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1概述

　　隨著電力電子技術的不斷發(fā)展，變頻器的技術已日趨成熟，在工控企業(yè)的應用也如雨后春筍般的蓬勃崛起，正日益滲透到各個領域，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，在工藝技術基本相同、負載類別一致的情況下，如水泵、風機等，單開一臺泵無法達到工藝要求，需要同時開幾臺泵或風機，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，當達到全速，工藝條件仍達不到要求時，將運行的這套系統(tǒng)轉到工頻運行，變頻器再去帶另一套系統(tǒng)運行，依次類推，再去帶第二套、第三套等，直到達到現(xiàn)場的工藝要求。這就是所說的一拖多的情況。

　　但是在應用中卻遇到一個問題，這就是在變頻達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，轉換電流就相當大，以至于使電網(wǎng)跳閘。

　　山東新風光電子科技發(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，并成功應用于工程實踐，得到了很好的效果。轉換電流基本控制在額定電流的1.5倍以內，達到了用戶的要求，實現(xiàn)了無擾切換。

2變工頻轉換的技術原理

　　本轉換板采用同時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，通過運算，與一基準電壓相比較，找出二者合適的交匯點，此即轉換的合適位置，然后驅動繼電器動作，從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。

圖1轉換板原理框圖

3技術特點

　　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，進行相應的處理，通過整流變成直流信號，對外圍電路進行控制。

　　該技術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應用范圍

　　本實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沖擊軟切換控制過程中，主要用在使用變頻器作為電機調速、軟啟動裝置電氣傳動系統(tǒng)中，并在變頻器輸出頻率達到工頻時切換到工頻電網(wǎng)的控制場合；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)場調試需要注意的問題

　　該切換裝置已大量應用于工程實踐中，并收到了良好的效果，但調試中也應該遵循一定的規(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，如果沒有工頻軟啟動裝置，可以先用一個小電機試驗，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線與電源線，柜內的線路一般不要動。

5.2頻率到達信號的調整

　　由于大功率電動機，在變頻斷電向工頻切換的過程中，總有一個自由旋轉的瞬間，電機的轉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，即電機從50.05Hz開始斷電，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，通過設置相應的參數(shù)輸出到轉換板。

　　現(xiàn)在做的一拖二、一拖三、一拖四的控制柜，一般采用PLC及人機界面控制，又人機界面通過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，就無法實現(xiàn)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鍵，若控制不好，仍會出現(xiàn)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關鍵點波形

　　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，但轉換時間越長，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(jù)現(xiàn)場經(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(xiàn)將轉換試驗的效果列出表格，如下：

　　基本都控制在1.2倍以內，轉換時沒有出現(xiàn)較大的沖擊，且經(jīng)過多次試驗，有時一側試驗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

　　該軟切換技術的成功應用，為大功率電機實現(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，收到了滿意的效果。隨著變頻器的日益普及，該項技術的應用也將越來越廣泛，必將成為工控系統(tǒng)的一項較好的技術，為大多數(shù)工況企業(yè)所應用，收到較好的效益。