變頻與工頻切換

1、變頻與工頻切換技術(shù) 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的技術(shù)己FI趨成熟，在 工控企業(yè)的應(yīng)用也如雨后春筍般的蓬勃崛起，正日益滲透到各個(gè)領(lǐng) 域。，己業(yè)己成為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的重要工具，為企業(yè)改進(jìn)生 產(chǎn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度發(fā)揮著越 來(lái)越積極的作用。 在變頻器提供這些優(yōu)越性的情況下，變頻器的應(yīng)用也越來(lái)越廣 泛，大到大型的工礦企業(yè)，小到家庭作坊，變頻器可以說(shuō)隨處可見(jiàn)。 但是在某些場(chǎng)合，在工藝技術(shù)基本相同、負(fù)載類(lèi)別一致的情況下，如 水泵、風(fēng)機(jī)等，單開(kāi)一臺(tái)泵無(wú)法達(dá)到工藝要求，需要同時(shí)開(kāi)幾臺(tái)泵或 風(fēng)機(jī)，這樣為了節(jié)省投資，大多數(shù)廠家都選擇一拖多的形式，如一拖 二、一拖三、一拖

2、四等形式，變頻先帶一套系統(tǒng)工作，當(dāng)達(dá)到全速， 工藝條件仍達(dá)不到要求時(shí)，將運(yùn)行的這套系統(tǒng)轉(zhuǎn)到工頻運(yùn)行，變頻器 再去帶另一套系統(tǒng)運(yùn)行，一次類(lèi)推，再去帶第二套、第三套等，直到 達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求。這就是所說(shuō)的一拖多的情況。 但是在應(yīng)用中卻遇到一個(gè)問(wèn)題，這就是在變頻達(dá)到滿(mǎn)頻而向工頻 切換的過(guò)程中，有時(shí)切換順利，電流很小就切換成功，但有時(shí)切換電 流就大，達(dá)到額定電流的幾倍以上，以至于使電網(wǎng)跳閘，不能正常工 作，這究竟是什么原因呢？ 經(jīng)過(guò)大量的檢測(cè)與研究，發(fā)現(xiàn)在變頻與工頻切換的過(guò)程中，不但 是頻率要一致，還有一個(gè)重要的因素，變頻與工頻的相位也要一致， 即只有在頻率與相位都一致額情況下轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電流才小，達(dá)

3、到可以 控制的范圍內(nèi)，而當(dāng)相位不一致時(shí)，轉(zhuǎn)換電流就相當(dāng)大，以至于使電 網(wǎng)跳閘。 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐與工程研究， 研發(fā)了帶有變頻與工頻相位檢測(cè)的變-工頻切換的技術(shù)，并成功應(yīng)用 于工程實(shí)踐，得到了很好的效果。轉(zhuǎn)換電流基本控制在額定電流的 1.5倍以?xún)?nèi)，達(dá)到了用戶(hù)的要求，并且實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換。 1、變工頻轉(zhuǎn)換的技術(shù)原理 本轉(zhuǎn)換板采用同時(shí)檢測(cè)變頻輸入側(cè)與輸出側(cè)的相位的方法，首先 檢測(cè)頻率到達(dá)信號(hào)，在達(dá)到頻率設(shè)定值后，進(jìn)行相位檢測(cè)。通過(guò)工頻 與變頻相位相減法，找出彼此相位的最小值，通過(guò)運(yùn)算，與一基準(zhǔn)電 壓相比較，找出二者合適的交匯點(diǎn)，此即轉(zhuǎn)換的最佳位置，然后驅(qū)動(dòng) 繼電器動(dòng)作，從而

4、完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。 圖1、轉(zhuǎn)換板原理框圖 2、技術(shù)特點(diǎn)： 本實(shí)用新型的變工頻軟切換控制裝置，是由取樣電路、整流器、 反向比例電路、濾波器、施密特觸發(fā)器、放大器與控制開(kāi)關(guān)依次串接 而成。其特點(diǎn)為： 取樣電路由兩個(gè)變壓器TCI、TC2組成。兩變壓器的初級(jí)分別接 變頻器的輸入端（即電網(wǎng)端）與輸出端，通過(guò)變壓器變成較小的電壓, 而次級(jí)采用反串聯(lián)的方式，實(shí)際就是兩電壓相減，取其最小值作為木 控制電路的控制對(duì)象，進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過(guò)整流變成直流信號(hào)，對(duì) 外圍電路進(jìn)行控制。 該技術(shù)采用電壓直接向量比較的方法，當(dāng)工、變頻電壓的向量差 值小于設(shè)定值時(shí)輸出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)變頻到工頻的無(wú)擾切換，也可實(shí)現(xiàn)

5、 存在差頻時(shí)較小沖擊的切換。 3、應(yīng)用范圍： 木實(shí)用新型的軟切換裝置，主要應(yīng)用在大功率電機(jī)由變頻到工 頻的無(wú)沖擊軟啟動(dòng)切換控制過(guò)程中，主要用在使用變頻器作為電機(jī)調(diào) 速、軟啟動(dòng)裝置電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，并在變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)切 換到工頻電網(wǎng)的控制場(chǎng)合；由工頻轉(zhuǎn)換變頻同樣適用。該裝置應(yīng)用范 圍廣，對(duì)于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，需要工 頻一-變頻軟切換的都可以適用該裝置。 4、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試需要注意的問(wèn)題 該切換裝置已大量應(yīng)用于工程實(shí)踐中，并收到了良好的效果，但 調(diào)試中也應(yīng)該遵循一定的規(guī)則，否則切換是不成功的，主要有以下幾 個(gè)方而。 4.1相序的查找 該切換裝置首要的一點(diǎn)是查找工頻與變頻

6、的相序。只有在二者一 致的情況下才能正常切換。對(duì)于大功率電機(jī)，如果沒(méi)有工頻軟啟動(dòng)裝 置，可以先用一個(gè)小電機(jī)試驗(yàn)，保證工頻與變頻的相位一致，再接上 原大功率電機(jī)調(diào)整相序，由于原來(lái)已調(diào)整好工頻與變頻一致，則大功 率電機(jī)其相序也是一致的。 注意在大功率變頻器的控制柜中，由于變頻與工頻的接觸器線路 中，原來(lái)的走線都是確定的，在找相序的過(guò)程中，一般不要?jiǎng)庸駜?nèi)的 走線，防止動(dòng)線后與原來(lái)的走線不一致，造成切換時(shí)相序不一致而電 流大，所以一般只可動(dòng)柜子外部的電機(jī)線與電源線，柜內(nèi)的線一般不 要?jiǎng)印?4. 2頻率到達(dá)信號(hào)的調(diào)整 由于大功率電動(dòng)機(jī)，在變頻斷電向工頻切換的過(guò)程中，總有一個(gè) 自由旋轉(zhuǎn)的瞬間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)

7、有小范圍的降速。因此我們總是采用 提前切換的思路，即切換時(shí)的頻率比工頻稍高出一些，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，我 們大部分都選擇50.05Hz,即電機(jī)從50. 05Hz開(kāi)始斷電,到切換到工 頻，基木正好達(dá)到工頻的50Hz的交流電網(wǎng)的頻率，從而保證正常的 切換。 該頻率信號(hào)從變頻器上設(shè)置，將其最大輸出頻率及上限頻率設(shè)定 為50. 05,對(duì)于電位器調(diào)整的及外加PID控制的，還要將電位器及PID 輸出對(duì)應(yīng)的最大頻率設(shè)為50.05,不然就達(dá)不到該值。信號(hào)輸出可以 采用變頻器的控制輸出端子，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)輸出到轉(zhuǎn)換板。 現(xiàn)在做的一拖二、一拖三、一拖四的控制柜，一般采用PLC及人 機(jī)界而控制，又人機(jī)界面通過(guò)通訊采集變頻

8、器的頻率信號(hào)，所以在人 機(jī)界而上直接檢測(cè)變頻器的輸出頻率信號(hào)，這樣就不用在變頻器上設(shè) 置頻率輸出控制端子。但要注意變頻器與人機(jī)界面要保持通訊正常， 不然若通訊不正常，人機(jī)界面檢測(cè)不到變頻器的頻率，頻率到達(dá)信號(hào) 傳不到轉(zhuǎn)換板，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。 4. 3轉(zhuǎn)換電流的控制 前面控制原理中講到的基準(zhǔn)電位，這是控制轉(zhuǎn)換電流的關(guān)鍵，若 控制不好，仍會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換電流較大，沖擊較大的情況。 可以用示波器的雙通道檢測(cè)轉(zhuǎn)換板的運(yùn)放集成塊的12腳與13腳 的波形，如圖2所示 Tek JL estopM Pos; 2.600sSAVE.REC 動(dòng)作 圖2、關(guān)鍵點(diǎn)波形 其中藍(lán)色為12腳波形，紅色為13腳波形，即基準(zhǔn)電壓，當(dāng)二者 相切時(shí)轉(zhuǎn)換電流最小，基準(zhǔn)電位越往下，即切的藍(lán)色波形越多，轉(zhuǎn)換 時(shí)間越小，但轉(zhuǎn)換電流越大；基準(zhǔn)電位越往上，即切的藍(lán)色波形越少, 轉(zhuǎn)換電流越小，但轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，所以要綜合考慮。一般紅色波形與 藍(lán)色波形相正切為最好。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，基準(zhǔn)電壓一般調(diào)到一0. 95到一0. 8V之間比較好, 若高于 1. 2V,轉(zhuǎn)換時(shí)電流就比較大。 總結(jié) 該軟切換技術(shù)的成功應(yīng)用，為大功率電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻與工頻、甚至 工頻到變頻的無(wú)擾切換提供了較好的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)在高 壓大功率