專利名稱：交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于變頻調速拖動系統(tǒng)中一拖N變頻循環(huán)軟起動及一拖一系統(tǒng)的電動機由變頻器供電與電網(wǎng)供電之間的同步切換控制的交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置。
背景技術：
目前，常用的變頻器的輸出切換方式大致可分為冷切換和熱切換，冷切換是在變頻器停車停電時進行切換，等切換完成后再開機運行。熱切換是在變頻器運行中進行帶電切換。熱切換又可分為異步切換和同步切換，異步切換即電動機在切換時要瞬時停電，因而難免會產(chǎn)生沖擊。同步切換也即不停電的平穩(wěn)切換。在上述幾種切換方式中，冷切換是最簡單、安全的切換方式，但其只能用于可以間斷工作的負載，對于需要連續(xù)工作的負載，只能采用熱切換的方式。對低壓電機一般采用異步切換方式，這就不可避免的會造成設備的損壞。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，曾嘗試在切換前對電機電壓的幅值、頻率和相位進行跟蹤和調整，但是在切換時還是要將電動機瞬時停電，因而不能完全避免沖擊的發(fā)生，實際上還是屬于異步切換的范疇，充其量也只能算作準同步切換。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置，它能可靠的實現(xiàn)交流電動機由變頻器供電和電網(wǎng)供電之間的無沖擊切換，保證變頻器和電機的安全。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置，其特殊之處在于包括控制單元，所述控制單元分別與變頻器和鎖相控制電路連接，鎖相環(huán)路包括鎖相控制電路濾波器和變頻器，鎖相控制電路的輸出端與變頻器的控制輸入端連接，變頻器的輸出端與取樣電路的輸入端連接，取樣電路的輸入端并與切換接觸器連接，取樣電路的輸出端與鎖相控制電路的輸入端連接。
上述控制單元包括控制臺和微電腦控制器。
上述鎖相控制電路由相位鑒別器、頻率鑒別器、幅值鑒別器和控制門電路構成。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點和效果如下本發(fā)明可靠的實現(xiàn)了交流電動機由變頻器供電和電網(wǎng)供電之間的無沖擊切換，保證變頻器和電機的安全，可滿足交流變頻調速控制的需要，大大拓展了變頻器的應用領域，為變頻調速技術在電機系統(tǒng)節(jié)能中的應用掃清了障礙，保證了變頻調速拖動系統(tǒng)的可靠運行。本發(fā)明有效避免了切換過程中對電網(wǎng)及設備的沖擊和設備的損壞，大大提高了變頻調速拖動系統(tǒng)的安全可靠性，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。
四

圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明的鎖相環(huán)路的線路圖；圖3為本發(fā)明的同步切換系統(tǒng)框圖；圖4為本發(fā)明變頻循環(huán)軟起動同步切換控制線路圖。
五具體實施例方式參見圖1，圖1為同步切換控制系統(tǒng)的原理框圖，包括頻率檢測器、幅值鑒別器、相位鑒別器、允許門電路和輸出切換控制電路，頻率檢測器、幅值鑒別器、相位鑒別器的輸出端分別與允許門電路的輸入端連接，允許門電路的輸出端與輸出切換控制電路的輸入端連接，輸出切換控制電路的輸出端與變頻器連接。工作時必須檢測到變頻器輸出到電機的電壓的頻率、幅值、相位與電網(wǎng)的參數(shù)完全一致時，才可以進行切換操作。檢測和操作都是自動進行的，不需要人工干預。
參見圖2，圖2為鎖相環(huán)路的線路原理圖，鎖相控制就是利用鎖相環(huán)路(PLL)通過讓變頻電源的頻率和相位自動跟蹤工頻電源的頻率和相位，達到“鎖定”狀態(tài)，從而為同步切換創(chuàng)造條件。鎖相環(huán)路是一個閉環(huán)的相位控制系統(tǒng)，能夠自動地跟蹤輸入信號的頻率和相位，使輸出信號的頻率和相位與輸入信號同步，稱之為“鎖定”。鎖相環(huán)路主要由鎖相控制電路、環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蒎器(VCO，這里即為變頻器)三個基本部分組成，其構成如圖2所示。
參見圖3，圖3為具有同步切換功能的交流異步電動機循環(huán)軟起動切換控制裝置框圖。用一臺變頻器分時軟起動3臺異步電動機，每一臺電動機軟起動以后，切換到工頻電網(wǎng)定速運行。系統(tǒng)由控制臺、微電腦控制器、變頻器、相位信號取樣電路、鎖相控制電路和切換接觸器等組成?？刂婆_與微電腦控制器連接，微電腦控制器分別與變頻器和鎖相環(huán)路連接，鎖相環(huán)路包括鎖相控制電路環(huán)路濾波器和變頻器，鎖相控制電路的輸出端與變頻器的控制輸入端連接，變頻器的輸出端與取樣電路的輸入端連接，取樣電路的輸入端并與切換接觸器連接，取樣電路的輸出端與鎖相控制電路的輸入端連接。相位信號取樣電路對工頻電源和變頻器輸出電壓實行取樣、隔離和整形處理。鎖相環(huán)路由鎖相控制電路和變頻器組成；鎖相控制電路則由鑒相器和環(huán)路濾波器組成。同步切換控制系統(tǒng)以工頻電源的電壓相位信號θ1(t)為基準信號，變頻器輸出的電壓相位信號θ2(t)作為跟蹤信號。鑒相器比較兩個信號的相位，輸出一個正比于兩個信號相位差的電壓信號Ud(t)，經(jīng)濾波器濾波后作為變頻器的輔助頻率給定信號，用以控制變頻器輸出電壓的頻率和相位，達到跟蹤工頻電源頻率和相位的目的。當二者的頻率相等，相位差穩(wěn)定在一個較小的數(shù)值時，稱為鎖定，此時輸出一個切換信號，便可以在CPU的控制下，安全、平穩(wěn)地進行變頻器和工頻電網(wǎng)之間的相互切換。
參見圖4，圖4為變頻器VFD用于泵站抽水系統(tǒng)的同步切換控制線路圖，兩臺變頻器互為熱備，對八臺水泵電機進行起動和切換控制，具體起動與切換過程如下(1)選擇用來起動的變頻器，如VFD1。
(2)選擇起動的電機(如電機M1)，選擇過程可由人工或自動給出，由上位機將選中信號發(fā)送至變頻器VFD1。
(3)VFD1閉合連至V總成的接觸器K01。
(4)VFD1閉合被選電機M1的起動接觸器K21，(此時工頻按觸器K11必須處在常開位置)。
(5)VFD1開始以低頻(2HZ)低幅值交流電流提供給電機，由于電機靜止，相對于同步轉速下的50HZ，電機具有普通異步電機4％轉差率下的特性。
(6)由于異步電機的轉矩和電流均正比于滑差，VFD將在預設的加速度下增加提供給電機的起動電流，當電機轉矩超過水泵的靜態(tài)阻力矩后，水泵開始旋轉。
(7)電機在VFD的控制下線性加速，直至達到電機的額定轉速、額定電壓和頻率(50HZ)。加速時，電機的壓頻比V/F＝6000/50＝120保持不變，這使電機保持在恒定的定子磁通密度下運行，避免電機的鐵磁飽和，維持大于100％的起動轉矩。
(8)當電機的頻率和電壓達到額定值后不再改變，此時電機的驅動力矩與負載力矩達到平衡。接在V總線上的電機電壓的頻率應與電網(wǎng)(L總線)的頻率相等，但相位不一定相同，電機進入同步控制階段。
(9)在斷開的接觸器K11兩端的電壓是電機電壓與電網(wǎng)電壓之間相位關系的指示。當電機電壓與電網(wǎng)電壓同相時，端電壓取兩者的差值，為最小值；當電機電壓與電網(wǎng)電壓反相時，端電壓取兩者之和，為最大值。電機電壓與電網(wǎng)電壓的相位關系可以通過電機轉矩的微小變化做瞬間調整，前移或后移。電機轉矩的變化可以通過電壓的變化來實現(xiàn)。
(10)在電機電壓與電網(wǎng)電壓相位相同的瞬間，主線(L總線)接觸器K11的端電壓力最小值，此時控制該接觸器閉合，然后使起動接觸器K21斷開，于是電機由變頻器驅動變?yōu)殡娋W(wǎng)直接驅動(上線)。
(11)VFD1封鎖輸出，頻率降為零，準備起動下一臺水泵電機。
權利要求
1.一種交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置，其特征在于包括控制單元，所述控制單元分別與變頻器和鎖相控制電路連接，鎖相環(huán)路包括鎖相控制電路濾波器和變頻器，鎖相控制電路的輸出端與變頻器的控制輸入端連接，變頻器的輸出端與取樣電路的輸入端連接，取樣電路的輸入端并與切換接觸器連接，取樣電路的輸出端與鎖相控制電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置，其特征在于所述控制單元包括控制臺和微電腦控制器。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置，其特征在于所述鎖相控制電路由相位鑒別器、頻率鑒別器、幅值鑒別器和控制門電路構成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流電動機變頻器供電與電網(wǎng)供電的同步切換控制裝置，它能可靠的實現(xiàn)交流電動機由變頻器供電和電網(wǎng)供電之間的無沖擊切換，保證變頻器和電機的安全。本發(fā)明包括控制單元，所述控制單元分別與變頻器和鎖相控制電路連接，鎖相環(huán)路包括鎖相控制電路濾波器和變頻器，鎖相控制電路的輸出端與變頻器的控制輸入端連接，變頻器的輸出端與取樣電路的輸入端連接，取樣電路的輸入端并與切換接觸器連接，取樣電路的輸出端與鎖相控制電路的輸入端連接。
文檔編號H02J3/42GK1501564SQ0213951
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月12日 優(yōu)先權日2002年11月12日
發(fā)明者徐甫榮 申請人:徐甫榮