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1概述

　　隨著電力電子技術(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(yīng)用也如雨后春筍般的蓬勃崛起，正日益滲透到各個領(lǐng)域，業(yè)已成為各個生產(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、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、減輕工人的勞動強(qiáng)度發(fā)揮著越來越積極的作用。

　　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，變頻器可以說隨處可見。但是在某些場合，在工藝技術(shù)基本相同、負(fù)載類別一致的情況下，如水泵、風(fēng)機(jī)等，單開一臺泵無法達(dá)到工藝要求，需要同時開幾臺泵或風(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，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，依次類推，再去帶第二套、第三套等，直到達(dá)到現(xiàn)場的工藝要求。這就是所說的一拖多的情況。

　　但是在應(yīng)用中卻遇到一個問題，這就是在變頻達(dá)到滿頻而向工頻切換的過程中，有時切換順利，電流很小就切換成功，但有時切換電流就較大，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)過大量的檢測與研究，發(fā)現(xiàn)在變頻與工頻切換的過程中，不但是頻率要一致，還有一個重要的因素，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(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電流才小，達(dá)到可以控制的范圍內(nèi)，而當(dāng)相位不一致時，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)過大量的實踐與工程研究，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(yīng)用于工程實踐，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倍以內(nèi)，達(dá)到了用戶的要求，實現(xiàn)了無擾切換。

2變工頻轉(zhuǎn)換的技術(shù)原理

　　本轉(zhuǎn)換板采用同時檢測變頻輸入側(cè)與輸出側(cè)的相位的方法，首先檢測頻率到達(dá)信號，在達(dá)到頻率設(shè)定值后，進(jìn)行相位檢測。通過工頻與變頻相位相減法，找出彼此相位的極小值，通過運(yùn)算，與一基準(zhǔn)電壓相比較，找出二者合適的交匯點，此即轉(zhuǎn)換的合適位置，然后驅(qū)動繼電器動作，從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。

圖1轉(zhuǎn)換板原理框圖

3技術(shù)特點

　　本實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、放大器與控制開關(guān)依次串接而成。其特點為：

　　取樣電路由兩個變壓器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，通過變壓器變成較小的電壓，而次級采用反串聯(lián)的方式，實際就是兩電壓相減，取其最小值作為本控制電路的控制對象，進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過整流變成直流信號，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(dāng)工、變頻電壓的向量差值小于設(shè)定值時輸出控制信號實現(xiàn)變頻到工頻的無擾切換，也可實現(xiàn)存在差頻時較小沖擊的切換。

4應(yīng)用范圍

　　本實用新型的軟切換裝置，主要應(yīng)用在大功率電機(jī)由變頻到工頻的無沖擊軟切換控制過程中，主要用在使用變頻器作為電機(jī)調(diào)速、軟啟動裝置電氣傳動系統(tǒng)中，并在變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時切換到工頻電網(wǎng)的控制場合；由工頻轉(zhuǎn)換變頻同樣適用。該裝置應(yīng)用范圍廣，對于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動系統(tǒng)中，需要工頻---變頻軟切換的都可以適用該裝置。

5現(xiàn)場調(diào)試需要注意的問題

　　該切換裝置已大量應(yīng)用于工程實踐中，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，主要有以下幾個方面。

5.1相序的查找

　　該切換裝置首要的一點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(jī)，如果沒有工頻軟啟動裝置，可以先用一個小電機(jī)試驗，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，原來的走線都是確定的，在找相序的過程中，一般不要動柜內(nèi)的走線，防止動線后與原來的走線不一致，造成切換時相序不一致而電流大，所以一般只可動柜子外部的電機(jī)線與電源線，柜內(nèi)的線路一般不要動。

5.2頻率到達(dá)信號的調(diào)整

　　由于大功率電動機(jī)，在變頻斷電向工頻切換的過程中，總有一個自由旋轉(zhuǎn)的瞬間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會有小范圍的降速。因此我們總是采用提前切換的思路，即切換時的頻率比工頻稍高出一些，經(jīng)過試驗，我們大部分都選擇50.05Hz，即電機(jī)從50.05Hz開始斷電，到切換到工頻，基本正好達(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輸出對應(yīng)的最大頻率設(shè)為50.05，不然就達(dá)不到該值。信號輸出可以采用變頻器的控制輸出端子，通過設(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)界面控制，又人機(jī)界面通過通訊采集變頻器的頻率信號，所以在人機(jī)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(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)界面檢測不到變頻器的頻率，頻率到達(dá)信號傳不到轉(zhuǎn)換板，就無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

5.3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。

圖2關(guān)鍵點波形

　　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)換時間越長，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)場經(jīng)驗，基準(zhǔn)電壓一般調(diào)到—0.95到—0.8V之間比較好，若高于—1.2V,轉(zhuǎn)換時電流就比較大。

6應(yīng)用效果

　　我們公司在青海油田應(yīng)用了幾套大功率一拖多的控制柜，從調(diào)試的情況看，轉(zhuǎn)換效果都比較理想。現(xiàn)將轉(zhuǎn)換試驗的效果列出表格，如下：

　　基本都控制在1.2倍以內(nèi)，轉(zhuǎn)換時沒有出現(xiàn)較大的沖擊，且經(jīng)過多次試驗，有時一側(cè)試驗3到5次以上，轉(zhuǎn)換效果非常理想，達(dá)到了預(yù)期的效果。

7總結(jié)

　　該軟切換技術(shù)的成功應(yīng)用，為大功率電機(jī)實現(xiàn)變頻與工頻、甚至工頻到變頻的無擾切換提供了較好的實現(xiàn)平臺，據(jù)統(tǒng)計，該技術(shù)在高壓大功率電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)換中也得到了較好的應(yīng)用，收到了滿意的效果。隨著變頻器的日益普及，該項技術(shù)的應(yīng)用也將越來越廣泛，必將成為工控系統(tǒng)的一項較好的技術(shù)，為大多數(shù)工況企業(yè)所應(yīng)用，收到較好的效益。