產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
變頻與工頻切換技術(shù)的應(yīng)用
1概述
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的技術(shù)已日趨成熟，在工控企業(yè)的應(yīng)用也如雨后春筍般的蓬勃崛起，正日益滲透到各個(gè)領(lǐng)域，業(yè)已成為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的重要工具，為企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度發(fā)揮著越來(lái)越積極的作用。
在變頻器提供這些優(yōu)越性的情況下，變頻器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，大到大型的工礦企業(yè)，小到家庭作坊，變頻器可以說(shuō)隨處可見(jiàn)。但是在某些場(chǎng)合，在工藝技術(shù)基本相同、負(fù)載類別一致的情況下，如水泵、風(fēng)機(jī)等，單開一臺(tái)泵無(wú)法達(dá)到工藝要求，需要同時(shí)開幾臺(tái)泵或風(fēng)機(jī)，這樣為了節(jié)省投資，大多數(shù)廠家都選擇一拖多的形式，如一拖二、一拖三、一拖四等形式，變頻先帶一套系統(tǒng)工作，當(dāng)達(dá)到全速，工藝條件仍達(dá)不到要求時(shí)，將運(yùn)行的這套系統(tǒng)轉(zhuǎn)到工頻運(yùn)行，變頻器再去帶另一套系統(tǒng)運(yùn)行，依次類推，再去帶第二套、第三套等，直到達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求。這就是所說(shuō)的一拖多的情況。
但是在應(yīng)用中卻遇到一個(gè)問(wèn)題，這就是在變頻達(dá)到滿頻而向工頻切換的過(guò)程中，有時(shí)切換順利，電流很小就切換成功，但有時(shí)切換電流就較大，達(dá)到額定電流的幾倍以上，以至于使電網(wǎng)跳閘，不能正常工作，這究竟是什么原因呢？
經(jīng)過(guò)大量的檢測(cè)與研究，發(fā)現(xiàn)在變頻與工頻切換的過(guò)程中，不但是頻率要一致，還有一個(gè)重要的因素，變頻與工頻的相位也要一致，即只有在頻率與相位都一致的情況下轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換電流才小，達(dá)到可以控制的范圍內(nèi)，而當(dāng)相位不一致時(shí)，轉(zhuǎn)換電流就相當(dāng)大，以至于使電網(wǎng)跳閘。
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐與工程研究，研發(fā)了帶有變頻與工頻相位檢測(cè)的變-工頻切換的技術(shù)，并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，得到了很好的效果。轉(zhuǎn)換電流基本控制在額定電流的1.5倍以內(nèi)，達(dá)到了用戶的要求，實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾切換。
2變工頻轉(zhuǎn)換的技術(shù)原理
本轉(zhuǎn)換板采用同時(shí)檢測(cè)變頻輸入側(cè)與輸出側(cè)的相位的方法，首先檢測(cè)頻率到達(dá)信號(hào)，在達(dá)到頻率設(shè)定值后，進(jìn)行相位檢測(cè)。通過(guò)工頻與變頻相位相減法，找出彼此相位的極小值，通過(guò)運(yùn)算，與一基準(zhǔn)電壓相比較，找出二者合適的交匯點(diǎn)，此即轉(zhuǎn)換的合適位置，然后驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。
圖1轉(zhuǎn)換板原理框圖
3技術(shù)特點(diǎn)
本實(shí)用新型的變工頻軟切換控制裝置，是由取樣電路、整流器、反向比例電路、濾波器、施密特觸發(fā)器、放大器與控制開關(guān)依次串接而成。其特點(diǎn)為：
取樣電路由兩個(gè)變壓器TC1、TC2組成。兩變壓器的初級(jí)分別接變頻器的輸入端（即電網(wǎng)端）與輸出端，通過(guò)變壓器變成較小的電壓，而次級(jí)采用反串聯(lián)的方式，實(shí)際就是兩電壓相減，取其最小值作為本控制電路的控制對(duì)象，進(jìn)行相應(yīng)的處理，通過(guò)整流變成直流信號(hào)，對(duì)外圍電路進(jìn)行控制。
該技術(shù)采用電壓直接向量比較的方法，當(dāng)工、變頻電壓的向量差值小于設(shè)定值時(shí)輸出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)變頻到工頻的無(wú)擾切換，也可實(shí)現(xiàn)存在差頻時(shí)較小沖擊的切換。
4應(yīng)用范圍
本實(shí)用新型的軟切換裝置，主要應(yīng)用在大功率電機(jī)由變頻到工頻的無(wú)沖擊軟切換控制過(guò)程中，主要用在使用變頻器作為電機(jī)調(diào)速、軟啟動(dòng)裝置電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，并在變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)切換到工頻電網(wǎng)的控制場(chǎng)合；由工頻轉(zhuǎn)換變頻同樣適用。該裝置應(yīng)用范圍廣，對(duì)于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，需要工頻---變頻軟切換的都可以適用該裝置。
5現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試需要注意的問(wèn)題
該切換裝置已大量應(yīng)用于工程實(shí)踐中，并收到了良好的效果，但調(diào)試中也應(yīng)該遵循一定的規(guī)則，否則切換是不成功的，主要有以下幾個(gè)方面。
5.1相序的查找
該切換裝置首要的一點(diǎn)是查找工頻與變頻的相序。只有在二者一致的情況下才能正常切換。對(duì)于大功率電機(jī)，如果沒(méi)有工頻軟啟動(dòng)裝置，可以先用一個(gè)小電機(jī)試驗(yàn)，保證工頻與變頻的相位一致，再接上原大功率電機(jī)調(diào)整相序，由于原來(lái)已調(diào)整好工頻與變頻一致，則大功率電機(jī)其相序也是一致的。
注意在大功率變頻器的控制柜中，由于變頻與工頻的接觸器線路中，原來(lái)的走線都是確定的，在找相序的過(guò)程中，一般不要?jiǎng)庸駜?nèi)的走線，防止動(dòng)線后與原來(lái)的走線不一致，造成切換時(shí)相序不一致而電流大，所以一般只可動(dòng)柜子外部的電機(jī)線與電源線，柜內(nèi)的線路一般不要?jiǎng)印?/p>
5.2頻率到達(dá)信號(hào)的調(diào)整
由于大功率電動(dòng)機(jī)，在變頻斷電向工頻切換的過(guò)程中，總有一個(gè)自由旋轉(zhuǎn)的瞬間，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)有小范圍的降速。因此我們總是采用提前切換的思路，即切換時(shí)的頻率比工頻稍高出一些，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，我們大部分都選擇50.05Hz，即電機(jī)從50.05Hz開始斷電，到切換到工頻，基本正好達(dá)到工頻的50Hz的交流電網(wǎng)的頻率，從而保證正常的切換。
該頻率信號(hào)從變頻器上設(shè)置，將其最大輸出頻率及上限頻率設(shè)定為50.05，對(duì)于電位器調(diào)整的及外加PID控制的，還要將電位器及PID輸出對(duì)應(yīng)的最大頻率設(shè)為50.05，不然就達(dá)不到該值。信號(hào)輸出可以采用變頻器的控制輸出端子，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)輸出到轉(zhuǎn)換板。
現(xiàn)在做的一拖二、一拖三、一拖四的控制柜，一般采用PLC及人機(jī)界面控制，又人機(jī)界面通過(guò)通訊采集變頻器的頻率信號(hào)，所以在人機(jī)界面上直接檢測(cè)變頻器的輸出頻率信號(hào)，這樣就不用在變頻器上設(shè)置頻率輸出控制端子。但要注意變頻器與人機(jī)界面要保持通訊正常，不然若通訊不正常，人機(jī)界面檢測(cè)不到變頻器的頻率，頻率到達(dá)信號(hào)傳不到轉(zhuǎn)換板，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
5.3轉(zhuǎn)換電流的控制
前面控制原理中講到的基準(zhǔn)電位，這是控制轉(zhuǎn)換電流的關(guān)鍵，若控制不好，仍會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換電流較大，沖擊較大的情況。
可以用示波器的雙通道檢測(cè)轉(zhuǎn)換板的運(yùn)放集成塊的12腳與13腳的波形，如圖2所示。
圖2關(guān)鍵點(diǎn)波形
其中藍(lán)色為12腳波形，紅色為13腳波形，即基準(zhǔn)電壓，當(dāng)二者相切時(shí)轉(zhuǎn)換電流最小，基準(zhǔn)電位越往下，即切的藍(lán)色波形越多，轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，但轉(zhuǎn)換電流越大；基準(zhǔn)電位越往上，即切的藍(lán)色波形越少，轉(zhuǎn)換電流越小，但轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，所以要綜合考慮。一般紅色波形與藍(lán)色波形相正切為最好。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，基準(zhǔn)電壓一般調(diào)到—0.95到—0.8V之間比較好，若高于—1.2V,轉(zhuǎn)換時(shí)電流就比較大。
6應(yīng)用效果
我們公司在青海油田應(yīng)用了幾套大功率一拖多的控制柜，從調(diào)試的情況看，轉(zhuǎn)換效果都比較理想。現(xiàn)將轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的效果列出表格，如下：
基本都控制在1.2倍以內(nèi)，轉(zhuǎn)換時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)較大的沖擊，且經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，有時(shí)一側(cè)試驗(yàn)3到5次以上，轉(zhuǎn)換效果非常理想，達(dá)到了預(yù)期的效果。
7總結(jié)
該軟切換技術(shù)的成功應(yīng)用，為大功率電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻與工頻、甚至工頻到變頻的無(wú)擾切換提供了較好的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)在高壓大功率電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)換中也得到了較好的應(yīng)用，收到了滿意的效果。隨著變頻器的日益普及，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛，必將成為工控系統(tǒng)的一項(xiàng)較好的技術(shù)，為大多數(shù)工況企業(yè)所應(yīng)用，收到較好的效益。
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