工业自动化变频器的应用研究
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【摘 要】21世纪，工业自动化控制成为大中型企业重点技术改进方向，随着改革发展的不断深入，变频器在工业个及民用领域的应用不断增加，因此针对变频器的应用研究越来越广泛、越来越深入。本文首先对变频器的现状进行分析，接着阐述其在工业自动化控制领域的应用优势，再次点明变频器在工业自动化系统应用过程中应重视的要点，最后针对工业自动化变频器的选型做研究分析，以期为相关领域的研究提供有价值的参考。
【关键词】工业自动化；变频器；应用研究
引言
走进新时代，变频器由其自身优势决定它在改造传统设备，在各行各业中均有不俗的表现。我们知道变频器是一个将固定频率交流电（三相或单相多为50HZ）转换成连续可调的三相（多数0―400HZ）的三相交流电的设备。值得一提的是，因为磁通和磁路的相互关系，在变频的过程中，输出频率的改变是同时的电压也随之改变即VVVF。目前我国多数大中型企业开始重视对变频器的应用，这里要提到PLC即可编程逻辑控制器，PLC与变频器形成有效的控制组合，企业可以通过简单的编程操作，就能实现对工业自动化系统的控制，并以此获取更大的效益，未来PLC与变频器的组合应用会更广泛，对其研究也会更深入。
一、变频器发展现状分析
随着科技时代的来临，工业自动化的不断深化，各行业各领域有了实际的客观需求，且变频器的种类与数量开始提升，能够基本满足各行业的使用需求，因此它的优点显现愈发明显，人们对它的认可度提升，推广与应用也随之扩大。在我国80%左右的变频器被应用于工业，其中低压变频器占主导地位，根据调查，变频器被使用以每年提升10%的速度在各领域蔓延，即便如此，变频器的应用仍没有达到巅峰，相信在未来的工业自动化建设中，变频器的开发、研究与应用还有更大的空间。
二、变频器在工业自动化控制中的应用优势
我们意识到变频器的应用优势有：
首先节能优势明显。比如在风机和水泵节能的应用，风机、水泵的平方转矩的特性，比起传统的调风和恒压设备既节省了许多硬件投入而且节省更多的电能，基于此投入成本容易收回。变频调速成功应用于许多设备，如中央空调、液压泵、恒压供水，空压机等。由于DSP的速度不断提升，促使了矢量变频器的诞生，因为矢量变频具有与传统直流调速媲美的转矩特性而且性价比较高，因此替代传统的直流调速，为老设备再利用提供了良好的动力。
其次它是便于维护管理。变频器的操作相对简单，因为电力电子技术和微电子不断发展，人机交互方便，使现代变频器的稳定性，适应性，可靠性大大提高。
再次控制精度效果好。随着控制技术的不断发展，变频器的智能控制得到认可与应用，通过实验证明，变频器精度能到0.01%，因此专用变频器在纺织印染设备、彩色印刷设备等方面应用率大大提升。
再次对电网冲击小。变频器的启动方式通常为软启动，能够很好的结合实际情况，通过变频使电机负荷输出得到控制，与工艺需求相匹配的，在这个启动和停止过程中，电机电流中不存在冲击实现真真意义的软起软停，从而实现对电网和设配的保护，延长设备使用寿命。
最后变频器有故障报警和记录功能。当发生缺相、低电压、高电压、过流、温度过高、过力矩、反转等等信息时，变频器的微处理器会判断为报警或故障信号，停止工作以保护自身和传动设备待修理或调整后故障复位后才能正常投入工作。
三、变频器在工业自动化系统中应用注意事项
1.注意散热
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。目前我们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，这也要求我们在安装变频器时要垂直安装，保证空气上下流通，如果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.注意谐波干扰
变频器受到的谐波干扰相对较小，但不代表完全不受干扰，因此这方面仍需要我们注意，从变频器本身来看，它采用PWM的控制方式，这也是导致电源侧出线谐波电流的原因，一旦有谐波，电压电流就会呈现畸变，一般情况下我们抗击谐波的方式为在变频器侧面增设过滤谐波电抗器，除此之外还可以采用变频器专用的接地方法，控制噪音的同时抵抗谐波电流。
3.注意距离补偿
变频器会以矩形脉冲的方式输出电压，此时电压是非常大的，联系电抗值与电容，我们可以用电压的计算公式来说明问题：U=Zcdu/dt，由此可知电机电缆长，抗值与电容大，电压越大。通常只要变频器电缆超过50M我们就要采取补偿措施，即在变频器侧面延长输出距离，可达300m左右，当然设计要根据实际情况而定，包括对变频器的选用。
四、变频器在应用中的选型研究
变频器在应用中的选型主要从几个方面出发：
首先从防护等级的角度来选，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，密封性对于工业环境较差的状况是相对适合的，极其恶劣的环境时可以考虑采用密闭性变频器。
其次从功率角度来选，这方面我们要保证变频器功率与电机功率基本相同，还要注意的是当我们需要频繁启动电机时，通常要选择大一级别的变频器，以有利于变频器稳定运行，倘若处于一些特殊的环境或场合也要选择功率大一级的变频器重负载或带有冲击负载特性的电机，需要加更多的余量。
再次从转矩负载角度来选，因为在各类电机、水泵泵等负载特新选用风机泵类专用变频经济实惠。
对于电梯，行车，吊车等起重类选用矢量型变频器，输出力矩恒定牵引特性较好抗过载能力也较强。
对于轧机，特殊工业生产线（列如石化行业）等重要场合必须选用工程型变频器，因其稳定，过载能力强，可连续工作。稳定性好。
变频器安装在海拔高度1000m以下可以输出额定功率。海拔高度每增加1000m，其输出功率会下降20%。
现代科技日新月异，变频器的发展也不停息，随着电力电子技术，微电子技术，及网络技术的不断发展，变频器将更加智能，更加可靠跟好的融入到工业信息化的时代。
①低电磁噪声、静音化。新型通用变频器除了采用高频载波方式的正弦波SPWM调制实现静音化外，还在通用变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路，而在逆变电路中采取Soft-PWM控制技术等，以改善输入电流波形，降低电网谐波，在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，实现所谓的清洁电能的变换。
②专用化。为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，新型通用变频器派生出了许多专用机型，如风机水泵空调专用型、起重机专用型、恒压供水专用型、交流电梯专用型、纺织机械专用型、机械主轴传动专用型、电源再生专用型、中频驱动专用型、机车牵引专用型等。
③系统化。通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。
④网络化。新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS-485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线通信。
参考文献：
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[2]吕明磊.浅谈变频器应用现状与发展趋势[J].装备应用与研究.2012.（03）.