CN104506110B - 一种电机变频频率跟踪及切换方法 - Google Patents

一种电机变频频率跟踪及切换方法 Download PDF

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    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current

Abstract

本发明公开了一种电机变频频率跟踪及切换方法，该方法通过跟踪工频电压波形的零相位，并以此来调整变频电压输出的频率，使得两个电压波形完全同步。本方案能够有效解决泵组变频输出和市网工频间的相位差问题，实现电机变频工频间实时、快速以及安全的切换。

Description

一种电机变频频率跟踪及切换方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电机变频技术，具体涉及电机变频频率跟踪及切换技术。

背景技术

[0002] 在水杲泵组控制广泛应用于各行各业，特别是建筑，工业，市政，灌溉等领域。以典 型的恒压供水为例，存在多种控制模式，其中单变频拖多工频的方案最具经济性。但由于变 频、工频切换存在相位差问题，限制了切换的实时性和电机功率段。由此在实际应用中，由 于栗组变频输出和市网工频间存在相位差问题，使得电机在变频、工频之间无法快速切换， 同时切换时还存在安全隐患。

[0003] 由此可见，如何实现在变频与工频之间的实时安全的切换，是本领域亟需要解决 的问题。

发明内容

[0004] 针对现有电机在变频和工频间切换所存在的问题，本发明的目的在于提供一种电 机变频频率跟踪及切换方法，实现电机变频工频间快速安全切换。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

[0006] 一种电机变频频率跟踪及切换方法，该方法通过跟踪工频电压波形的零相位，并 以此来调整变频电压输出的频率，使得两个电压波形完全同步。

[0007] 在优选方案中，该方案过程如下：

[0008] (1)提取工频电压的零相位脉冲和变频电压的零相位脉冲；

[0009] (2)检测工频零相位脉冲和变频零相位脉冲之间的同步点，并形成同步零位触发 脉冲；

[0010] (3)由该同步零位触发脉冲触发产生一定时的工频周期方波；

[0011] ⑷在该工频周期内，对同步零位触发脉冲以及变频电压的零相位脉冲进行检测；

[0012] (5)如果在该工频周期内，发生第二次同步零位触发脉冲，则进行变频电压和工频 电压的切换；

[0013] (6)根据变频电压的零相位脉冲的检测结果在该工频周期内，对变频电压的频率 进行微调，并转入步骤步骤(1)。

[0014] 进一步的，所述步骤⑴中提取变频电压的零相位脉冲时，首先拾取变频输出电压 波形，再进行正弦滤波，最后对变频的正弦信号进行过零整形，获取变频电压的零相位脉 冲。

[0015] 进一步的，所述步骤（1)中提取工频电压的零相位脉冲时，首先拾取工频电压波 形，接着对工频电压信号进行过零整形，获取工频电压的零相位脉冲。

[0016] 再进一步的，所述步骤（1)中对拾取的变频输出电压波形和工频电压波形进行衰 减。

[0017] 进一步的，所述步骤(2)中的同步点为工频零相位脉冲和变频零相位脉冲在对应 的两个频率周期的最小公倍数时刻同时发生的过零点相位。

[G018]进一步的，所述步骤⑵中在同步点时刻，将同时出现的工频零相位脉冲和变频零 相位脉冲相与，获得同步零位触发脉冲。

[0019]进一步的，所述步骤⑹步骤中：

[G020]如果在该周期内检测到变频电压过零的脉冲信号，则在该周期内对变频电源频率 进行下降微调；

[G021]如果在该周期内没有检测到变频电压过零的脉冲信号，则在该周期内对变频电源 频率上升微调。

[0022]根据上述方案，能够有效解决栗组变频输出和市网工频间的相位差问题，实现电 机变频工频间实时、快速以及安全的切换。

附图说明

[0023]以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

[0024] 图1为本发明中工频信号和变频信号电压的波形图；

[0025] 图2为本发明进行电机变频频率跟踪及切换的流程图。

具体实施方式

[0026] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。

[0027]基于变频输出的频率信号的相位随机性，即使是同频率在切换时也存在对电网的 冲击。本方案通过跟踪工频电压波形的零相位，调整变频输出的频率，使得工频电压的波形 与变频电压的波形完全同步(即同相同频），此时在进行电源切换。

[0028]具体的，由于两个输出频率和相位完全不同的工频电压和变频电压将存在两个不 同周期的最小公倍数的零相位相交时刻。据此，本方案通过跟踪该零相位相交时刻，并在此 时进行微调变频的频率，且在每个公倍数的零相位相交的时刻都进行微调变频的频率，从 而使得该最小公倍数产生的周期越来越小，直至该周期等于工频周期，此时变频电压的波 形与工频电压的波形完全同步，即可进行工频电压和变频电压间的切换，从而有效避免对 电网的冲击，实现电机变频工频间实时、快速以及安全的切换。

[0029] 基于上述原理，本方案的具体实施过程如下（参见图1和图2):

[0030] 第1步，拾取要进行切换的工频电压波形和变频输出电压波形。

[0031] 对于变频输出电压，从变频器的输入主电源和输出到电机的电源中提取相应的同 相信号，对变频器的输出电源信号要经过正弦滤波，滤去变频器的高次谐波。

[0032] 第2步，提取取的变频和工频的电压波形，经过衰减，这样使能够在弱电电源下进 行处理;继而再将工频和变频的正弦信号进行过零整形，分别提取工频零相位脉冲和变频 零相位脉冲(即获取相应的电压过零脉冲信号）。

[0033] 对于提取到的工频零相位脉冲和变频零相位脉冲的出现周期，由于实际误差的问 题，一般存在以下两种情况下(如图1所示）：

[0034] 1.工频大于变频频率或工频小于变频频率；

[0035] 2.同频同相。

[0036] 若出现同频同相情况，即可进行电源切换。

[0037]第3步，不同频率的两个正弦波，过零点的相位只有在两个频率周期的公倍数的时 刻同时发生。针对提取到的工频零相位脉冲和变频零相位脉冲，实时检测两者之间的同步 点，并形成同步零位触发脉冲。

[0038]具体的，实时检测工频零相位脉冲和变频零相位脉冲在对应的两个频率周期的最 小公倍数时刻同时发生的过零点相位;并将这两个过零时刻同时出现的脉冲相与，获得同 步零位触发脉冲，该同步零位触发脉冲触发一个定时器，产生一个定时20ms的T周期（工频 周期)。

[0039]第4步，在步骤3中产生的T周期内，对同步零位触发脉冲以及变频电压的零相位脉 冲进行检测。

[0040]首先，检测同步零位触发脉冲；

[0041]如果在这个周期内有发生第二个同步零位触发脉冲，那就说明工频零相位脉冲和 变频零相位脉冲的波形同频同相，定时器将延长定时周期，在延长的周期时间内执行电机 的电源切换;如果这个周期内没有发生第二个同步零位触发脉冲，则进行变频电压的零相 位脉冲检测。

[0042] 接着，检测变频电压的零相位脉冲(参见图1):

[0043]如果在T周期内检测到变频电压过零的脉冲信号，则说明变频电源输出的频率大 于工频电源频率，在T周期内对变频电源频率进行下降微调，微调步长根据灵敏度设置，作 为举例，下降微调的步长为0 • 2Hz，并在下降微调后转入步骤3。

[0044]如果在T周期内没有检测到变频电压过零的脉冲信号，则说明变频电源输出的频 率小于工频电源频率，在T周期内对变频电源频率进行上升微调，微调步长根据灵敏度设 置，作为举例，上升微调的步长为0.1Hz，并在上升微调后转入步骤3。

[0045]通过循环不断的进行检测、微调，在每一个T周期都进行一次针对变频电源的微 调，直至两个电源频率达到一致，在一个T周期内出现两次零位同步脉冲，使得待切换的工 频电压的波形与变频电压的波形完全同步（即同相同频），有效解决栗组变频输出和市网工 频间的相位差问题，实现电机变频工频间实时、快速以及安全的切换。

[0046]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。

Claims (7)

1.、一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，该方法通过跟踪工频电压波形的 零相位，并以此来调整变频电压输出的频率，使得两个电压波形完全同步.所述跟踪及切换 的过程如下： ’ (1)提取工频电压的零相位脉冲和变频电压的零相位脉冲； ⑵检测工频零相位脉冲和变频零相位脉冲之间的同步点;并形成同步零位触发脉冲； (3)由该同步零位触发脉冲触发产生一定时的工频周期方波； ⑷在该工频周期内，对同步零位触发脉冲以及变频电压的零相位脉冲进行检测； (5) 如果在该工频周期内，发生第二次同步零位触发脉冲，则进行变频电压和工频电压 的切换； ' (6) 根据变频电压的零相位脉冲的检测结果在该工频周期内，对变频电压的频率进行 微调，并转入步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，所述步骤 (1)中提取变频电压的零相位脉冲时，首先拾取变频输出电压波形，再进行正弦滤波，最后 对变频的正弦信号进行过零整形，获取变频电压的零相位脉冲。
3. 根据权利要求1所述的一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，所述步骤 (1)中提取工频电压的零相位脉冲时，首先拾取工频电压波形，接着对工频电压信号进行过 零整形，获取工频电压的零相位脉冲。
4. 根据权利要求3所述的一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，所述步骤 (1) 中对拾取的变频输出电压波形和工频电压波形进行衰减。 /
5.根据权利要求1所述的一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，所述步骤 (2) 中的同步点为工频零相位脉冲和变频零相位脉冲在对应的两个频率周期的最小公倍数 时刻同时发生的过零点相位。 '
6.根据权利要求1所述的一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，所述步骤 (2)中在同步点时刻，将同时出现的工频零相位脉冲和变频零相位脉冲相与，获得同步零位 触发脉冲。
7.根据权利要求1所述的一种电机变频频率跟踪及切换方法，其特征在于，所述步骤 ⑹步骤中： 如果在该周期内检测到变频电压过零的脉冲信号，则在该周期内对变频电源频率进行 下降微调； 如果在该周期内没有检测到变频电压过零的脉冲信号，则在该周期内对变频电源频率 上升微调。
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