變頻器的切換分析與同步控制——LS產電

交流異步電動機被廣泛應用于各行各業，在選用變頻調速操控體系中常常需求變頻器和工頻電源進行切換。切換的首要類型為：毛病切換和多機體系切換。在很多出產機械運轉過程中，電動機是不允許停止運轉的，如紡織及化工廠的排風機、鍋爐的鼓風機和引風機等，在變頻器投入運轉過程中，一旦變頻器發生毛病而跳閘時，電動機有必要能夠快速地切換到工頻電源上運轉;如多泵供水體系中，常選用一臺變頻器操控多臺水泵的計劃，一般稱為1拖N，該體系也需求變頻器到工頻電源的切換。

變頻器的切換分析與同步控制——LS產電

　　在切換時，因為電動機脫離電源而轉子又高速旋轉，加之轉子中直流磁場的存在，此刻電動機處于同步發電機狀態，若直接切換到工頻電源，會呈現很大的沖擊電流，對電網、變頻器及電動機都會發生不良影響，頻繁切換會呈現變頻器炸機和焚毀電動機等現象的發生。使用同步切換技能可防止變頻器切換時因工頻電源相位與變頻器的輸出電源相位不共同而發生的巨大沖擊電流，然后在很大程度上提高了切換的可靠性，有效地保護了電動機及變頻器，并防止了對電網的攪擾。

　　2沖擊電流的發生及影響2.1沖擊電流的發生在變頻器輸出電源的頻率和相位與工頻電源的頻率和相位不致時，將異步電動機從變頻器供電切換到工頻電源供電，在此過程中會因定子繞組反電勢和轉子轉差過大發生沖擊電流，該沖擊電流可達額定電流的30倍左右。

　　定子繞組電動勢引起的沖擊電流。當電動機斷開電源瞬間，高速旋轉的轉子切開轉子繞組發生的直流磁場中的磁力線，加之定子繞組為開路，此刻，異步電動機處于同步發電機狀態，跟著轉子轉速的下降，在定子繞組中發生的三相電壓的幅值和頻率也逐步變小，這時工頻電壓和定子繞組上發生的電壓兩者間的相位必定不同步，并且會跟著斷電時間的添加，相位差會不斷變化。在切換時若兩者處于相同(相位差為0)時，兩電壓彼此抵消，不會發生很大的沖擊電流;若兩者處于反相(相位差為180)時，兩電壓將進行疊加，這時會發生很大的沖擊電流，數值到達電動機直接啟動時電流的3倍左右。

　　當電動機斷開電源瞬間，因為定子開路，定子繞組中儲存的磁場能量無釋放回路，在定子繞組中會發生很大的反電勢，若此刻切換到工頻電源上將發生很大的沖擊電流。

　　轉差過大引起的沖擊電流。在電動機斷開電源后，因大部分電動機帶有負載切換，故電動機的轉速會快速下降，則轉子的實踐轉速與同步轉速之間的轉差較大，又因電動機定子繞組中剩磁的存在和轉子電流發生的逐步衰減的直流磁場，此刻轉子繞組切開磁力線而發生的感應電動勢和電流都較大(mcx：di/di，iccdw/di)，然后發生沖擊電流。

　　2.2沖擊電流的影響因為定子繞組中的反電勢和電動機處于同步發電機狀態下發生的電動勢及自成回路的轉子中自感電動勢所發生的沖擊電流，必定對電動機、變頻器及電網等發生影響。

　　1)對變頻器的影響。變頻器在正常帶載工作時，變頻器中的功率器材流過的電流經過電動機的繞組流通，其能量及電壓首要耗費在電動機繞組上，不會對其發生不利的影響。一旦變頻器突然甩開負荷時，經過功率器材中的電流失去回路，發生極大的d/df，構成功率器材端電壓的急劇升70高，使功率器材接受過大的電流沖擊，會對其構成危害2.此沖擊電流還會對變頻器中續流二極管、濾波電容及變頻器的絕緣構成危害，這勢必大大縮短變頻器的使用壽命3.對電動機的影響。電動機軸上所帶負載不同，影響程度也不同;電動機的容量不同，影響程度亦不同。電動機若帶送、排風機的電動機，因切換時空氣構成的反壓小，延時13s后避開反電勢的影響而切換到工頻電源，不會受到大電流的沖擊，該沖擊電流電動機完全能接受;電動機若帶泵類負載，因會呈現“水錘”效應，加之切換時的反電勢和高水壓，將使電動機呈現大于額定電流20倍的電流沖擊和巨大的轉矩沖擊，引起電動機損壞。若電動機為舊式型號，因電動機效率和功率因數低，銅損和鐵損較大，切換發生的沖擊電流大部分耗費在電動機的損耗上，電動機能接受該沖擊電流;若電動機為新型號，因電動機的效率和功率因數較高、功耗小、體積小、重量輕，切換時發生的沖擊大部分變為轉矩沖擊，因而對電動機危害較大。

　　對電網的影響。若切換機遇較好，該沖擊電流不會對電網發生太大影響;若切換時刻選擇不妥輕則使空氣開關跳閘，重則對電網發生攪擾并引起電網波動，對供電體系的安全和產品質量會發生不利影響，若大容量電動機影響則更大。

　　3同步切換的原理分析變頻到工頻的切換原理可用三相異步電動機恣意一相繞組的相量加以分析，如所示。異步電動機在正常工作時，主磁通少m以同步轉速。旋轉，在定子繞組中發生的感應電勢為而定子繞組的電勢平衡方程為7從3個基本電路組成，其基本組成如所示。

　　鑒相器是一個相位比較裝置，用來檢測輸入信號相位ft⑴與反饋信號相位0G)之間的相位差G)。輸出差錯信號Ud是相位差信號0⑴的線性函數，所以鑒相器是一個比例環節。

　　環路濾波器選用的是無源比例積分濾波器。當環路處于確定狀態時，輸出頻率(變頻器的輸出頻率)與輸入頻率(工頻電網電源的頻率)相同，兩者之間只要一穩態相差，當開環增益足夠大時，此相差很小。當輸入信號發生相位或頻率的變化時，經過環路本身的調節，環路輸出信號，即變頻器的輸出頻率和相位會跟蹤輸入信號的變化。若輸入信號有如下狀況的波動時，也不會發生很大的相位差。

　　輸入信號頻率階躍。當輸入信號發生頻率階躍時，此刻其拉氏改換依據拉氏改換終值定理：從選取較大時，發生的穩態相位差錯比較小。

　　輸入信號相位階躍。當輸入信號發生相位階躍時，此刻其拉氏改換依據拉氏改換終值定理：從時，同步器能完成體系平穩切換。

　　操控器1變頻器在100ms內進行同相點“捕捉”，5.5 s時切換到工頻電源。

　　如上所述在切換瞬間，變頻器的輸出頻率和相位與工頻電壓頻率和相位肯定共同是很難呈現的。使用“差頻同相”切換辦法的同步器，成功地處理了變頻與工頻的切換問題，并在大量的體系進行了仿真，電動機在同步切換時定子電流波形如所示。電動機在變頻器輸出上限頻率并經承認時間后，在5.4s時切斷變頻器，從中能夠看出，選用同步器操控同步切換辦法時有較小的電流沖擊，大約是額定電流的2倍。切換到工頻電源0. 2s后，電動機能重新進入新的安穩狀態。

　　6結論變頻器在操控體系進行變頻到工頻切換時若切換機遇選擇不妥，切換過程中發生的沖擊電流對電網、變頻器及電動機等設備發生嚴峻的沖擊。本文提出用同步器完成變頻到工頻的切換，論說了切換原理及完成辦法，并用仿真軟件對切換過程進行仿真。該同步器在某公司的面漆線鼓風體系、鍋爐排風體系、多泵恒壓供水體系等產品中投入使用，運轉安穩可靠。實踐表明：用同步器完成變頻到工頻的切換，切換發生的沖擊電流不大于2倍的，有效防止了切換過程過大。

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