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工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的機(jī)制創(chuàng)新論文

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工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的機(jī)制創(chuàng)新論文

  德國(guó)學(xué)者Blaschke于20世紀(jì)70年代提出矢量控制理論,這一理論的提出使交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了解耦,并能夠進(jìn)行矢量的變換,促進(jìn)交流調(diào)速動(dòng)、靜態(tài)性能達(dá)到直流調(diào)速的水平。80年代,德國(guó)學(xué)者Depenbrock接著提出直接轉(zhuǎn)矩控制原理,從而減少了在矢量的控制較為繁瑣的坐標(biāo)的控制的變換。這種方法是電壓型逆變器的工作過程中,控制住轉(zhuǎn)子磁鏈和定子磁鏈間的夾角,完成對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的直接控制。該種控制方法比較簡(jiǎn)單且易于操作,而且對(duì)電動(dòng)機(jī)模型的參數(shù)沒有太大的要求。變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用,使控制的效果好于直流調(diào)速,而且變頻調(diào)速的可靠性也在不斷的提高,實(shí)用性較強(qiáng),其在工業(yè)電氣自動(dòng)化中有著廣泛的應(yīng)用,是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中變頻調(diào)速技術(shù)的機(jī)制創(chuàng)新論文

  1 變頻器的節(jié)能原理及常用功能

  1.1 變頻器的節(jié)能原理

 、僮冾l調(diào)速節(jié)能。根據(jù)水泵工作的原理,流量和轉(zhuǎn)速的一次方是成正比的,功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比,揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比,即水泵的效率保持一定,當(dāng)調(diào)節(jié)流量下降,轉(zhuǎn)速也成比例下降,此時(shí)功率成立方關(guān)系降低。

 、诠β室驍(shù)補(bǔ)償功能。無功功率容易導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱和增加線損,功率因數(shù)降低會(huì)使有功功率降低,導(dǎo)致大量電能消耗,降低了設(shè)備的使用效率,浪費(fèi)嚴(yán)重。裝置變頻調(diào)速器能夠提高功率因數(shù),減少無功損耗。

 、圮泦(dòng)節(jié)能。電機(jī)一般為Y/D啟動(dòng)或直接啟動(dòng),其中啟動(dòng)電流相當(dāng)于額定電流的4~7倍,這既需要較高的電容量,也容易影響電機(jī)使用壽命。變頻器能夠利用軟啟動(dòng)的方式使啟動(dòng)電流極大降低,降低了電容量的要求,減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊,延長(zhǎng)設(shè)備壽命。

  1.2 變頻器的常用功能

 、龠^載保護(hù)功能。該功能能夠有效保護(hù)電動(dòng)機(jī)使其不易被燒壞。電機(jī)在低額運(yùn)行的時(shí)候其較差的散熱性導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重,溫度升高超過額定值。變頻器具有電子熱保護(hù)的`功能,其中在不同運(yùn)行的頻率下有著相應(yīng)的保護(hù)曲線,運(yùn)行頻率越低,連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間就越短,對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效保護(hù)。

 、谏俟δ。變頻器的升速其實(shí)就是從一種穩(wěn)定的狀態(tài)到另一種穩(wěn)定的狀態(tài),一般情況下,在保證電流低于額定電流的情況下,盡量降低升速時(shí)間。其中常見的升速方式有:S形方式、半S形方式、頻率和時(shí)間呈線性關(guān)系。當(dāng)然需要根據(jù)具體的情況選擇合適的升速方式。

  2 變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

  2.1 變頻調(diào)速技術(shù)特征

  在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用變頻調(diào)速的技術(shù)能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要,變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)和實(shí)踐而形成,具有顯著的特征,影響著工業(yè)領(lǐng)域成長(zhǎng)和發(fā)展。變頻調(diào)速器中所使用的全部Cyclonell器件運(yùn)用的都是300 mm晶圓,并且采用低K工藝和TSM90 nm技術(shù)而制造,從而加快了制造速度,提高生產(chǎn)效率,并且節(jié)約了成本,降低了生產(chǎn)造價(jià)。這種技術(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)使用的的是最小化硅區(qū),在具有復(fù)雜性的數(shù)字系統(tǒng)中,一個(gè)芯片就可以了,所花費(fèi)的成本僅僅相當(dāng)于一個(gè)專用的集成電路成本。這樣既降低了成本,還可以達(dá)到使用的要求。高性能的通用變頻器的主要目的就是滿足不同工程的需求,其硬件結(jié)構(gòu)通常包括帶能量回饋單元變頻器、公共直流母線式變頻器、獨(dú)立式變頻器。特別是獨(dú)立式變頻器應(yīng)用較為廣泛,它能夠逆變單元和整流單元共同放在同一個(gè)機(jī)殼里,并且效果十分不錯(cuò)。

  2.2 變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用

  變頻調(diào)速技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的,該技術(shù)的出現(xiàn)使工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入全新的時(shí)期,為人類生產(chǎn)力的提高起到了巨大的推動(dòng)作用。

  變頻調(diào)速技術(shù)主要由以下幾個(gè)部件組成,其中每個(gè)部件都發(fā)揮著各自的功能并有著重要的作用。

  ①自適應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型單元。這個(gè)單元是重要的組成部件,在具體的應(yīng)用中,它主要的作用是對(duì)輸入電動(dòng)機(jī)的電流和電壓進(jìn)行檢測(cè),從而來識(shí)別電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)。根據(jù)這種電動(dòng)機(jī)的模型來說,它有著十分重要的作用,而且是進(jìn)行轉(zhuǎn)矩直接控制的關(guān)鍵單元。變頻調(diào)速技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的時(shí)候,一般情況下當(dāng)轉(zhuǎn)速控制精度大于0.5%的時(shí)候,可以運(yùn)用閉環(huán)轉(zhuǎn)速來反饋,最后達(dá)到應(yīng)用的要求。

  ②轉(zhuǎn)矩和磁通比較器。兩種比較器就是將參考值和反饋值分別對(duì)比,每20 ms進(jìn)行一次比較。在對(duì)比完成之后,利用滯換調(diào)節(jié)器的功能來輸出磁場(chǎng)狀態(tài)或者轉(zhuǎn)矩,然后就能夠及時(shí)的掌握磁場(chǎng)狀態(tài)和轉(zhuǎn)矩狀態(tài),從而為采取針對(duì)性的措施提供重要依據(jù)。

 、勖}沖優(yōu)化選擇器。一般情況下選擇CyclonellEP2C5Q208

  C8芯片來對(duì)信息進(jìn)行處理,完成選擇之后,需要設(shè)計(jì)OFDM信號(hào)源,同時(shí)還要編寫由5個(gè)模塊所組成的電路,每個(gè)模塊具有不同的功能,其中包括D/A功能、緩沖模塊、插入循環(huán)前綴、FFT、星座映射?梢允褂肙FDM信號(hào)源仿真驗(yàn)證的方式對(duì)這些模塊的功能進(jìn)行驗(yàn)證。接下來的工作就是完成OFDM信號(hào)源的設(shè)計(jì),工作內(nèi)容為FPGA硬件驗(yàn)證和軟件仿真驗(yàn)證。一定要認(rèn)識(shí)到電解電容器的容量本身具有強(qiáng)烈的離散性,這種特性的存在很可能會(huì)造成他們承受著不相等的電壓狀況,從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成不利的影響,這時(shí)就需要采取一定的措施對(duì)這種狀況進(jìn)行必要的改進(jìn)和優(yōu)化,最后將離散性可能造成的不利影響消除。常用處理方法:在電容旁各并聯(lián)一個(gè)相等阻值的均壓電阻。此外,為了保護(hù)整流電路的安全以防止被燒毀,可以在電路中增加抑制浪涌電流的方法。

  3 確保變頻器正常運(yùn)行的預(yù)防措施

  變頻器的不正確使用容易使變頻器發(fā)生故障或影響使用效果,為了確保變頻器的正常發(fā)揮功能需要掌握科學(xué)的預(yù)防措施。

  針對(duì)外部電磁感應(yīng)的干擾,可以采取縮短控制回路配線的距離,并與主線分離。變頻器應(yīng)該按照規(guī)定來接端子,不可以同動(dòng)力接地、電焊混用。安裝噪聲過濾器,以防止干擾;針對(duì)環(huán)境問題,按照要求安裝空調(diào)或采取一些避免陽光直射,對(duì)某些振動(dòng)沖擊大的情況,可以應(yīng)用橡膠等減震方法,此外還要定期的檢查變頻器的冷卻風(fēng)扇及空氣過濾器;最后,一定要特別注意選擇正規(guī)廠家的變頻器產(chǎn)品,規(guī)范對(duì)變頻器的日常保養(yǎng),由專人對(duì)變頻器的日常使用和維修負(fù)責(zé),加強(qiáng)對(duì)變頻器設(shè)備的操作和管理人員的培訓(xùn),對(duì)維修人員的專業(yè)節(jié)能深入或系統(tǒng)的培訓(xùn),確保變頻設(shè)備正常運(yùn)行。

  4 結(jié) 語

  目前有很多生產(chǎn)領(lǐng)域都裝置了變頻調(diào)速器,有效地滿足了生產(chǎn)中降低能耗的要求,在保證生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,其為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。調(diào)速器的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際要求將調(diào)速器的作用和功能不斷地創(chuàng)新和完善,為工業(yè)電氣自動(dòng)化提供具有優(yōu)秀節(jié)能價(jià)值的高質(zhì)量變頻調(diào)速器,既起到了節(jié)能作用,又達(dá)到了改善工藝條件的要求。

  參考文獻(xiàn):

  [1] 張麗峰.變頻調(diào)速技術(shù)及其在工業(yè)電氣自動(dòng)化控制中的運(yùn)行[J].科技風(fēng),2013,(21).

  [2] 黃仁勇.淺談變頻調(diào)速技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2013,(2).

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