CN105720609A - 一种变频与工频同步切换的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变频与工频同步切换的实现方法，当电机瞬间脱离变频器时，相当于发电机在发电，必须满足幅度、频率、相序、相角一致时，才能和电网合闸；其主要包括：（1）变频器软启动应用；（2）当相位相序一致时，同步器输出切换信号；（3）如不能正常切换，需要调整RST进线顺序（4）相序检测；（5）相位检测五个步骤。本发明操作简单，而且消除了设备可能遭受几十倍额定电流冲击的安全隐患，更重要的是避免对公共电网的危害。
Description
技术领域
本发明属于电气自动化控制和电力电子技术及计算机的综合应用领域，具体涉及一种变频与工频同步切换的实现方法。
背景技术
在以变频器为核心的一拖N的供水系统中，每一台电机需要先变频器启动，到达工频频率输出后切换到工频运行，电机脱离功率变频后不能立即和工频合闸，需要延时一段时间，使电机剩磁衰减，电机再生电压较小后合闸。主要缺点是，合闸时仍然有较大电流冲击，延时时间越长冲击越大，而且时间难以把握。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提出了一种变频与工频同步切换的实现方法，本发明可在同频率、同相位、同相序时启动变工频切换，启动平稳，平滑，对供水质量和设备的安全效益明显提高。
（二）技术方案
一种变频与工频同步切换的实现方法，当电机瞬间脱离变频器时，相当于发电机在发电，必须满足幅度、频率、相序、相角一致时，才能和电网合闸；其主要包括以下四个步骤：
（1）变频器软启动应用：变频器启动电机，电机瞬间脱离变频器时，感生电势幅度和电网幅值基本相当，达到工频频率时，将电机切换到工频运行；
（2）当变频输出相位相序与工频相位相序一致时，同步器输出有效信号，即为允许切换信号，由OUT输出低阻有效控制；
（3）如被禁止切换，需要调整RST进线顺序，得到两路互差120度的两路脉冲，同时观测RST缺相保护功能、OUT输出及发光二极管D5点亮情况；
（4）对变频器输出的相序检查和电源的相序检测；相序识别实现：观察RS（或UV）过零脉冲序列超前ST(或VW)过零脉冲序列逻辑电平变换顺序，CPU分四种状态进行判别即可；
（5）对变频器输出的相位和电源的相位差进行确定：线电压RS与UV过零脉冲序列的输入分别接在CPU两个外部中断申请上，无论其中哪个先产生中断，都将该中断开始作为查询另一个跳变的时间起点。
进一步的，步骤2所述的同步器输出有效信号，其条件为：RST 与变频输出UVW相序一致，且对应项RS 与变频输出UV相位差小于∆θ度，两路都不缺相时输出一个切换信号。
进一步的，所述的相位差计算：因为线电压RS与UV过零脉冲序列的相位差绝对值小于允许的小角度，同理就可证明RST 与变频输出UVW相角差就小于∆θ度。
进一步的，所述的要实现切换，在相序一致时，RS与UV相位差小于18度。
进一步的，步骤3所述的缺相保护功能即为派生功能，两路独立的缺相保护，任意一路缺相将关闭同步器输出。
进一步的，步骤4所述的CPU的四种状态是：定义RS过零脉冲序列超前ST过零脉冲序列时为正序，反之为反序；同理，定义UV过零脉冲序列超前VW过零脉冲序列为正序，反之为反序；因此，如两者同时为正序或反序则为同相序，否则为不同相序。
（三）有益效果
本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：本发明消除了设备可能遭受几十倍额定电流冲击的安全隐患，更重要的是避免对公共电网的危害。
附图说明
图1是本发明的整体流程示意图。
图2是本发明的RST输入与UVW输入为同相序示意图。
图3是本发明的RST输入与UVW输入为不同相序示意图。
具体实施方式
举例说明：变频器在一拖二恒压供水系统中应用：为了适应流量变化很大的恒压供水场合，多采用如图所示的变频器一拖二方式：
设一般流量在50吨/每小时以下，压力在2公斤时，M1 电机拖泵在调速状态下就可满足（压力一定时，流量和转速成正比）；流量在50吨至100吨/每小时变化状态下，压力在2公斤时，M1必须在工频运行，M2在变频运行可满足。有此看出，当流量从50吨/每小时向大于50吨/每小时变化过程中M1 有一次变频和工频切换，我们希望切换引起的电流冲击最小，能平稳过渡，如果这一转换控制不好，将可能产生很严重的后果：如生产过程停水跳闸（如双沟酒厂停水将造成重大损失），甚至烧毁电力变压器。原因是在切换瞬间变频器输出的三相交流电与将要接到电机的工频电源相位差很大造成过流跳闸引起的。其原理分析如下：先看第一种情况：电机直接启动，在电机A 相绕组（B 或C 同理）上在电机不同运动状态所加电压下电流情况：转速n = 0时, A 相绕组感应电势E=0，施加交流380伏/50周电源，电机瞬间电流将是电机额定电流的7~10倍，相当于在很小的电阻上产生的电流。电机稳定后（n=1470r/s）,感应电势E与所施加电压模接近，相角相差约为180-18=162度（异步电机特点），此时电机电流为空载电流或负载电流。第二种情况：M1 被变频器软启动到稳定速度，瞬间切换到工频这一过程，与变频器脱离瞬间，电机铁芯磁通不能突变，转子速度也不能突变，因此感应电势E基本保持不变，仍然在旋转着。如果此时工频电压的方向和初相与E一致，两者幅度相叠加后加到A 相绕组，电机电流将很大，可能在20倍额定左右，这么大的电流足以造成危害。反之，如初角接近180度，则电流基本保持不变，过渡平稳。所以，要达到这一目的，必须使切换前变频器输出电压的相序与电网相序相同，相角差不超过∆θ度，即保证工频接入相序RST 与变频输出相序UVW 一致，相角差∆θ = | 2 π f1 t +θ1-2 π f2 t –θ2 |<∆θ度，因此，同步器就是来检查RST 与变频输出UVW相序一致，且对应项RS 与变频输出UV相位差小于∆θ度时提供一个切换信号。
一种变频与工频同步切换的实现方法，当电机瞬间脱离变频器时，相当于发电机在发电，必须满足幅度、频率、相序、相角一致时，才能和电网合闸；其主要包括以下四个步骤：
（1）变频器软启动应用：变频器启动电机，电机瞬间脱离变频器时，感生电势幅度和电网幅值基本相当，达到工频频率时，将电机切换到工频运行；
（2）当变频输出相位相序与工频相位相序一致时，同步器输出有效信号，即为允许切换信号，由OUT输出低阻有效控制；
（3）如被禁止切换，需要调整RST进线顺序，得到两路互差120度的两路脉冲，同时观测RST缺相保护功能、OUT输出及发光二极管D5点亮情况；
（4）对变频器输出的相序检查和电源的相序检测；相序识别实现：观察RS（或UV）过零脉冲序列超前ST(或VW)过零脉冲序列逻辑电平变换顺序，CPU分四种状态进行判别即可；
（5）对变频器输出的相位和电源的相位差进行确定：线电压RS与UV过零脉冲序列的输入分别接在CPU两个外部中断申请上，无论其中哪个先产生中断，都将该中断开始作为查询另一个跳变的时间起点。
其中，步骤2所述的同步器输出有效信号，其条件为：RST 与变频输出UVW相序一致，且对应项RS 与变频输出UV相位差小于∆θ度，两路都不缺相时输出一个切换信号。
其中，所述的相位差计算：因为线电压RS与UV过零脉冲序列的相位差绝对值小于允许的小角度，同理就可证明RST 与变频输出UVW相角差就小于∆θ度。
其中，所述的要实现切换，在相序一致时，RS与UV相位差小于18度。
其中，步骤3所述的缺相保护功能即为派生功能，两路独立的缺相保护，任意一路缺相将关闭同步器输出。
其中，步骤4所述的CPU的四种状态是：定义RS过零脉冲序列超前ST过零脉冲序列时为正序，反之为反序；同理，定义UV过零脉冲序列超前VW过零脉冲序列为正序，反之为反序；因此，如两者同时为正序或反序则为同相序，否则为不同相序。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (7)
1.一种变频与工频同步切换的实现方法，当电机瞬间脱离变频器时，相当于发电机在发电，必须满足幅度、频率、相序、相角一致时，才能和电网合闸；其主要包括以下四个步骤：
（1）变频器软启动应用：变频器启动电机，电机瞬间脱离变频器时，感生电势幅度和电网幅值基本相当，达到工频频率时，将电机快速切换到工频运行；
（2）当变频输出相位相序与工频相位相序一致时，同步器输出有效信号，即为允许切换信号，由OUT输出低阻有效控制；
（3）如被禁止切换，需要调整RST进线顺序，得到两路互差120度的两路脉冲，同时观测RST缺相保护功能、OUT输出及发光二极管D5点亮情况；
（4）对变频器输出的相序检查和电源的相序检测；相序识别实现：观察RS（或UV）过零脉冲序列超前ST(或VW)过零脉冲序列逻辑电平变换顺序，CPU分四种状态进行判别即可；
（5）对变频器输出的相位和电源的相位差进行确定：线电压RS与UV过零脉冲序列的输入分别接在CPU两个外部中断申请上，无论其中哪个先产生中断，都将该中断开始作为查询另一个跳变的时间起点。
2.根据权利要求1所述的一种变频与工频同步切换的实现方法，其特征在于：步骤2所述的同步器输出有效信号，其条件为：RST 与变频输出UVW相序一致，且对应项RS 与变频输出UV相位差小于∆θ度，两路都不缺相时输出一个切换信号。
3.根据权利要求1和2所述的一种变频与工频同步切换的实现方法，其特征在于：所述的相位差计算：因为线电压RS与UV过零脉冲序列的相位差绝对值小于允许的小角度，同理就可证明RST 与变频输出UVW相角差就小于∆θ度。
4.根据权利要求1、2、3所述的一种变频与工频同步切换的实现方法，其特征在于：所述的要实现切换，在相序一致时，RS与UV相位差小于∆θ度，所述的∆θ度在实际工程中小于18度。
5.根据权利要求1所述的一种变频与工频同步切换的实现方法，其特征在于：步骤3所述的缺相保护功能即为派生功能，两路独立的缺相保护，任意一路缺相将关闭同步器输出。
6.根据权利要求1所述的一种变频与工频同步切换的实现方法，其特征在于：步骤4所述的CPU的四种状态是：定义RS过零脉冲序列超前ST过零脉冲序列时为正序，反之为反序；同理，定义UV过零脉冲序列超前VW过零脉冲序列为正序，反之为反序；因此，如两者同时为正序或反序则为同相序，否则为不同相序。
7.根据权利要求1所述的一种变频与工频同步切换的实现方法，其特征在于：步骤4所述的相序检测：输入相序约定:以 00->10->11->01->00 循环为正序；以
00->01->11->10->00 循环为反序；若RST输入与UVW输入同为正序或同为反序时为同相序,允许切换；若RST输入为正序而UVW输入为反序时为不同相序,禁止切换。
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