CN105281608B - 一种高压变频与工频的切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压变频与工频的切换方法，步骤为：1）将高压变频器接至负载电动机，启动高压变频器向负载电动机供电，进入变频供电模式；2）切换为工频供电模式，将工频电网接至负载电动机并对高压变频器的脉冲进行封锁，封锁完成后断开高压变频器，工频电网接入后至脉冲封锁前由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电；3）切换为变频供电模式，启动高压变频器并在运行至工频时接入至负载电动机，断开工频电网与负载电动机的连接，高压变频器接入后至工频电网断开前由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电，返回步骤2）。本发明具有实现方法简单、系统运行稳定、能够实现工频与变频之间双向切换且无失电切换时间的优点。

Description

一种高压变频与工频的切换方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种高压变频与工频的切换方法。

背景技术

交流电机自发明以来，以其结构简单、高可靠性和优异的拖动性能等优点而在矿山、石化等领域获得了广泛的应用。然而由于交流电机固有的启动特性，在直接启动时的启动电流最高可达电机额定电流的15倍，会对电网产生很大的冲击电流，软启动技术就是在此背景下应运而生。电机的软启动技术经过了多年的应用和发展，产生过多种技术方案，传统的技术方案有星三角变换软启动、自耦变压器软启动、饱和电抗器软启动等，然而这些方案都是有级的，在转换过程中都避免不了二次冲击，现在已逐渐退出应用。

目前，软启动技术向无级调节方式发展，主要有液态软启动和固态软启动等两类产品。液态软启动产品由于具有调节范围小、电阻耗能且需要经常维护、电解液需要定期补充等缺点，已逐渐被固态软启动产品替代。固态软启动产品主要包括高压晶闸管、IGBT方式的软启动器。晶闸管降压软启动器虽然已占据了软启动市场的主导地位，但由于晶闸管降压软启动器的启动电流一般为电机额定电流的4～5倍，当存在电网容量受限的特殊情况时，容易造成电源进线断路器跳闸；另外，采用晶闸管调压方式的软启动器在电压降低的同时，频率仍为工频，故所能提供的启动转矩较小，对要求重载启动的电机显得无能为力。采用IGBT器件的高压变频器在电机启动过程中，不但能降低电压，而且能减少供电电压的频率，可保持恒力矩启动，解决了电机重载启动问题，因此采用高压变频器的软启动技术已逐渐成为解决大功率电机无冲击启动的最佳方案。

高压变频器的软启动过程中，需要将负载电机从高压变频电源切换到工频电源或将工频电源切换至高压变频电源，而高压变频与工频之间的切换不当则会引起很大的电流冲击。

现有技术中，高压变频与工频的切换方法主要具有以下的技术缺陷：

（1）采用失电切换的控制方法，负载电机有可能由于失电时间过长，而在失电切换过程中产生较大的电流冲击；

（2）没有抑制软启动过程电流冲击的有效措施。

如图1所示，传统的高压变频器与工频电源之间软切换方法，高压变频器供电时，QS1、QS2、KM1和KM2开关闭合；工频电网供电时，QS3和KM3开关闭合。QS2和QS3、KM2和KM3开关在高压变频器运行时必须相互闭锁，保证工频电源与高压变频电源之间进行切换，QS1、QS2、QS3开关用来彻底切断系统的电源。以从工频向变频软切换为例，电机首先在工频电源供电下稳定运行，之后通过QS3、KM3开关断开工频电源，然后通过QS1、QS2、KM1、KM2开关软切换到高压变频电源。该方案采用失电切换的控制方法，电机有可能由于失电时间过长，在失电过程中会产生较大的电流冲击，存在一定的难点和技术风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、能够实现工频与变频之间双向切换且无失电切换时间的高压变频与工频的切换方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高压变频与工频的切换方法，步骤为：

1）将高压变频器接至负载电动机，启动高压变频器向负载电动机供电，进入变频供电模式；

2）在变频供电模式下判断是否需要切换为工频供电模式，若为是，将工频电网接至负载电动机并封锁高压变频器的脉冲，所述高压变频器的脉冲封锁完成后断开高压变频器，进入工频供电模式；其中所述工频电网接至负载电动机后至所述高压变频器的脉冲封锁完成前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电；

3）在工频供电模式下判断是否需要切换为变频供电模式，若为是，启动高压变频器并在运行至工频时将高压变频器接入至负载电动机，所述高压变频器的接入完成后断开工频电网与负载电动机的连接，进入变频供电模式，其中所述高压变频器的接入完成后至工频电网断开前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电，返回执行步骤2）。

作为本发明的进一步改进：所述由工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电时产生的电流冲击和系统环流，通过在高压变频器输出端设置电抗器进行抑制。

作为本发明的进一步改进：所述步骤1）的具体实施方法为：闭合接入工频电网的电网开关、高压变频器的输入开关以及输出开关，启动高压变频器，高压变频器通过输出开关接至负载电动机并为负载电动机提供变频电源，进入变频供电模式。

作为本发明的进一步改进：所述步骤2）中判断切换为工频供电模式时的具体实施方法为：对高压变频器进行锁相控制，锁相成功后闭合将工频电网接至负载电动机的旁路开关并封锁高压变频器的脉冲，所述高压变频器的脉冲封锁完成后断开所述输出开关以及所述输入开关，其中所述旁路开关闭合后至高压变频器的脉冲封锁完成前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3）中判断切换为变频供电模式时的具体实施方法为：闭合所述输入开关并启动高压变频器，在运行至工频时对高压变频器进行锁相控制，锁相成功后闭合所述输出开关，再断开所述旁路开关，其中在所述输出开关闭合后至所述旁路开关断开前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明通过控制工频电网与高压变频器的接入、断开顺序，在变频向工频切换时，接入工频电网并在高压变频器脉冲封锁后再断开高压变频器，工频电网接入后至断开高压变频器前由工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电；工频向变频切换时，启动高压变频器并运行至工频后接入高压变频器，再断开工频电网，高压变频器接入后至断开工频电网前由工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电，实现工频与变频之间的双向切换同时使切换过程中无失电切换时间，解决失电切换方法中会对电网产生较大电流冲击的问题。

2）本发明通过在高压变频器的输出端设置电抗器，在工频电网与高压变频器同时向负载电机供电时能够有效抑制电流冲击和系统环流，使得高压变频器软启动和系统的运行稳定。

附图说明

图1是传统的高压变频器与工频电源之间软切换方法原理示意图。

图2是本实施例采用的高压变频与工频的切换装置结构示意图。

图3是本实施例一种高压变频与工频的切换方法实现流程示意图。

图4是本实施例中变频向工频的软切换实现流程示意图。

图5是本实施例中工频向变频的软切换实现流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图2所示，本实施例中采用的高压变频与工频的切换装置，包括提供变频电源的高压变频装置，高压变频装置的输入端通过电网开关连接工频电网，输出端接入负载电动机；高压变频装置包括并联的旁路开关和高压变频支路，高压变频支路包括依次连接的输入开关、高压变频器和输出开关。高压变频支路通过闭合输入开关和输出开关、启动高压变频器向负载电动机提供变频电源；工频电网通过旁路开关连接负载电动机，向负载电动机提供工频电源。在高压变频器与输出开关之间连接一个电抗器，用来抑制工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电时产生的电流冲击和系统环流。

如图3所示，本实施例一种高压变频与工频的切换方法，具体实施步骤为：

1）闭合电网开关、输入开关以及输出开关并启动高压变频器，高压变频器通过输出开关接至负载电动机并向负载电动机提供变频电源，进入变频供电模式；

2）在变频供电模式下判断是否需要切换为工频供电模式，若为是，对高压变频器进行锁相控制，锁相成功后闭合旁路开关并封锁高压变频器的脉冲，在高压变频器脉冲封锁完成后断开输出开关以及输入开关，进入工频供电模式；其中旁路开关闭合后至高压变频器的脉冲封锁完成前由工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电；

3）在工频供电模式下判断是否需要切换为变频供电模式，若为是，闭合输入开关并启动高压变频器运行，运行至电网工频时对高压变频器进行锁相控制，锁相成功后闭合输出开关，再断开旁路开关，进入变频供电模式，其中输出开关闭合后至旁路开关断开前由工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电，返回执行步骤2）。

本实施例中，通过高压变频器输出端的电抗器抑制工频电网与高压变频器同时向负载电动机供电时所产生的电流冲击和系统环流，保证系统运行稳定。

本实施例通过采用高压变频器实现电机的软启动，电机启动过程中不会对电网产生大电流冲击，同时通过锁相控制工频电网与高压变频器的接入或断开，实现工频与变频之间的双向切换。

本实施例中，当变频向工频切换时，切换装置的初始状态为：电网开关闭合、输入开关闭合、输出开关闭合，旁路开关断开，高压变频器运行；变频向工频的软切换实现流程如图4所示，首先对高压变频器进行锁相控制，当系统判断锁相成功后，闭合旁路开关，随即封锁高压变频器脉冲输出，高压变频器脉冲封锁完成后断开输出开关，从变频向工频的软切换过程结束。由于是在旁路开关闭合后且高压变频器脉冲封锁后再断开高压变频器，即接入工频电网至负载电动机后再断开高压变频器，在旁路开关闭合同时高压变频器还没有封锁脉冲的瞬间，由工频电网与高压变频器同时向负载电机供电，从而使得切换过程中不存在失电时间，产生的电流冲击和系统环流通过电抗器进行抑制。

本实施例中，当从工频向变频的切换时，切换装置的初始状态为：电网开关闭合、输入开关断开、输出开关断开，旁路开关闭合，高压变频器停机；工频向变频的软切换实现流程如图5所示，闭合输入开关，并启动高压变频器运行，直至运行至电网工频，然后对高压变频器进行锁相控制，当系统判断锁相成功后，闭合输出开关，随即再断开旁路开关，从工频向变频的软切换过程结束。由于是在高压变频器运行至工频时闭合输出开关再断开旁路开关，即是在高压变频器接入负载电动机后再断开负载电动机的工频电源，在输出开关闭合同时旁路开关还没有断开的瞬间，工频电网与高压变频器同时向负载电机供电，使得切换过程中不存在失电时间，所产生的电流冲击和系统环流通过电抗器进行抑制。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种高压变频与工频的切换方法，其特征在于，步骤为：

1）将高压变频器接至负载电动机，启动高压变频器向负载电动机供电，进入变频供电模式；

2）在变频供电模式下判断是否需要切换为工频供电模式，若为是，将工频电网接至负载电动机并封锁高压变频器的脉冲，所述高压变频器的脉冲封锁完成后断开高压变频器，进入工频供电模式；其中所述工频电网接至负载电动机后至所述高压变频器的脉冲封锁完成前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电；

3）在工频供电模式下判断是否需要切换为变频供电模式，若为是，启动高压变频器并在运行至工频时将高压变频器接入至负载电动机，所述高压变频器的接入完成后断开工频电网与负载电动机的连接，进入变频供电模式，其中所述高压变频器的接入完成后至工频电网断开前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电，返回执行步骤2）；

所述步骤2）中判断切换为工频供电模式时的具体实施方法为：对高压变频器进行锁相控制，锁相成功后闭合将工频电网接至负载电动机的旁路开关并封锁高压变频器的脉冲，所述高压变频器的脉冲封锁完成后断开变频器的输出开关以及变频器的输入开关，其中所述旁路开关闭合后至高压变频器的脉冲封锁完成前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电。

2.根据权利要求1所述的高压变频与工频的切换方法，其特征在于：所述由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电时产生的电流冲击和系统环流，通过在高压变频器输出端设置电抗器进行抑制。

3.根据权利要求1或2所述的高压变频与工频的切换方法，其特征在于，所述步骤1）的具体实施方法为：闭合接入工频电网的电网开关、高压变频器的输入开关以及输出开关，启动高压变频器，高压变频器通过输出开关接至负载电动机并为负载电动机提供变频电源，进入变频供电模式。

4.根据权利要求1所述的高压变频与工频的切换方法，其特征在于，所述步骤3）中判断切换为变频供电模式时的具体实施方法为：闭合所述输入开关并启动高压变频器，在运行至工频时对高压变频器进行锁相控制，锁相成功后闭合所述输出开关，再断开所述旁路开关，其中在所述输出开关闭合后至所述旁路开关断开前期间由工频电网和高压变频器同时向负载电动机供电。