[發(fā)明專利]一種用于變頻器與工頻電網(wǎng)無(wú)沖擊切換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610224083.1
• 申請(qǐng)日: 2016-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN105871291B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊成林;葛興來(lái);宋文勝;王青元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P27/00
• 分類號(hào): H02P27/00;H02P1/28;H02P3/18
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司51200
• 代理人: 張澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子設(shè)備，尤其是變頻器帶載起動(dòng)并切換至工頻電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)所產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)給供電系統(tǒng)和拖動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)不利影響，對(duì)于需要帶載起動(dòng)場(chǎng)合一般采用變頻軟起動(dòng)方案，即用變頻器帶動(dòng)電機(jī)從零速開始起動(dòng)，逐漸升壓升速，直至達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。變頻軟起動(dòng)采用電壓/頻率按比例控制、無(wú)速度傳感器控制等方法，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流；可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩，適合于需重載或滿載起動(dòng)的設(shè)備。

如果變頻器僅承擔(dān)軟起動(dòng)的任務(wù)，不作調(diào)速運(yùn)行，則在變頻器帶動(dòng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，將電動(dòng)機(jī)切換到工頻電網(wǎng)直接供電運(yùn)行，變頻器可以再去起動(dòng)其他的電動(dòng)機(jī)。例如，母管制多泵恒壓供水系統(tǒng)就是一個(gè)典型的例子。當(dāng)水壓過(guò)高需要停泵時(shí)，為了避免“水錘效應(yīng)”，不允許突然切斷水泵電源，而要求逐漸降低轉(zhuǎn)速緩慢停車。這時(shí)就要將電動(dòng)機(jī)再切換到變頻器拖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減速停車。這樣就不可避免地要進(jìn)行電網(wǎng)和變頻器之間的相互切換操作。

采用變頻電源與工頻電源之間切換，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：1）可以減少切換中的沖擊電流、轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；2）具有較好的節(jié)能效果；3）可以大大減少供電變壓器的容量。

變頻到工頻的切換方法主要有以下四種：

1）直接切換。指在保證變頻器與電網(wǎng)電源相序一致的前提下，直接倒閘切換工頻電源與變頻電源，直接切換時(shí)不檢測(cè)電壓的幅值、頻率和相位。這種方式要求系統(tǒng)及保護(hù)能夠容許切換時(shí)的波動(dòng)和沖擊，因而很少使用。

2）異步切換。指檢測(cè)電壓的幅值和頻率而不檢測(cè)電壓相位的切換。異步切換時(shí)最嚴(yán)重的情況出現(xiàn)在變頻器輸出電壓與電網(wǎng)電壓的相位差180°時(shí)，會(huì)造成很大的沖擊電壓和電流，沖擊電流最大可達(dá)額定電流的30倍左右。這種方式要求系統(tǒng)能夠容許切換時(shí)的沖擊和轉(zhuǎn)矩變化，一般只用于小功率低壓變頻系統(tǒng)。

3）同步切換。指檢測(cè)電壓的幅值、頻率和相位的切換。采用同步切換技術(shù)可以使切換電流不超過(guò)電機(jī)額定電流的2.5倍，同步切換時(shí)，轉(zhuǎn)速在工頻電源投人前后變化極小。

4）軟切換。指在檢測(cè)電壓的幅值、頻率和相位后，控制變頻器輸出同頻、同相、幅值可控的電壓，實(shí)現(xiàn)“無(wú)擾”切換。軟切換有先投后切和先切后投兩種情況。工頻電源切換到變頻電源的過(guò)程中，首先利用相位檢測(cè)和鎖相控制使變頻電源與電機(jī)端殘壓相位保持一致，在變頻器的V/F保持基本不變的基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)的高壓變頻器切換運(yùn)行點(diǎn)，調(diào)整變頻器的輸出電壓和頻率。這樣，投入高壓變頻器時(shí)電機(jī)基本無(wú)沖擊電流，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本保持不變。變頻電源切換到工頻過(guò)程中，用鎖相環(huán)鎖定工頻電源的相位和頻率，控制高壓變頻器使電機(jī)在稍微高于額定電壓和頻率的狀態(tài)下進(jìn)行切換。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)高壓變頻電源與工頻電源之間的軟切換。

從上述介紹可以看出，現(xiàn)有的變頻電源與工頻電源的切換存在以下問(wèn)題：1）功率沖擊。無(wú)論是在變頻電源切換至工頻電源或者是從工頻電源切換至變頻電源，都存在滿載工況斷開電源或封鎖脈沖的操作，因此無(wú)論對(duì)電網(wǎng)或者變頻電源都存在功率沖擊。2）產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)程。電機(jī)負(fù)載均為感性負(fù)載，在一個(gè)感性回路中突然斷開電路，必然會(huì)產(chǎn)生截流過(guò)電壓，對(duì)相應(yīng)部件產(chǎn)生沖擊。3）電機(jī)負(fù)載都存在供電死區(qū)。由于現(xiàn)有方法均是切除當(dāng)前供電電源，然后在投入另外一個(gè)電源，因此電機(jī)必然存在供電死區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于變頻器與工頻電網(wǎng)無(wú)沖擊切換方法，在需要進(jìn)行變頻電源與工頻電源帶載切換時(shí)，能夠控制負(fù)載功率在工頻電源與變頻電源可控切換，從而實(shí)現(xiàn)切除或閉合對(duì)應(yīng)目標(biāo)電源時(shí)無(wú)流分?jǐn)嗷驘o(wú)流閉合。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的：一種用于變頻器與工頻電網(wǎng)無(wú)沖擊切換方法，在由變頻器、兩個(gè)變頻器輸出電壓傳感器TV1和TV2、兩個(gè)變頻器輸出電流傳感器TA1和TA2、兩個(gè)工頻電網(wǎng)電壓傳感器TV3和TV4以及控制變頻器投切的開關(guān)K1、控制工頻電源投切K2組成的系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)測(cè)量預(yù)并網(wǎng)工況下電機(jī)的實(shí)時(shí)功率，根據(jù)需要將變頻器的控制方法在恒壓頻比控制等軟啟動(dòng)方法與直接功率控制模式之間切換，實(shí)現(xiàn)電機(jī)及其負(fù)載軟啟動(dòng)及軟停機(jī)工況下工頻電網(wǎng)與變頻器之間無(wú)沖擊切換，包括如下的處理過(guò)程：

A.電機(jī)及其負(fù)載由變頻電源切換至工頻電源過(guò)程：

1）閉合開關(guān)K2變頻器采用常規(guī)的恒壓頻比控制方式起動(dòng)，起動(dòng)加速至額定速度后，利用變頻器輸出端電壓傳感器TV1和TV2、工頻電源電壓傳感器TV3和TV4實(shí)現(xiàn)預(yù)并網(wǎng)，使變頻器輸出端電壓與工頻電源電壓相位、幅值、頻率及相序完全一致；