[發(fā)明專利]一種工頻與變頻切換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610180461.0
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105656389B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃明;王培林;張正磊;楊曉偉;施彥紅;李蘭維;李鐵黨;石東哲
• 申請（專利權(quán)）人: 無錫市優(yōu)利康電氣有限公司
• 主分類號: H02P27/04
• 分類號: H02P27/04;H02P25/02;H02P23/14
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32227
• 代理人: 顧吉云

本發(fā)明涉及異步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種工頻與變頻切換方法，其可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻運(yùn)行與工頻運(yùn)行的雙向切換不產(chǎn)生沖擊電流，能耗低，適用范圍廣，其方案如下所述：偵測工頻電源電壓的相序和變頻器輸出電壓的相序并計(jì)算相位差，調(diào)節(jié)變頻器輸出電壓的相序使相位差小于5°時(shí)，進(jìn)行工頻到變頻切換或變頻到工頻切換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及異步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種工頻與變頻切換方法。

背景技術(shù)

交流異步感應(yīng)電動機(jī)在傳動產(chǎn)業(yè)市占率高達(dá)70％以上。一般在使用異步感應(yīng)電機(jī)，多會搭配調(diào)速用的變頻器，主要作用降低啟動瞬間的電流，避免過流跳閘。電機(jī)啟動運(yùn)行到額定頻率(一般為工頻50Hz)時(shí)，使用變頻器的意義不大，甚至帶來更多的副作用。例如耗能(變頻器本身)，電網(wǎng)諧波破壞(整流)，電機(jī)溫度升高(PWM載波)，降低設(shè)備壽命(變頻器持續(xù)運(yùn)行)等，故電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，最好的驅(qū)動方式是直接使用工頻電。被變頻器拖動的電機(jī)，斷電瞬間，其內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在切換到工頻電時(shí)，如果感應(yīng)電動勢與工頻相位差異太大，則會發(fā)生的很大的沖擊電流。

傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)由變頻器切換到工頻，通常會采用幾種方式：

1.延長時(shí)間法：電機(jī)由變頻器斷電后，等待一段時(shí)間(一般由1s-5S,視電機(jī)功率而定)，待電機(jī)斷電后的感應(yīng)電動勢消失后，再切換到工頻。此方法適用于電機(jī)拖動中慣量負(fù)載的應(yīng)用場合，例如:小風(fēng)機(jī)水泵、空壓機(jī)等。采用這種方式的最大缺點(diǎn)為，負(fù)載會因?yàn)榈却臅r(shí)間較長，產(chǎn)生掉速的情況。故僅適用于慣性中負(fù)載，大慣性等其它不適用。

2.提速+延長時(shí)間法：此方法是根據(jù)延長時(shí)間法的改良，主要也是針對大慣量場而設(shè)計(jì)。改方法改良了負(fù)載會因掉速問題，故在切換 前變頻器刻意將拖動的電機(jī)進(jìn)行提速(一般可以提速到10％)，后再進(jìn)行切換，目的在切換點(diǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率可以與工頻同步，減少沖擊電流。此方式的最大缺點(diǎn)為提速的百分比不好量化。因?yàn)殡姍C(jī)功率越大，提的速也相對需要越高，且提速與負(fù)載特性也有關(guān)系。另外某些機(jī)械裝置不允許電機(jī)超過額定轉(zhuǎn)速，且對于主動性負(fù)載應(yīng)用場合也不適用。

3.回路串入電感法：在回路里串入一合適電感，在變頻器切換延后，將其短路。目的也是為了更快速釋放電機(jī)內(nèi)部斷電后殘留的感應(yīng)電動勢，縮短延時(shí)時(shí)間。此方法最大缺點(diǎn)，除了時(shí)間不好控制外，串入的電感及其昂貴的成本與笨重的體積，也是讓許多用戶困擾的問題。

以上總結(jié)，為了降低沖擊電流，傳統(tǒng)對策是讓電機(jī)內(nèi)部的感應(yīng)電動勢消失或降低，來減低沖擊電流發(fā)生。不管是通過延長時(shí)間來等待感應(yīng)電動勢消失，或提速減小滑差﹑還是回路加入電感等，都是希望得到切換瞬間沖擊電流小的結(jié)果。但延長時(shí)間△T越長，雖可讓感應(yīng)電動勢△E降的越小；但同時(shí)也帶來負(fù)載掉速△ω越多，電機(jī)滑差△S越大，最終還是導(dǎo)致有大沖擊電流的副作用。另外提速△ω雖然可以緩和下掉速的問題，但速度提高，輸出電壓也提高，電機(jī)瞬間斷電后殘留的感應(yīng)電動勢△E也相對提高了，同樣也帶來反效果。所以傳統(tǒng)變頻切工頻方式，不管采用延長時(shí)間△T，提速運(yùn)行△ω，回路串電感等策略，對沖擊電流的抑制效果是有限。

另一種情況，當(dāng)電機(jī)由工頻切換到變頻器，此刻間電機(jī)轉(zhuǎn)子因?yàn)閼T性負(fù)載持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器的輸出頻率必須與此刻的電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率相等或接近，負(fù)載才可以維持慣性運(yùn)行原來的速度。倘若變頻器輸出頻 率與電機(jī)轉(zhuǎn)子速度差異太大，電機(jī)拖動的負(fù)載會有掉速的情況發(fā)生。在許多應(yīng)用是不允許的。

傳統(tǒng)的交流異步電機(jī)由工頻切換到變頻器，通常會采幾種方式：

1.額定頻率輸出法：電機(jī)由工頻斷電，等待時(shí)間(一般由1s-10S,視電機(jī)功率而定)，待電機(jī)感應(yīng)電動勢消失后，再切換到變頻器輸出端。變頻器輸出約額定頻率繼續(xù)拖動電機(jī)。此方法僅適用中/小功率的低端應(yīng)用場合。其他主動性負(fù)載或不允許掉速的大慣性應(yīng)用不適用。