CN205319992U - 一种变频、工频无扰切换系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频、工频无扰切换系统，包括变频电源、至少一个工频电源、主变频线路、电压检测装置和至少一台电动机，每台电动机均连接有变频运行线路和工频运行线路，每条变频运行线路的一端均与对应的电动机连接，每条变频运行线路的另一端均与主变频线路连接；每条工频运行线路的一端均与对应的工频电源连接，每条工频运行线路的另一端均与对应的电动机连接。本实用新型能实现电动机在变频运行方式与工频运行方式之间的无扰切换。且本实用新型只采用一台变频器，可对多台不同类型的电动机进行操控，故成本低，适用范围广，同时，本实用新型的操作过程简单可靠，安全性高。

Description

一种变频、工频无扰切换系统

技术领域

本实用新型涉及切换系统的技术领域，具体涉及一种变频、工频无扰切换系统，用于电动机的启动。

背景技术

电动机在工频运行状态和变频运行状态之间的切换非常重要。

首先，若在电动机需要满负荷运行的场合中，其平稳启动非常重要，尤其是大功率高电压电动机。因为大功率高电压电动机工频直接启动时冲击电流会达到额定电流的3-7倍，对于电动机中容量较小的电网来说，极易引起电网的剧烈波动，甚至会引起上级断路器掉电，极大地影响了其它设备的正常运行，造成巨大的损失。因此，在大功率高电压电动机启动时需降低其启动电流，即需要降低其启动电压。常用的降压启动的方式有电抗器启动、自耦变压器启动、星三角启动、串电阻软启动等方式，这些方式普遍存在着启动扭矩小，不适合重载、频繁启动等各种问题，因此不便于采用。现今，用途最广，适应性最强，可靠性最好的是采用变频器拖动电动机启动的方式。这种方式能解决电动机启动电流大，重载启动扭矩不足，不能频繁启动等众多问题。但是在多电动机运行的工况中，需要配备多台变频器，故价格高昂。而在电动机满负荷运行的时候，不仅电动机会消耗大量的电能，而且变频器也会消耗电能，这会大大增加电动机的使用成本，同时损耗变频器的使用寿命。

其次，若在电动机半负荷的运行状态下，采用工频运行的方式，将会浪费大量的电能，若频繁切换工频与变频又会浪费大量的时间，影响生产。现今，对于上述情况，常采取的方式是串电阻调速，但采用该种方式，电动机的加减速不够线性，且电阻还会消耗大量电能，故不节能，同时串联的电阻也会影响电动机扭矩的输出，多台电动机同时运行的情况下会需要多台调速设备，加大了电动机的运行成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种变频、工频无扰切换系统，用于解决现有的大功率高电压电动机启动时启动电流大，采用变频器拖动电动机启动的方式使用成本高昂的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种变频、工频无扰切换系统，所述变频、工频无扰切换系统包括变频电源、至少一个工频电源、主变频线路、电压检测装置和至少一台电动机，所述主变频线路包括依次串联的第一断路器、变频器和电抗器，所述主变频线路的一端与变频电源连接；

所述电压检测装置包括变频器输入电压检测装置和变频器输出电压检测装置，以检测所述变频器的输入电压和所述变频器的输出电压；

每台所述电动机均连接有变频运行线路和工频运行线路，每条所述变频运行线路均包括串联设置的隔离开关和接触器，每条所述变频运行线路的一端均与对应的电动机连接，每条所述变频运行线路的另一端均与所述主变频线路连接；每条所述工频运行线路均包括第二断路器，每条所述工频运行线路的一端均与对应的所述工频电源连接，每条所述工频运行线路的另一端均与对应的电动机连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的变频、工频无扰切换系统具有以下优势：本实用新型提供的变频、工频无扰切换系统通过对主变频线路、与各电动机连接的各条变频运行线路和各条工频运行线路进行操控，实现电动机在变频运行方式与工频运行方式之间的无扰切换。在电动机启动的情况下，通过接通变频电源、变频器与电动机，使变频器带动电动机运行，电动机此时处于变频运行方式下，若需使电动机呈工频运行方式，则将变频器的输出电压的各参数调整为与变频器输入电压的各参数相同，即与工频电源电压的各参数相同，在该情况下实现电动机从变频运行方式安全地切换为工频运行方式的目的，从而避免了直接启动时，电动机直接遭到工频电源输出的大电流冲击，本实用新型能对电动机起到保护作用。在电动机从工频运行方式切换为变频运行方式的过程中，切换过程也在变频器输出电压的各参数与工频电源电压的各参数相同的情况下实现，从而实现电动机安全地从工频运行方式切换为变频运行方式的目的。本实用新型可采用一台变频器实现多台电动机的变频、工频的无扰切换，故成本较低，在电动机满负荷工频运行模式下，变频器不工作，节约损耗。且本实用新型中电动机的类型不限，各种异步电动机或同步电动机均能适用，同时，其也适用于各种电动机携带负载的定速和调速切换，故本实用新型的适用范围广。其可对变频器的输出电压进行调节，故能对电动机进行平稳切换和调速，同时又可实现各电动机的频繁切换，操作过程简单可靠，安全性高。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一种优选实施方式的变频、工频无扰切换系统的电路图。

图2示出了图1中控制器的控制线路图。

附图标记：

1-变频电源，2-工频电源，

3-主变频线路，31-第一断路器，

32-变频器，33-电抗器，

4-电压检测装置，41-变频器输入电压检测装置，

42-变频器输出电压检测装置，5-电动机，

6-变频运行线路，61-隔离开关，

62-接触器，7-工频运行线路，

71-第二断路器，8-控制器，

9-电压信号指示灯。

具体实施方式

本实用新型提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本实用新型的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本实用新型的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本实用新型范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步的描述。

请参阅图1，本实用新型的实施例提供一种变频、工频无扰切换系统，变频、工频无扰切换系统包括变频电源1、至少一个工频电源2、主变频线路3、电压检测装置4和至少一台电动机5，变频电源1和工频电源2的电压值一致，主变频线路3包括依次串联的第一断路器31、变频器32和电抗器33，主变频线路3的一端与变频电源1连接；电压检测装置4包括变频器输入电压检测装置41和变频器输出电压检测装置42，以检测变频器32的输入电压和变频器32的输出电压；每台电动机5均连接有变频运行线路6和工频运行线路7，每条变频运行线路6均包括串联设置的隔离开关61和接触器62，每条变频运行线路6的一端均与对应的电动机5连接，即每条变频运行线路6均连接一台电动机5，每条变频运行线路6的另一端均与主变频线路3连接；每条工频运行线路7均包括第二断路器71，每条工频运行线路7的一端均与对应的工频电源2连接，每条工频运行线路7的另一端均与对应的电动机5连接，即每条工频运行线路7均连接单独的工频电源2和单独的电动机5。

其中，电抗器33也叫电感器，本实施例中采用变频器32串联电抗器33的方式，用来限制短路电流。

接触器62是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。

隔离开关61是指在分位置时，触头间有符合规定要求的绝缘距离和明显断开标志，在合位置时，能承载正常回路条件下的电流及在规定时间内异常条件下的电流的开关设备。

在本系统呈非工作状态的情况下，确定需要启动的电动机5，本实施例中启动一号电动机M1，则一号电动机M1对应的变频运行线路6中的隔离开关61合闸。在启动电动机5时，第一断路器31先合闸，接通变频电源1和变频器32，则变频器32启动，一号电动机M1对应的接触器62由于线圈有电流通过，则接触器62合闸，变频器32带动一号电动机M1以变频器32给定频率运行。

变频器输入电压检测装置41检测变频器32的输入电压，变频器输出电压检测装置42检测变频器32的输出电压。当需将电动机5从变频运行方式切换为工频运行方式时，通过对变频器32进行逐步调节，将变频器32输出电压的频率、相位和幅值逐步调整为与变频器32输入电压的频率、相位和幅值一致，具体参数通过变频器输入电压检测装置41和变频器输出电压检测装置42实现检测。

当变频器32输入电压的频率、相位和幅值与变频器32输出电压的频率、相位和幅值一致，且保持一致最少3s后，则一号电动机M1连接的工频运行线路7中的第二断路器71闭合，接通一号电动机M1与其相对应的工频电源2，即变频电源1和工频电源2实现并网，延时200ms～400ms，立即断开第一断路器31，则变频器32停机，由于在此过程中变频电源1与工频电源2的电压值一致，故不会产生短路，然后断开一号电动机M1对应的变频运行线路6中的隔离开关61，接触器62也自动断开，则完成了一号电动机M1从变频运行无扰切换至工频运行的操作。采用上述切换方式来启动电动机5，避免了电动机5直接启动时大电流的冲击，电动机5实现平稳启动。

当上述一号电动机M1在工频运行的方式下，需转换为变频运行的方式时，首先使第一断路器31合闸，接通变频电源1和变频器32，则变频器32启动，通过调节变频器32使变频器32输出电压的频率、相位的幅值均与变频器32输入电压的频率、相位的幅值一致，且保持一致至少3s后，则闭合一号电动机M1对应的变频运行线路6中的隔离开关61，由于该变频运行线路6中接触器62线圈有电流通过，则该接触器62自动合闸，即变频电源2和工频电源2实现并网，待该接触器62合闸后200ms～400ms后，立即断开一号电动机M1对应工频运行线路7中的第二断路器71，从而完成一号电动机M1从工频运行无扰切换至变频运行的操作。

当然，采用上述操作可将本实施例中任意一个电动机5从变频运行方式切换为工频运行方式或从工频运行方式切换为变频运行方式。在一个电动机5切换结束后，若还需切换其他电动机5，也可按照上述方式进行操作。

上述电动机5可带动负载运行，该负载可为水泵、风机、压缩机、球磨机等。

综上，本实施例操作过程方便，能实现任意一种电动机5的变频、工频运行方式的无扰安全切换，同时又能适应多个电动机5的运行工况，故本实施例适用范围广泛。并且采用本实施例变频、工频无扰切换系统在电动机5启动时，电动机5能实现平稳启动，故本实施例对电动机5起到了保护作用，延长了电动机5的使用寿命。在变频器32带动电动机5运行的情况下，其扭矩可调，使得各电动机5之间或电动机5的定速、调速方式间均能频繁切换，使用方便。本实施例中只采用一台变频器32即可实现多台电动机5的变频、工频的无扰切换，成本显著降低，同时，采用工频运行无扰切换为变频运行的方式更利于电动机5在低负载的状态下工作，可进一步降低电动机5的运行成本，也不影响生产。

上述操作方式可采用手动操作，但为了节省人工成本，最重要的是保证操作过程中的准确性和灵敏性，本实施例优选为自动控制的方式。

请参照图1和图2，本实施例变频、工频无扰切换系统还包括控制器8，用于控制每个第二断路器71、隔离开关61、接触器62及第一断路器31的开合，该控制器8还与变频器输入电压检测装置41、变频器输出电压检测装置42及变频器32相连，以接收变频器输入电压检测装置41及变频器输出电压检测装置42传输的信号并对变频器32进行调节。该控制器8可与电抗器33共同设置在电抗柜中。

上述控制器8优选为PLC控制器8，PLC控制器8通过对控制指令接收和执行，从而实现上述电动机5在变频运行的方式和工频运行的方式之间的切换。在上述变频运行方式切换为工频运行方式的操作过程中，首先使隔离开关61和第一断路器31闭合，接通变频电源1、变频器32和电动机5，此时电动机5采用变频启动的方式并在变频运行方式下运行，当电动机5需转为工频运行方式时，可通过手动向PLC控制器8输入切换信号，则PLC控制器8接收到该信号并对变频器32逐步进行调节，使变频器32输出电压的频率、相位和幅值逐步接近变频器32输入电压的频率、相位和幅值直至其一致，当其一致时，则向PLC控制器8输出锁相信号，该锁相信号在设定时间中必须稳定，该设定时间为3s以上，若在设定时间内锁相信号出现中断，则需重新计算设定时间，必须保证在设定时间内锁相信号稳定才可进行后续操作，使电动机5由变频运行方式切换为工频运行方式。

当然，上述切换信号可手动输入到PLC控制器8，也可在电动机5启动时便选择自动切换的方式，则电动机5在启动后无需手动输入切换信号，本实施例也按照上述步骤自动将电动机5从变频运行方式切换为工频运行方式。

此外，若需使电动机5从工频运行方式切换为变频运行方式时，也可通过向PLC控制器8输入信号，在PLC控制器8的操控下，第一断路器31合闸，PLC控制器8对变频器32进行调节从而使其输出电压的频率、相位和幅值与输入电压的频率、相位和幅值一致，PLC控制器8接收到锁相信号，并且该锁相信号在设定时间内稳定，则PLC控制器8通过操控电动机5对应的隔离开关61，并按照上述步骤完成电动机5从工频运行方式切换为变频运行方式。

本实施例能满足对异步电动机5变频、工频无扰切换，同时也可满足对同步电动机5的变频、工频无扰切换，通过PLC控制器8对同步电动机5的投励和灭励进行控制，在同步电动机5启动前自动向同步电动机5的励磁柜发出投励信号，在同步电动机5停机后自动向同步电动机5的励磁柜发出灭励信号即可。

该控制器8的设置提高了本实施例的准确性和灵敏性，同时提高了本实施例的自动化，简化操作过程，节省了大量的人工成本，使得切换过程更快速、智能和准确。

值得一提的是，PLC控制器8还连接有电压信号指示灯9，以显示变频器32的输入电压和变频器32的输出电压是否一致。

PLC控制器8控制指示灯的亮起与熄灭，即当PLC控制器8检测到变压器32输出电压的频率、相位和幅值与变压器32输入电压的频率、相位和幅值一致，即在PLC控制器8接收到锁相信号时，通过接通电压信号指示灯9与电源使电压信号指示灯9亮起，在PLC控制器8没接收到锁相信号时，可通过断开电压信号指示灯9与电源的连接，从而使电压信号指示灯9呈熄灭状态。故通过电压信号指示灯9的显示，电压信号指示灯9在设定时间内保持常亮状态，才可对电动机5的运行方式进行切换，方便操作人员直观地观看，在手动切换时，避免因为锁相信号不稳定从而引起切换过程的不平稳过度，对电动机5造成损坏。

值得说明的是，变频器输入电压检测装置41设置在电源和第一断路器31之间，变频器输入电压检测装置41包括相互连接的电压互感器和电压检测仪表。

由于变频器32的输入电压为电源电压，故为固定值，采用电压互感器和电压检测仪表的方式对输入电压进行检测，成本较低，且电压互感器将电源电压按比例减小，更加方便电压检测仪表对输入电压进行检测。

变频器输出电压检测装置42设置在变频器32和电抗器33之间，且变频器输出电压检测装置42包括电压检测板。

电压检测板是能检测电压的一种电器，其能显示的电压范围宽，一般为48～4800V。故在本实施例中，电压检测板能实时监测变频器32输出电压的频率、相位和幅值，其灵敏度高，由于电动机5在变频运行与工频运行的切换过程中变频器32输出电压的频率、相位和幅值会不断变化，故采用电压检测板进行检测可显著提高本实施例的灵敏度，从而快速、准确、实时地检测出变频器32输出电压的频率、相位和幅值，并将该检测信号实时传输给PLC控制器8，从而提高了本实施例电动机5的切换速度及切换准确性，使电动机5安全地在变频运行状态和工频运行状态之间进行切换。

值得一提的是，多条变频运行线路6中的多个接触器62之间均呈互锁设置。

上述互锁设置可采用机械互锁、电气互锁或电气机械联动互锁的方式，在本实施例中优选为电气互锁，即将任意一个接触器62的常闭触点串接在其他接触器62上，则在一个接触器62通电的状态下，其他接触器62不会闭合通电，从而使得变频器32只能带动一台电动机5工作，保证了各电动机5的安全运行，在切换过程中不会影响其他的电动机5。

需要说明的是，本实施例中，电动机5的数量在4台以内。

当然，采用上述系统可实现一台及一台以上各种数量的电动机5的变频、工频无扰切换，本实施例中的电动机5优选为1～4台，相比于5台以上的电动机5，其线路布置更清晰，组装过程更简单，操作及控制过程也更为可靠，本实施例中的电动机5更优选为4台电动机5，以在可靠性较高的同时节省成本。

应该注意的是，上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (7)

1.一种变频、工频无扰切换系统，其特征在于，所述变频、工频无扰切换系统包括变频电源(1)、至少一个工频电源(2)、主变频线路(3)、电压检测装置(4)和至少一台电动机(5)，所述主变频线路(3)包括依次串联的第一断路器(31)、变频器(32)和电抗器(33)，所述主变频线路(3)的一端与变频电源(1)连接；

所述电压检测装置(4)包括变频器输入电压检测装置(41)和变频器输出电压检测装置(42)，以检测所述变频器(32)的输入电压和所述变频器(32)的输出电压；

每台所述电动机(5)均连接有变频运行线路(6)和工频运行线路(7)，每条所述变频运行线路(6)均包括串联设置的隔离开关(61)和接触器(62)，每条所述变频运行线路(6)的一端均与对应的电动机(5)连接，每条所述变频运行线路(6)的另一端均与所述主变频线路(3)连接；每条所述工频运行线路(7)均包括第二断路器(71)，每条所述工频运行线路(7)的一端均与对应的所述工频电源(2)连接，每条所述工频运行线路(7)的另一端均与对应的电动机(5)连接。

2.根据权利要求1所述的变频、工频无扰切换系统，其特征在于，所述变频、工频无扰切换系统还包括控制器(8)，所述控制器(8)用于控制每个所述第二断路器(71)、所述隔离开关(61)、所述接触器(62)及所述第一断路器(31)的开合，所述控制器(8)还与所述变频器输入电压检测装置(41)、所述变频器输出电压检测装置(42)及变频器(32)相连，以接收所述变频器输入电压检测装置(41)和所述变频器输出电压检测装置(42)传输的信号并对变频器(32)进行调节。

3.根据权利要求2所述的变频、工频无扰切换系统，其特征在于，所述控制器(8)还连接有电压信号指示灯(9)，以显示所述变频器(32)的输入电压和所述变频器(32)的输出电压是否一致。

4.根据权利要求1所述的变频、工频无扰切换系统，其特征在于，所述变频器输入电压检测装置(41)设置在所述电源和所述第一断路器(31)之间，所述变频器输入电压检测装置(41)包括相互连接的电压互感器和电压检测仪表。

5.根据权利要求1所述的变频、工频无扰切换系统，其特征在于，所述变频器输出电压检测装置(42)设置在所述变频器(32)和所述电抗器(33)之间，且所述变频器输出电压检测装置(42)包括电压检测板。

6.根据权利要求1所述的变频、工频无扰切换系统，其特征在于，多条所述变频运行线路(6)中的多个所述接触器(62)之间均呈互锁设置。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的变频、工频无扰切换系统，其特征在于，所述电动机(5)的数量在4台以内。