包瑜
龙煤集团鹤岗分公司峻发选煤厂 黑龙江省鹤岗市 154111
摘要：21世纪，工业自动化控制已成为大中型企业的重点技术改进方向，随着改革发展的深入，变频器在工业和民用领域的应用越来越多。因此，针对变频器的应用研究越来越广泛和深入。本文探讨了变频器在工业自动化控制方向的应用。
关键词：变频器；工业自动化控制；应用
随着我国工业自动化的快速发展，变频器的应用范围得到了一定程度的扩大。其功效也在不断扩大，市场上涌现了多个不同功效的专用变频器，如何更经济、更安全地选择变频器就显得尤为重要。要想更好地使用变频器，应根据具体要求选择变频器的功能和型号，以减少不必要的经济损失。
一、工业自动化与计算机控制技术
1、工业自动化技术。工业产业范围广，涉及石油、机械、建材等，经营形式多样，如生产线、加工设备、工厂车间等。工业自动化主要由硬件、软件、系统技术三大模块组成。其中，硬件系统又由多个组件构成，如命令执行装置、设备控制装置等。软件可分为管理、控制与测量。系统技术的综合性强，如软硬件集成、软件集成等。在工业自动化实际生产中，三大模块间联系紧密，既相互作用，又相得益彰。只要分工明确，就可提升工业自动化生产与控制质量。在计算机控制技术的支持下，工业企业的生产水平大幅度提升，工业产业结构不断调整优化，企业的市场综合竞争能力呈上升趋势。
2、计算机控制技术。计算机控制技术是在计算机技术的基础上，通过整理、分析技术数据参数，实现软件的控制与应用，推动工业生产向智能化、自动化发展。计算机控制系统在工业自动化中发挥基础性作用，可归纳为硬件系统、软件控制算法及软件。计算机利用自身数据处理的功能，下发指令，有效控制相应对象。在实际应用中，为满足生产需求、提高计算机控制水平，通常会配置一些辅助部件。同时，数据库信息的收集整理，也进一步加速了工业产业的自动化建设进程。当出现异常状况时，网络信息立即向控制系统反馈。对辅助系统来说，可利用计算机交换信息，采取最有效的方式，实现工业生产自动化，并有针对性地优化被操纵对象。
二、变频器的功能作用
变频器也叫逆变器，是把交流电变成直流电，随后利用电子器件来掌控直流电开关，最终变成交流电。
1、变频节能。在工业生产中，由于不可控因素导致断电或电流较弱的现象时有发生，若不采取有效措施进行防范，就会严重影响加工效率，从而给企业带来很大的经济损失。所以，通常工业自动化的通用设备都存有驱动备用容量，当电路电压无法为电机提供充足电能时，设备就会自动调整为低频率运行模式，降低运行速度，以实现节能运转，避免力矩过大造成过多能耗和设备损耗。调节阀门和入口挡板开度的不同可实现这种效果，但在其开合过程中对能源的消耗较大，给企业增加了能耗成本。而变频器设备则可直接读取风机流量或泵机转速，根据设备的运行情况及时调整电路电流和电压，以达到良好的调速转换效果，节能效果突出。
2、降低线路无功功率损耗。无功功率损耗是自动化设备应用中常见的通病之一，这种现象的存在不仅增加了电能消耗，降低了设备的运行效率，同时也会因电能的过度使用导致设备过热，增加电路短路的风险，影响设备的使用寿命，对企业生产制造非常不利，所以必须采取积极有效的措施进行控制。变频器内部设有滤波电容装置，能有效减少无功损耗，实现功率补偿，使用变频器是一种有效地降低无功率损手段。
3、实现电机设备的软启动。电动机在启动时会产生较高的启动电流，往往会达到额定电流的数倍，电机硬启动时的大电流和震动会对设备、线路、管路等造成较大损害，严重影响其使用寿命。
而使用变频节能装置后，变频器的软启动功能可使启动电流从零开始，并且最大值也不会超过额定电流，这种软启动的方式有效减轻了启动电流对电网的冲击，延长了设备、管路和阀门的使用寿命，节省了设备的维修维护费用。
4、变频器的保护功能。变频器对电动机设备的保护包括：校正、保护和停止保护。固定保护是指逆变器已知的异常状态检测能自动校正异常运动，如再生电压和电流防止失速；停止保护是检测异常状态自动功率半导体器件的控制信号的封锁后，电机停止运行，如过电压、过电流再生切断，过热断电保护都属于这一类型的保护类型。因此，变频器的保护功能较大。
三、变频器在工业自动化控制系统应用中的选型
1、变频器防护等级。由于变频器的防护要与相关的使用环境相适用，因此要充分考虑环境区域内的温度、湿度、酸碱性等，敞开型变频器适合集中使用，对环境要求高；封闭性通常允许有些许粉尘；密封性相对适合工业环境较差的状况，极其恶劣的环境时可考虑采用密闭性变频器。
2、变频器功率。从效率角度出发，在选用变频器功率时，要注意以下几点：①变频器功率与电动机功率相当时为最合适，以利于变频器在高频状态下运转；②在变频器的功率分级与电动机的功率分级不相同时，变频器的功率要尽可能接近电动机的功率，并且应略大于电动机的功率；③当电动机频繁启动、制动工作或处于重载启动且较频繁时，可选取大一级的变频器，以利于变频器长期、安全运行；④经测试，电动机的实际功率确实有富余，可考虑选用功率小于电动机功率的变频器，但要注意瞬时峰值电流是否会造成过电流保护动作；⑤对一些特殊的应用场合，如高环境温度、高海拔高度等情况下，在选用变频器时应放大一级使用。
3、变频器容量的确定。变频器容量选择过程实际上是一个进行匹配的过程，变频器和电机间应需进行最佳匹配，相对匹配的也就是最安全的，要想使变频器容量大于或等于电动机的额定功率，也要考虑实际功率的电动机在实际匹配时与变频器的额定功率不同，通常是选择设备容量大，但实际能力小的，根据电动机的实际功率选择合适的变频器，避免选择由于变频器太大，增加投资。针对光负载阻抗增量，提出了两种自适应保护方案，该方案是在串联阻抗增量的基础上建立的一种基于UPFC的方案，该方案在设置阻抗值的同时进行自适应调整，使自适应变阻抗圆的设置阻抗特性；另一种方案是修改测量阻抗，以确定传统阻抗下的动作特性。采用两种方案分别保护接地短路保护模型和相间短路保护模型。结果表明，两种方案都能在短路故障后保护正确的反应。当故障发生在UPFC装置的后端线路时，传统的距离保护可能有拒动影响，使距离保护能正确地响应每一个短路故障。
四、变频器在工业自动化控制应用的注意事项
1、散热。变频器对散热的要求相对较高，变频器的使用寿命也受温度影响，与温度成反比。目前使用的变频器内部都设置有冷却风扇，以达到空气循环散热的目的，这也要求在安装变频器时要垂直安装，保证空气上下流通，若客观需要多台变频器安装在同一控制箱内时，通常采用横向排列的方式，以便减少互热传递。
2、谐波干扰。采用脉宽调制的控制方式，能使运行中的变频器在电源侧产生谐波电流，谐波电流的产生可能会引发电能的质量问题，并使其他电子设备的正常运行受到严重的干扰。对于这样的情况，一般应在变频器的输入侧对滤波电抗器进行加装，从而使谐波的分量能得到有效降低，此外，在专用的接地点对变频器进行正确接地，也能使控制系统的灵敏度得到有效提升。
3、超长距离补偿方法。变频器所输出来的电压呈矩形脉冲，力量大，因此在即将输出时，会形成过电压。分析变频器输出的电压计算公式得出，电缆越长形成的过电压就越大。若使用屏蔽电缆法，就会加大过电压量。通常，若变频输出电缆大于50m，就要制定科学的补偿方法，能在输出侧安装电抗器，防止过电压输出量。
参考文献：
[1]史今.变频器在工业自动化控制应用和注意事项[J].山东工业技术,2017(14).
[2]张胜.变频器在工业自动化控制系统的应用分析[J].建筑工程技术与设计,2017(02).