变频器在自动控制系统中的应用

浅谈变频器在自动控制系统中的应用摘要：随着社会生产自动化的不断发展与进步，很多生产领域在自动控制系统中都会用到变频器来调节设备的电力使用状况，以实现节能高效的目的。

现本文就通过阐述变频器的相关概念以及其在自动控制系统中的工作原理开始，以锅炉自动控制系统为例，探讨变频器在自动控制系统中的应用。

关键词：变频器自动控制系统控制方案应用特点
所谓变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能使变频器实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

而自动控制系统是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。

1、变频器的相关概念以及工作原理
变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部igbt的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

其工作原理简要地说，就是变频器把交流电通过整流装置变成
直流电，然后通过晶闸管控制电路改变其导通角，把直流电再逆变成所需控制频率的交流电，完成变频调节驱动电机进行调速。

2、变频器在自动控制系统中的应用
由于变频器在很多自动控制系统中都有着广泛的应用，不同的设备在采用变频器进行电力控制时，其工作方式会有一定的差异，但整体来讲，变频器的应用原理以及应用效果都基本相同。

为此，本文以变频器在锅炉自动控制系统中的应用例，来详细分析变频器的应用必要性及应用方案。

2.1应用变频器的必要性
锅炉自动控制系统主要是应用在冬季供暖时的集中供热系统中，目的是为了提高燃料利用率、降低供暖成本，提高热能利用率。

但在实际的应用中，很多热量依然存在很大浪费与散失，这也就使得锅炉自动化控制供热系统在运行中并不能达到预先设计的满载
额定状态，浪费了较大的电能，同时其以调节阀门的方式来控制热水量、以调节挡风板来控制风量的控制方式，并不能实现较好的调节品质，且在一定程度上影响着锅炉供热系统的使用寿命。

为了解决这一问题，实现较高品质的锅炉供热效果，一些技术人员提出利用变频器来实现对锅炉系统的控制与调节。

然而，除了锅炉系统以外，我国很多种电机都存在着较为严重的耗能现象，比如被大量应用在工矿企业生产中的水泵、风机等设备，其运行的调节方式大都是以调节风门、挡板和阀门来实现的。

这种调节方式并不能改变电机的转速，因此浪费了大量的电能。

而若在这些自动控制系统设备中安装变频器来调节和控制设备的运行状况，则能够很好的解决上述问题，交流变频技术通过对集中供热的末端如锅炉风机、热水的循环泵、补水泵等进行控制调节，从而使供热系统风量、热水流量等负荷工况参数按负荷情况得到适时调节，不但能改善系统的调节品质.达到阀门、风门/回流调节、变极调速等落后调节方式所不能相比的调节性能，更能达到节约大量电能。

为此，变频调速技术的引入使以往的调节方式发生了根本性的变化。

电动机的速度由原来的不可变，变为可变，电动机可以根据实际需求量实时的调节转速，加之这一类负载电动机的轴功率输出与电动机转速的立方成正比，节能效果、装置的转换效率都要比以往的调节方式高出很多，为此，变频器的应用于推广是很有必要的。

2.2变频器的控制方案
在本文中，主要是对沸腾式的热水锅炉进行了研究与分析。

在采用传统的调节阀门与水泵风机的调节控制方式中，不仅调节控制效果不佳，且电能耗费过大也会引起电机烧毁的现象。

为此，需要对其进行一定的改进。

而若采用以变频器的来调节锅炉系统，不但可以减少能耗，也能使系统的调节品质得到很大提升，实现预期的理想调节状态，这对于延长电机的使用寿命也是具有很大意义的。

一般配套鼓风机为适应锅炉热负荷的变化和高效率下燃烧，鼓、引风机的风量要根据燃料消耗量进行调节。

而值得注意的是在锅炉系统运行中，风机送入的空气量要与燃料充分燃烧时所需空气的量
一致，若空气送入量过大，会影响燃料燃烧时产生的热能利用效率，而送入空气量过小，则不利于燃料充分燃烧，这些都会影响到锅炉系统的运行效率。

为此，需要采用调频的方式来对鼓风机的变风量进行调节控制，其过程为：按照不同的燃料种类，给定过量空气系数，当负荷变动，引起燃料量的变动，此时为维持给定的过量空气系数，送风量必须变动。

根据含氧量的测定或炉膛温度的测量，调节器进行实测值与设定值的比较，由变频器控制鼓风机变频调速，完成送风量的调节。

引风机的作用是排出烟气，引风机风量过大，炉膛负压过高；引风机风量过小，炉膛负压偏小，甚至出现炉膛正压，炉膛向外喷火。

当锅炉负荷增大时，燃料量增加，送风量增加，此时炉膛实际负压减少，调节器指令变频器增品增速，加大引风机风量，保证炉膛维持给定负压。

负荷减少，反之依然。

风机的工作特性与水泵类似，风压与频率、转速的平方成正比，功率与频率、转速的立方成正比。

在风机变频调速的过程中，由于避免了风门的节流损失。

节电显著，同时.因实现了自动调节，改善了燃烧过程，提高了锅炉效率，深受用户欢迎。

由于送风量的调节比较复杂，有的用户采用人工方法进行变频器的频率设定工作，当然不如自动调节理想，但也能起到满意的效果。

由于鼓风机、引风机常常与锅炉是一机一炉配置，因此，变频器与鼓风机、引风机也宜一对一配置。

3、变频器的性能
保护电机，采用变频调速技术后，电机水泵的转速普遍下降，
减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。

降低了设备的维修费用。

同时，变频器具有手动/自动转换功能，可根据实际情况进行转速的变化，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。

因实现自动控制，不需要操作人员频繁操作，克服了平常因调节阀门故障对生产带来的影响，降低了员工的劳动强度。

同时减少了电机运行时的噪音，消除了阀门因节流而产生的噪音，改善了员工的工作环境。

系统采用闭环控制，参数超调波动范围小，偏差能及时进行控制。

控制精度高，能保证生产工艺稳定，提高了产品的质量和产量。

由于变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了锅炉运行的可靠性。

4、结语
随着我国资源总量的急剧下降，资源能源紧缺加剧，如何提高资源能源的利用率，节省更多资源，就成为了各行各界研究的重点问题，而在多种生产设备的自动控制系统中，对于电能的耗费量是非常严重的，为此，必须要对尽快利用具有良好性能的变频器的变频技术来实现系统的最优控制和调节，以减少能源消耗，提高系统运行的工作效率。