強.交流電機變頻調(diào)速性能試驗系統(tǒng)的研究［J］.電機與控制應用,2010(01):79-81.