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1概述

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的技術(shù)已日趨成熟，在工控企業(yè)的應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，業(yè)已成為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節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、節約能源、減輕工人的勞動(dòng)強度發(fā)揮著(zhù)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、負載類(lèi)別一致的情況下，如水泵、風(fēng)機等，單開(kāi)一臺泵無(wú)法達到工藝要求，需要同時(shí)開(kāi)幾臺泵或風(fēng)機，這樣為了節省投資，大多數廠(chǎng)家都選擇一拖多的形式，如一拖二、一拖三、一拖四等形式，變頻先帶一套系統工作，當達到全速，工藝條件仍達不到要求時(shí)，將運行的這套系統轉到工頻運行，變頻器再去帶另一套系統運行，依次類(lèi)推，再去帶第二套、第三套等，直到達到現場(chǎng)的工藝要求。這就是所說(shuō)的一拖多的情況。

　　但是在應用中卻遇到一個(gè)問(wèn)題，這就是在變頻達到滿(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)切換電流就較大，達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)大量的檢測與研究，發(fā)現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的情況下轉換，轉換電流才小，達到可以控制的范圍內，而當相位不一致時(shí)，轉換電流就相當大，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的變-工頻切換的技術(shù)，并成功應用于工程實(shí)踐，得到了很好的效果。轉換電流基本控制在額定電流的1.5倍以?xún)?，達到了用戶(hù)的要求，實(shí)現了無(wú)擾切換。

2變工頻轉換的技術(shù)原理

　　本轉換板采用同時(shí)檢測變頻輸入側與輸出側的相位的方法，首先檢測頻率到達信號，在達到頻率設定值后，進(jìn)行相位檢測。通過(guò)工頻與變頻相位相減法，找出彼此相位的極小值，通過(guò)運算，與一基準電壓相比較，找出二者合適的交匯點(diǎn)，此即轉換的合適位置，然后驅動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。

圖1轉換板原理框圖

3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TC1、TC2組成。兩變壓器的初級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，取其最小值作為本控制電路的控制對象，進(jìn)行相應的處理，通過(guò)整流變成直流信號，對外圍電路進(jìn)行控制。

　　該技術(shù)采用電壓直接向量比較的方法，當工、變頻電壓的向量差值小于設定值時(shí)輸出控制信號實(shí)現變頻到工頻的無(wú)擾切換，也可實(shí)現存在差頻時(shí)較小沖擊的切換。

4應用范圍

　　本實(shí)用新型的軟切換裝置，主要應用在大功率電機由變頻到工頻的無(wú)沖擊軟切換控制過(guò)程中，主要用在使用變頻器作為電機調速、軟啟動(dòng)裝置電氣傳動(dòng)系統中，并在變頻器輸出頻率達到工頻時(shí)切換到工頻電網(wǎng)的控制場(chǎng)合；由工頻轉換變頻同樣適用。該裝置應用范圍廣，對于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動(dòng)系統中，需要工頻---變頻軟切換的都可以適用該裝置。

5現場(chǎng)調試需要注意的問(wèn)題

　　該切換裝置已大量應用于工程實(shí)踐中，并收到了良好的效果，但調試中也應該遵循一定的規則，否則切換是不成功的，主要有以下幾個(gè)方面。

5.1相序的查找

　　該切換裝置首要的一點(diǎn)是查找工頻與變頻的相序。只有在二者一致的情況下才能正常切換。對于大功率電機，如果沒(méi)有工頻軟啟動(dòng)裝置，可以先用一個(gè)小電機試驗，保證工頻與變頻的相位一致，再接上原大功率電機調整相序，由于原來(lái)已調整好工頻與變頻一致，則大功率電機其相序也是一致的。

　　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(xiàn)路中，原來(lái)的走線(xiàn)都是確定的，在找相序的過(guò)程中，一般不要動(dòng)柜內的走線(xiàn)，防止動(dòng)線(xiàn)后與原來(lái)的走線(xiàn)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)柜子外部的電機線(xiàn)與電源線(xiàn)，柜內的線(xiàn)路一般不要動(dòng)。

5.2頻率到達信號的調整

　　由于大功率電動(dòng)機，在變頻斷電向工頻切換的過(guò)程中，總有一個(gè)自由旋轉的瞬間，電機的轉速會(huì )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，我們大部分都選擇50.05Hz，即電機從50.05Hz開(kāi)始斷電，到切換到工頻，基本正好達到工頻的50Hz的交流電網(wǎng)的頻率，從而保證正常的切換。

　　該頻率信號從變頻器上設置，將其最大輸出頻率及上限頻率設定為50.05，對于電位器調整的及外加PID控制的，還要將電位器及PID輸出對應的最大頻率設為50.05，不然就達不到該值。信號輸出可以采用變頻器的控制輸出端子，通過(guò)設置相應的參數輸出到轉換板。

　　現在做的一拖二、一拖三、一拖四的控制柜，一般采用PLC及人機界面控制，又人機界面通過(guò)通訊采集變頻器的頻率信號，所以在人機界面上直接檢測變頻器的輸出頻率信號，這樣就不用在變頻器上設置頻率輸出控制端子。但要注意變頻器與人機界面要保持通訊正常，不然若通訊不正常，人機界面檢測不到變頻器的頻率，頻率到達信號傳不到轉換板，就無(wú)法實(shí)現轉換。

5.3轉換電流的控制

　　前面控制原理中講到的基準電位，這是控制轉換電流的關(guān)鍵，若控制不好，仍會(huì )出現轉換電流較大，沖擊較大的情況。

　　可以用示波器的雙通道檢測轉換板的運放集成塊的12腳與13腳的波形，如圖2所示。

圖2關(guān)鍵點(diǎn)波形

　　其中藍色為12腳波形，紅色為13腳波形，即基準電壓，當二者相切時(shí)轉換電流最小，基準電位越往下，即切的藍色波形越多，轉換時(shí)間越小，但轉換電流越大；基準電位越往上，即切的藍色波形越少，轉換電流越小，但轉換時(shí)間越長(cháng)，所以要綜合考慮。一般紅色波形與藍色波形相正切為最好。

　　根據現場(chǎng)經(jīng)驗，基準電壓一般調到—0.95到—0.8V之間比較好，若高于—1.2V,轉換時(shí)電流就比較大。

6應用效果

　　我們公司在青海油田應用了幾套大功率一拖多的控制柜，從調試的情況看，轉換效果都比較理想?，F將轉換試驗的效果列出表格，如下：

　　基本都控制在1.2倍以?xún)?，轉換時(shí)沒(méi)有出現較大的沖擊，且經(jīng)過(guò)多次試驗，有時(shí)一側試驗3到5次以上，轉換效果非常理想，達到了預期的效果。

7總結

　　該軟切換技術(shù)的成功應用，為大功率電機實(shí)現變頻與工頻、甚至工頻到變頻的無(wú)擾切換提供了較好的實(shí)現平臺，據統計，該技術(shù)在高壓大功率電機的變頻轉換中也得到了較好的應用，收到了滿(mǎn)意的效果。隨著(zhù)變頻器的日益普及，該項技術(shù)的應用也將越來(lái)越廣泛，必將成為工控系統的一項較好的技術(shù)，為大多數工況企業(yè)所應用，收到較好的效益。