CN201594749U - 交流电动机同期并网切换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及高压变频器拖动的交流电动机并网切换装置及控制系统。本实用新型针对现有技术在进行交流电动机并网切换时,对电动机及其他设备产生冲击的缺点,公开了一种交流电动机同期并网切换装置,降低并网切换时的冲击电流。本实用新型的交流电动机同期并网切换装置中,控制系统通过传感器采集变频器输出电压参数和电网电压参数,并根据电网电压参数调整变频器输出电压参数,当采集的变频器输出电压参数与电网电压参数匹配时控制系统先驱动第二切换开关闭合,然后驱动第一切换开关断开,从而完成并网切换。本实用新型主要用于高压变频器拖动的大功率交流电动机的并网切换。

Description

交流电动机同期并网切换装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及变频器,特别涉及级联式高压变频器拖动的交流电动机并网切换 装置及控制系统。

背景技术

[0002] 变频器在工业控制领域有着广泛的用途,高压大功率变频器,更是工业上对大功 率交流电动机进行控制、调速及软启动的重要设备。高压变频器主要包括:整流变压器、 整流电路、逆变电桥、驱动与保护电路、主控计算机、辅助计算机、可编程控制与裁决故障的 PLC及控制接口电路、旁路切换开关等。在此,我们把主控计算机、辅助计算机、可编程控制 与裁决故障的PLC及控制接口电路、故障检测传感器等,统称为变频器的控制系统;把整流 电路、逆变电桥等称为变频器的功率单元。对于工作电压在3kV以上的高压变频器,受器件 耐压及功率限制,一般采用多个功率单元分相串联的结构形式,满足高压输出的要求,称为 级联式高压变频器。这种结构形式的高压变频器,每相串联的功率单元在3〜12个(级) 不等,视输出电压的高低决定。

[0003] 各种高压变频器拖动交流电动机软启动的技术基本相同,在此仅以级联式高压变 频器为例,说明高压变频器拖动交流电动机软启动工作机制。

[0004] 变频器,特别是高压大功率变频器,在驱动高压交流电动机时,特别是驱动高压大 功率交流电动机,如高压大功率同步电动机,在一些特定的应用场合,并不要求电动机运行 在变频方式下,没有节能的需求,而是需要变频器能够拖动电动机从变频工作方式平滑过 渡到工频电网直接驱动的运行方式,即软启动功能。现有技术采用的方法是:变频器拖动电 动机从OHz逐步加速至工频50Hz,与工频电网频率一致,之后向变频器控制系统发旁路切 换指令,变频器检测电网的相位,当变频器与电网对应相位接近一致时,首先变频器脱开电 机,然后立即合闸工频开关,将电机切换至电网供电,电机以工频方式运行。

[0005] 另外还有采用准同期并网切换装置,来实现对高压大功率电动机的软启动。这类 产品的拖动方案大致如下:首先使用变频器拖动电机运行至接近工频(95% ),然后由准同 期并网装置向变频器发出频率调整指令,使变频器输出电压的幅值及频率同电网电压的幅 值、频率满足一定的误差要求,在捕捉到两者相位夹角满足误差要求时,瞬间工频开关并网 合闸,变频器输出开关断开,完成变频到工频的切换。

[0006] 现有技术的缺点是:第一种技术方案,变频器拖动电机切换到工频电网供电的过 程中,电机会因为变频器的脱开而失去定子供电,此时定子上感应的残余电动势与工频电 网电压在幅值、相位及频率上均存在很大的差异。此时将电机切入至工频电网供电,将对电 机产生很大的冲击电流,对电机造成损伤,还可能引发工频开关的保护而跳间,造成停产等 严重事故,给用户造成无法挽回的经济损失。第二种技术方案,准同期并网切换装置对变频 器的输出控制精度低、误差大,且需要等待捕捉到合适的相位夹角方能合间,由于变频器输 出同电网并不是完全同期,因此并网时冲击电流较大,对设备安全及使用寿命不利。实用新型内容

[0007] 本实用新型所要解决的技术问题,就是针对现有技术在进行交流电动机并网切换时对电动机及其他设备产生冲击的缺点,提供一种交流电动机同期并网切换装置,降低并 网切换时的冲击电流。

[0008] 本实用新型解决所述技术问题,采用的技术方案是,交流电动机同期并网切换装 置,包括变频器及其控制系统,所述变频器输出端通过第一切换开关与交流电动机连接,所 述交流电动机通过第二切换开关与电网连接,所述控制系统与第一切换开关和第二切换开 关连接,其特征在于,所述控制系统分别通过第一传感器和第二传感器采集变频器输出电 压参数和电网电压参数,并根据电网电压参数调整变频器输出电压参数,当采集的变频器 输出电压参数与电网电压参数匹配时,所述控制系统先驱动第二切换开关闭合,然后驱动 第一切换开关断开;

[0009] 具体的,所述电压参数包括相位、频率和幅度;

[0010] 具体的,所述第一传感器和第二传感器为电压互感器;

[0011] 进一步的,所述变频器输出端和第一切换开关之间串联有限流器;

[0012] 具体的,所述限流器为电抗器;

[0013] 具体的,所述第一切换开关和第二切换开关为交流接触器或交流断路器。

[0014] 本实用新型的有益效果是,通过控制系统对变频器的输出电压进行控制来实现同 期并网功能,由于并网时变频器输出电压与电网电压完全同步,极大的降低了对电动机的 冲击,具有成本低,同步精度高,响应速度快,可靠性高的特点。

附图说明

[0015] 图1是现有技术交流电动机并网切换装置结构示意图;

[0016] 图2是本实用新型实施例的结构示意图;

[0017] 图3是电压参数匹配时示波器显示的变频器输出电压和电网电压波形;

[0018] 图4是并网前后示波器显示的电动机电流波形。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图及实施例,详细描述本实用新型的技术方案。

[0020] 参见图1,现有技术的交流电动机并网切换装置包括变频器及其控制系统、变频输 出开关Kl (第一切换开关)和工频旁路开关K2(第二切换开关)。变频器启动前,先合闸开 关Kl,断开开关Κ2,此时电动机M由变频器驱动。变频器拖动电动机M从OHz逐步加速运 行至50Hz,控制系统向开关Kl发出断开指令,确认Kl断开之后,再向K2发出合闸指令,完 成变频驱动到工频并网的切换。图中开关K1、K2可以是交流接触器或交流断路器。

[0021] 本实用新型的技术方案,在结构上增加了变频器输出侧传感器和电网侧传感器。 变频器控制系统通过传感器采集电网电压参数和变频器输出电压参数,根据电网电压参 数,应用全数字化锁相环技术,对变频器的输出电压进行控制,使变频器输出电压与电网电 压同频、同相、同幅值,实现了变频器与电网的完全同期。在切换过程中,首先合闸工频旁路 开关,变频器和电网同时向电动机供电,然后变频器再脱开对电动机的连接,实现平滑无扰 动的并网切换。本实用新型技术彻底解决了现有技术切换过程中对电动机和其他设备的冲击,保障设备正常运行,避免跳闸停机给用户造成损失。

[0022] 下面以级联式高压变频器为例,对本实用新型的技术方案进行说明。

[0023] 实施例

[0024] 本例的交流电动机同期并网切换装置结构如图2所示,包括变频器及其控制系 统、变频器输出支路串联的电抗器L0、电压互感器PT1、第一切换开关Kl ;电网支路串联的 电压互感器PT2、第二切换开关K2。交流电动机M通过第一切换开关Kl和第二切换开关K2 分别与变频器和电网连接。控制系统通过电压互感器PTl采集变频器输出电压的相位、频 率和幅度,通过电压互感器PT2采集电网电压的相位、频率和幅度。

[0025] 本例切换装置同期并网切换工作原理如下:

[0026] 变频器启动前,控制系统先断开第二切换开关K2,合闸第一切换开关Kl ;

[0027] 变频器启动运行,拖动电机M运行至50Hz ;

[0028] 控制系统根据电压互感器PT1、PT2采集的电压参数(相位、频率和幅度),进行锁 相环控制,通过不断调整变频器的输出电压,使其最终与电网电压实现完全同期(同频、同 相、同幅值),如图3所示。图3为实际采集的同期之后变频器输出电压与电网电压的波形, 其中通道A为电网电压波形,通道B为变频器对应相序端输出电压波形;

[0029] 变频器向第二切换开关Κ2发出合闸指令,驱动开关Κ2闭合;此时,变频器与电网 同时向电机供电,实现并网功能;

[0030] 由于切换装置工作在高压大电流状态,控制系统需要监测到第二切换开关Κ2合 闸状态稳定后,再向第一切换开关Kl发出断开指令,驱动开关Kl断开,完成并网切换操作。 图4为实际采集的电动机电流,在第4格,即时间约为8秒之前,为同期但未并网的电流波 形,之后为同期并网切换之后的电流波形,可以看出在并网时刻电流波形未出现明显的冲 击,实现了电动机的平滑切换。

[0031 ] 图2中,第一切换开关Kl和第二切换开关Κ2均采用交流接触器,本领域技术人员 应当知道,也可以采用交流断路器执行电动机的电源切换。本例的电抗器LO为带有铁芯的 电感线圈,能够减少变频器输出电压的高次谐波分量,并限制并网时刻的电流涌动,进一步 降低电流冲击。

[0032] 采用本实用新型对电动机使用变频器进行软启动,能够有效降低对电动机的冲击 电流,实现无扰动切换,延长了电动机及开关设备的使用寿命。

[0033] 上述实施例并不能穷尽本实用新型的实现方式,本领域的技术人员根据本实用新 型的描述,结合本领域的常规技术可以有多种实现方式,其皆属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

  1. 交流电动机同期并网切换装置,包括变频器及其控制系统,所述变频器输出端通过第一切换开关与交流电动机连接,所述交流电动机通过第二切换开关与电网连接,所述控制系统与第一切换开关和第二切换开关连接,其特征在于,所述控制系统分别通过第一传感器和第二传感器采集变频器输出电压参数和电网电压参数,并根据电网电压参数调整变频器输出电压参数,当采集的变频器输出电压参数与电网电压参数匹配时,所述控制系统先驱动第二切换开关闭合,然后驱动第一切换开关断开。
  2. 2.根据权利要求1所述的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述电压参数 包括相位、频率和幅度。
  3. 3.根据权利要求1所述的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述第一传感 器和第二传感器为电压互感器。
  4. 4.根据权利要求1、2或3所述的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述变频 器输出端和第一切换开关之间串联有限流器。
  5. 5.根据权利要求4所述的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述限流器为 电抗器。
  6. 6.根据权利要求4所示的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述第一切换 开关和第二切换开关为交流接触器。
  7. 7.根据权利要求4所示的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述第一切换 开关和第二切换开关为交流断路器。
  8. 8.根据权利要求1、2或3所述的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述第一 切换开关和第二切换开关为交流接触器。
  9. 9.根据权利要求1、2或3所述的交流电动机同期并网切换装置,其特征在于,所述第一 切换开关和第二切换开关为交流断路器。
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