[發明專利]一種工頻與變頻切換方法

有效

• 申請號: 201610180461.0
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN105656389B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）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）人: 無錫市優利康電氣有限公司
• 主分類號: H02P27/04
• 分類號: H02P27/04;H02P25/02;H02P23/14
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標事務所(普通合伙) 32227
• 代理人: 顧吉云

本發明涉及異步電機控制技術領域，具體為一種工頻與變頻切換方法，其可以實現電機變頻運行與工頻運行的雙向切換不產生沖擊電流，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算相位差，調節變頻器輸出電壓的相序使相位差小于5°時，進行工頻到變頻切換或變頻到工頻切換。

技術領域

本發明涉及異步電機控制技術領域，具體為一種工頻與變頻切換方法。

背景技術

交流異步感應電動機在傳動產業市占率高達70％以上。一般在使用異步感應電機，多會搭配調速用的變頻器，主要作用降低啟動瞬間的電流，避免過流跳閘。電機啟動運行到額定頻率(一般為工頻50Hz)時，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)，電網諧波破壞(整流)，電機溫度升高(PWM載波)，降低設備壽命(變頻器持續運行)等，故電機在額定運行時，最好的驅動方式是直接使用工頻電。被變頻器拖動的電機，斷電瞬間，其內部會產生感應電動勢。在切換到工頻電時，如果感應電動勢與工頻相位差異太大，則會發生的很大的沖擊電流。

傳統的交流異步電機由變頻器切換到工頻，通常會采用幾種方式：

1.延長時間法：電機由變頻器斷電后，等待一段時間(一般由1s-5S,視電機功率而定)，待電機斷電后的感應電動勢消失后，再切換到工頻。此方法適用于電機拖動中慣量負載的應用場合，例如:小風機水泵、空壓機等。采用這種方式的最大缺點為，負載會因為等待的時間較長，產生掉速的情況。故僅適用于慣性中負載，大慣性等其它不適用。

2.提速+延長時間法：此方法是根據延長時間法的改良，主要也是針對大慣量場而設計。改方法改良了負載會因掉速問題，故在切換 前變頻器刻意將拖動的電機進行提速(一般可以提速到10％)，后再進行切換，目的在切換點電機的轉速頻率可以與工頻同步，減少沖擊電流。此方式的最大缺點為提速的百分比不好量化。因為電機功率越大，提的速也相對需要越高，且提速與負載特性也有關系。另外某些機械裝置不允許電機超過額定轉速，且對于主動性負載應用場合也不適用。

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內部斷電后殘留的感應電動勢，縮短延時時間。此方法最大缺點，除了時間不好控制外，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，為了降低沖擊電流，傳統對策是讓電機內部的感應電動勢消失或降低，來減低沖擊電流發生。不管是通過延長時間來等待感應電動勢消失，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果。但延長時間△T越長，雖可讓感應電動勢△E降的越小；但同時也帶來負載掉速△ω越多，電機滑差△S越大，最終還是導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，電機瞬間斷電后殘留的感應電動勢△E也相對提高了，同樣也帶來反效果。所以傳統變頻切工頻方式，不管采用延長時間△T，提速運行△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，當電機由工頻切換到變頻器，此刻間電機轉子因為慣性負載持續運轉。變頻器的輸出頻率必須與此刻的電機轉子頻率相等或接近，負載才可以維持慣性運行原來的速度。倘若變頻器輸出頻 率與電機轉子速度差異太大，電機拖動的負載會有掉速的情況發生。在許多應用是不允許的。

傳統的交流異步電機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：電機由工頻斷電，等待時間(一般由1s-10S,視電機功率而定)，待電機感應電動勢消失后，再切換到變頻器輸出端。變頻器輸出約額定頻率繼續拖動電機。此方法僅適用中/小功率的低端應用場合。其他主動性負載或不允許掉速的大慣性應用不適用。