1、试析变频调速在工业电气自动化控制中的应用 摘 要：在电气自动化的发展过程中，已经基本实现了有效的控制。但是需要注意的是，因为在进行电力转动的过程中，其特性相对来说比较复杂，所以电动机经常会出现正反向运行的状态，一旦超出能够承受的负荷范围内，就会发生影响安全性的问题。因此要想保证电气自动化朝着更加安全以及稳定的方向发展，就要采用变频调速技术，将其应用在交流异步电动机的调速控制中，以便更加快捷的实现电气自动化控制。本文主要针对变频调速技术在电气自动化中的应用提出了一些想法，希望对今后的工作有所帮助。 关键词：变频调速；节能；电动机 早在20世纪的70年代，来自德国的科学家就提出了矢量控制这一理论，
2、这一理论的应用可以对交流调速过程中的动态以及静态进行调整，令其达到直流调速的要求，随着相关技术的应用与发展，直接转矩控制原理也随之出现，令变频调速的相关技术呈现出进一步的发展，在直接转矩控制原理中，重点解决了矢量控制过程中坐标的变化显现，在过去的坐标变化中，过程十分繁琐，所以当出现新技术后，进一步简化了变化的过程。变频调速技术主要应用在电压型的逆变器中，应用到了定子磁链以及转子磁链之间的夹角，并且对二者之间的夹角予以进一步的控制，以便可以实现对电动机转矩的有效且直接的控制。 1 变频调速技术以及节能的应用 在采用变频调速技术后，其操作过程变得更加简便了，同时也不再需要依赖相关的模型参数。尤其是
3、在近几年的应用过程中，在矢量控制以及直接转矩控制的过程中，同时还引入了相应的自适应控制与模糊控制等，共同构成了交流调速系统。上述的控制效果都十分显著，具有一定的理想性。在20世纪70年代以来，调速系统经历了长时间的变化与发展，直到在80年代时，产生了变频调速技术，并且在实际的应用过程中取得了较为明显的效果，人们在电气自动化的控制过程中也变得愈发依赖这一技术，除此之外，其可靠性以及价格也具有一定的优势，所以在今后的发展过程中，可以预见的是直流调速必将被变频调速所取代。 在使用异步电动机时，可以在基频的范围内进行调速，并且运用恒压频比带定子的方式予以降压补偿，如果在基频以上进行调速，那么控制方法也
4、就发生了一定的变化，主要运用恒压变频的方式，将两种方式进行有机的结合，有此可以对异步电动机进行有效的变压以及调速控制。在DIT算法的基础上，同时也运用了对称的相关原理，在某个时域的范围内，如果将x（n）分为两个组成部分，则在频域中就会在奇偶的基础上进行抽选分组，由此也就形成了另外一种结构，即FFT结构。上述的算法可以称之为FFT（DIF-FFT）算法，是在频域的范围内进行的。最早提出这一算法的学者为桑德以及图基，所以这一算法也可以根据他们的名字命名，即Sande-Turky算法。 在使用通用变频器的过程中，运用制动电路的主要目的是为了达到异步电动机的需要，并且在此基础上进行设置，在变频调速系统
5、中，要想令异步电动机能够具有减速以及停机的效果，可以采取的手段是将变频器的输出频率减小，这样可以起到降低转速的作用，因此也就符合了电动机减速的效果。当异步电动机处在减速的过程中时，同步转速与实际转速相比较，还是具有一定的差异性，前者的转速要更低一些，同时转子电流的相位就会朝着相反的方向运动，因此异步电动机也就出现了制动转矩的情况，也就是处在了一种再生制动的状态中。通过运用大容量以及中容量的通用变频器，其主要的特点就是可以令能源达到节约的目的，因此在一般情况下，电源的再生能源部分可以将能量进行回馈，并且传输到供电电源中。但是有些变频器所具有的容量较小，在这种情况下，主要采用的方式则是对电路进行制
6、动，将异步电动机回馈回来的能量在制动电路上消耗掉。工程上对再生制动能量的处理，根据通用变频器的容量及应用场合不同，一般有储存、回馈回电网、电阻泄放等方法。 2 变频调速技术在电气自动化控制中的应用 2.1 变频调速的特点 所有的Cyclone II器件都采用300mm晶圆，并且基于TSMC90nm、低K工艺制造，确保其高速及低成本。由于使用了最小化的硅区，Cyclone II系列设备可以仅用一个芯片来支持复杂的数字系统，而其成本仅相当于一个专用集成电路。高性能通用变频器是为了满足不同的工程需要，有几种硬件结构：独立式变频器、公共直流母线式变频器和带能量回馈单元的变频器。独立式变频器是将整流单元
7、和逆变单元放置在一个机壳内，是目前应用最多的变频器，一般只驱动一台电动机，用于一般的工业负载。采用的配置方式是JTAG与AS相结合的配置方法，所以配置电路必须既满足AS配置方式也满足JTAG方式。其中配置芯片采用EPCS1。根据上文的配置方式的具体连接方式和各引脚特性。图中串行配置芯片（Serial Configuration Device）采用EPCS1，右侧的10针头插口用于JTAG方式的配置，下侧的用于AS方式的配置。高性能通用变频器驱动电梯、升降机、可逆轧机等负载时，都要求四象限运行，所以必须配置能量回馈单元。能量回馈单元的功能是将电动机制动时产生的再生能量回馈给电网。 2.2 变频调
8、速技术在工业电气自动化控制中的应用 （1）自适应电动机模型单元。自适应电动机模型单元的作用是通过检测输入电动机的电压和电流来自动识别电动机的基本参数。该电动机模型是直接转矩控制的关键单元。对于大多数工业应用场合，如果转速控制精度大于0.5%可用闭环转速反馈。（2）转矩比较器和磁通比较器。这类比较器的作用是将反馈值分别与其参考值每20ms比较一次，通过用两点式滞环调节器来输出转矩或磁场的状态。（3）脉冲优化选择器。选用Cyclone IIEP2C5Q208C8芯片处理信息，然后设计OFDM调制方式的信号源的FPGA实现，编写了由5个模块组成了电路，主要实现了星座映射、FFT、插入循环前缀、缓冲模
9、块和DA的功能，设计了OFDM信号源，对各个模块的功能进行仿真验证。最后完成了OFDM信号源，包括软件仿真和FPGA硬件验证。因为电解电容器容量有较大的离散性，这将使它们承受的电压不等，因此，在电容旁各并联一个阻值相等的均压电阻来消除离散性的影响。为了避免在电源接通瞬间流经电容器的充电电流（浪涌电流）过人而烧坏整流电路及造成其他影响，存电路中还加了抑制浪涌电流的措施。 3 结论 节能降耗是降低生产成本的重要手段，降成本是提高产品竞争力的有效手段。除了这些需要添加这些功能模块之外，在设计过程中还需要不断地对已经完成的设计做优化，进一步提升性能和节约资源，以期实现在一块FPGA芯片内实现整个系统，起到显著的节能效果，并且达到改善工艺条件的目的。 参考文献 1马良河，杨洁浩，叶建强.交流电机变频调速性能试验系统的研究J.电机与控制应用，2010（1）：79-81 2韩旺，杨文剑.浅谈异步电机变频调速J.企业技术开发，2011（11）：190-192. 3胡应占，赵德申，刘志刚，汪小志.基于BP神经网络整定PID智能调速控制系统研究J.电气开关，2007（4）：115-116. 4彭少武，王立德.基于DSP的交流变频调速系统的设计J.科教文汇（上旬刊），2007（8）：153-155.第 5 页 共 5 页
