CN102377385B - 带相位检测的旁路变频控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带相位检测的旁路变频控制装置。其包括工频电源、变频器、电机、主控制器和相位检测板，所述工频电源的输出端通过第一接触器与电机的输入端连接；变频器的输入端与工频电源的输出端连接，其输出端通过第二接触器与电机的输入端连接；所述变频器内部采用软件方式将变频器输出相位转换为方波信号，并于变频器上形成方波信号输出端子；相位检测板的输入端分别与工频电源的输出端和变频器上的方波信号输出端子连接；所述相位检测板通过检测和比较工频电源和变频器两者的输出电压相位而形成比较信号输出至主控制器；所述主控制器发送允许相位检测信号给相位检测板，且依据相位检测板反馈的比较信号控制第一接触器、第二接触器和/或变频器工作。本发明的变频电源和工频电源能在两者之间的相位一致时进行切换，达到良好的切换效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种变频控制技术，具体涉及一种带相位检测的旁路变频控制装置。
背景技术
目前，采用变频控制技术控制诸如自动扶梯的电机工作，能实现电机在无须关停的情况下，以改变供电电源频率的方式向电机进行供电，即当无人乘坐扶梯时，向电机提供低于工频频率的供电电源，使电机低速运行；当有人乘坐扶梯时，则向电机提供等于工频频率的供电电源，使电机高速运行，从而达到节省一部分电能的目的。
但是，若以变频器作为唯一供电电源，则会存在如下不足之处：变频器始终处于工作状态，当电机处于工频状态下运行时仍需由变频器驱动，变频器处于耗能状态；当前变频器的造价较高，当变频器长时间处于工作状态，会缩短变频器的使用寿命，提高使用成本。因此，有必要采用一种控制手段，使电机的供电电源能在变频电源和工频电源两者之间进行切换，以减轻变频器的工作负担。然而，由于变频器的输出电压与工频电源的输出电压存在频率和相位的差别，因此若采用直接切换的方式进行电源切换的话，则会产生冲击电流，使电机产生振动，对电机造成一定的损害，并会将振动传递给客户直接接触的设备，如扶梯梯级和扶手带等设备，影响客户使用设备的舒适度。现阶段旁路变频控制中采用的相位检测技术存在有变压回路，需要对变频器输出相位进行检测，这样则增加了不必要的硬件电路，采用硬件电路对变频器输出相位的检测达不到变频器自身软件检测相位的精度，且纯硬件检测回路无法实现检测相位精度可调。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种带相位检测的旁路变频控制装置，其变频电源和工频电源能在两者之间的相位一致时进行切换，达到良好的切换效果。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
带相位检测的旁路变频控制装置，包括工频电源、变频器、电机和主控制器，所述工频电源的输出端通过第一接触器与电机的输入端连接；变频器的输入端与工频电源的输出端连接，其输出端通过第二接触器与电机的输入端连接；主控制器控制变频器、第一接触器和第二接触器的工作，及第一接触器和第二接触器之间互锁；所述变频器内部采用软件方式将变频器输出相位转换为方波信号，并于变频器上形成方波信号输出端子；所述控制装置还设有一与主控制器相连的相位检测板，其输入端分别与工频电源的输出端和变频器上的方波信号输出端子连接；所述相位检测板通过检测和比较工频电源和变频器两者的输出电压相位而形成比较信号输出至主控制器；所述主控制器发送允许相位检测信号给相位检测板，且依据相位检测板反馈的比较信号控制第一接触器、第二接触器和/或变频器工作。
进一步，所述相位检测板上设有信号处理电路、微处理器和输出信号处理电路，所述信号处理电路的输入端与工频电源的输出端、变频器上的方波信号输出端子和主控制器连接，其输出端与微处理器的输入端连接；微处理器的输出端与输出信号处理电路的输入端连接；输出信号处理电路的输出端与主控制器连接。
作为优选，所述变频器内部采用软件方式将变频器输出的电压相位转换为方波信号，其0度电压相位出现在方波的上升沿，其180度电压相位出现在方波的下降沿。
进一步，所述比较信号包括相位一致信号、断相信号、错相信号和相位不平衡信号。
作为优选，当工频电源与变频器两者的输出电压相位差P大于等于0而少于5时，相位检测板即输出相位一致的比较信号。
作为优选，当相位检测板输出相位一致的比较信号时，主控制器控制第一接触器和第二接触器的断开/闭合。
作为优选，通过调节变频器的输出频率，使变频器与工频电源输出电压间存在较小的相位差，可使相位检测板在一定的时间内检测到变频器与工频电源输出的相位一致。
作为优选，相位检测板直接检测工频电源的输出电压，通过该输出电压的反正弦得正弦波角度。
本发明通过采用上述技术方案，能使变频电源和工频电源处于相位一致时进行电源切换，降低了电源切换时的冲击电流，减少了电源切换时设备的振动，实现了设备电源的安全和平稳切换，提高了设备的使用舒适度。减少了现有相位检测技术中的变压回路等硬件电路，增强了相位检测的精度。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
图2是本发明所述相位检测板的电路原理图。
图3是本发明所述变频器输出电压相位转换成方波信号的波形图。
图4是本发明所述工频电源与变频电源的输出电压相位一致时的波形图。
图5是本发明的时序控制图。
图6是本发明的变频器和电网的输出电压波形对比图。
图中：
10-工频电源；20-变频器；Y1-方波信号输出端子；30-电机；40-主控制器；50-相位检测板；51-信号处理电路；52-微处理器CPU；53-输出信号处理电路；K1-第一接触器；K2-第二接触器；P-相位差。
现结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明所述的带相位检测的旁路变频控制装置，主要包括工频电源10、变频器20、电机30、主控制器40和相位检测板50。工频电源10的输出端通过第一接触器K1与电机30的输入端连接；变频器20的输入端与工频电源10的输出端连接，其输出端通过第二接触器K2与电机30的输入端连接。第一接触器K1和第二接触器K2之间互锁。主控制器40控制变频器20、第一接触器K1、第二接触器K2和相位检测板50。变频器20内部采用软件方式将变频器输出的电压相位转换为方波信号，并于变频器上形成方波信号输出端子Y1。相位检测板50设有信号处理电路51、微处理器52和输出信号处理电路53，信号处理电路51的输入端与工频电源10的输出端、变频器上的方波信号输出端子Y1和主控制器40连接，其输出端与微处理器CPU52的输入端连接；微处理器CPU52的输出端与输出信号处理电路53的输入端连接；输出信号处理电路53的输出端与主控制器40连接。
如图3所示，变频器内的软件对变频器输出电压的相位进行比较判断，当检测到输出电压相位为正电压时，方波信号输出端子Y1的数字输出为ON，其0度电压相位出现在每个方波的上升沿，其180度电压相位出现在每个方波的下降沿；否则，输出端子Y1的数字输出为OFF。通过这种方式，将变频器的输出电压相位波形转换成数字方式，并通过这种方波信号，可以准确检测到变频器输出电压相位波形的2个点：0度和180度，进而使相位检测板更准确地检测变频器的输出电压相位。
采用本发明进行变频和工频电源之间切换的工作过程如下：
如图4和图5所示，电机的初始驱动电源为变频电源，变频器的电源输出频率低于工频电源频率但受主控制器控制而逐渐提高电源输出频率；此时第一接触器断开，而第二接触器闭合。当变频器的电源输出频率提高至等于变频器预设定的频率时，主控制器向相位检测板发出相位检测允许信号，相位检测板开始检测工频电源和变频器的输出电压相位，其中：相位检测板直接检测工频电源的输出电压，通过该输出电压的反正弦得工频电源的输出电压相位，精度为1；相位检测板处理变频器Y1端子的数字信号得变频器输出电压相位。当检测到变频器的输出电压相位为0度时，比较两者的相位差P，若P＜5，则判断工频电源和变频器的输出电压相位一致，并向主控制器发出相位一致信号。主控制器接收到相位一致信号后， 控制第二接触器断开并闭合第一接触器，从而使电机的驱动电源由变频电源平稳切换到工频电源。
如图6所示，通过改变设定变频器的输出频率，可使相位检测板在一定时间内检测到工频电源与变频器输出的电压相位一致。根据公式： 
电网频率50Hz(20ms)，设定变频器频率为49.5Hz(20.2ms)，电网频率比变频器快，则两者相位在一定时间内必然会一致，通过计算两者的相位在2s时间内必然会发生一次重合。
此外，通过本发明，还可以实现断相、错相、相位不平衡等情况的判断。
Claims (8)
1.带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，包括工频电源、变频器、电机和主控制器，所述工频电源的输出端通过第一接触器与电机的输入端连接；变频器的输入端与工频电源的输出端连接，其输出端通过第二接触器与电机的输入端连接；主控制器控制变频器、第一接触器和第二接触器的工作，及第一接触器和第二接触器之间互锁；
所述变频器内部采用软件方式将变频器输出相位转换为方波信号，并于变频器上形成方波信号输出端子；
所述控制装置还设有一与主控制器相连的相位检测板，其输入端分别与工频电源的输出端和变频器上的方波信号输出端子连接；所述相位检测板通过检测和比较工频电源和变频器两者的输出电压相位而形成比较信号输出至主控制器；
所述主控制器发送允许相位检测信号给相位检测板，且依据相位检测板反馈的比较信号控制第一接触器、第二接触器和/或变频器工作。
2.根据权利要求1所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，所述相位检测板上设有信号处理电路、微处理器和输出信号处理电路，所述信号处理电路的输入端与工频电源的输出端、变频器上的方波信号输出端子和主控制器连接，其输出端与微处理器的输入端连接；微处理器的输出端与输出信号处理电路的输入端连接；输出信号处理电路的输出端与主控制器连接。
3.根据权利要求1所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，所述变频器内部采用软件方式将变频器输出的电压相位转换为方波信号，其0度电压相位出现在方波的上升沿，其180度电压相位出现在方波的下降沿。
4.根据权利要求1所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，所述比较信号包括相位一致信号、断相信号、错相信号和相位不平衡信号。
5.根据权利要求4所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，当工频电源与变频器两者的输出电压相位差P大于等于0而少于5时，相位检测板即输出相位一致的比较信号。
6.根据权利要求4所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，当相位检测板输出相位一致的比较信号时，主控制器控制第一接触器和第二接触器的断开/闭合。
7.根据权利要求5所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，通过调整变频器的输出频率，相位检测板在一时间范围内检测到工频电源与变频器输出相位一致。
8.根据权利要求1所述的带相位检测的旁路变频控制装置，其特征在于，相位检测板直接检测工频电源的输出电压，通过该输出电压的反正弦得正弦波角度。
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