变频器的切换分析与同步控制——LS产电

交流异步电动机被广泛应用于各行各业，在选用变频调速操控体系中常常需求变频器和工频电源进行切换。切换的首要类型为：毛病切换和多机体系切换。在很多出产机械运转过程中，电动机是不允许停止运转的，如纺织及化工厂的排风机、锅炉的鼓风机和引风机等，在变频器投入运转过程中，一旦变频器发生毛病而跳闸时，电动机有必要能够快速地切换到工频电源上运转;如多泵供水体系中，常选用一台变频器操控多台水泵的计划，一般称为1拖N，该体系也需求变频器到工频电源的切换。

　　在切换时，因为电动机脱离电源而转子又高速旋转，加之转子中直流磁场的存在，此刻电动机处于同步发电机状态，若直接切换到工频电源，会呈现很大的冲击电流，对电网、变频器及电动机都会发生不良影响，频繁切换会呈现变频器炸机和焚毁电动机等现象的发生。使用同步切换技能可防止变频器切换时因工频电源相位与变频器的输出电源相位不共同而发生的巨大冲击电流，然后在很大程度上提高了切换的可靠性，有效地保护了电动机及变频器，并防止了对电网的搅扰。

　　2冲击电流的发生及影响2.1冲击电流的发生在变频器输出电源的频率和相位与工频电源的频率和相位不致时，将异步电动机从变频器供电切换到工频电源供电，在此过程中会因定子绕组反电势和转子转差过大发生冲击电流，该冲击电流可达额定电流的30倍左右。

　　定子绕组电动势引起的冲击电流。当电动机断开电源瞬间，高速旋转的转子切开转子绕组发生的直流磁场中的磁力线，加之定子绕组为开路，此刻，异步电动机处于同步发电机状态，跟着转子转速的下降，在定子绕组中发生的三相电压的幅值和频率也逐步变小，这时工频电压和定子绕组上发生的电压两者间的相位必定不同步，并且会跟着断电时间的添加，相位差会不断变化。在切换时若两者处于相同(相位差为0)时，两电压彼此抵消，不会发生很大的冲击电流;若两者处于反相(相位差为180)时，两电压将进行叠加，这时会发生很大的冲击电流，数值到达电动机直接启动时电流的3倍左右。

　　当电动机断开电源瞬间，因为定子开路，定子绕组中储存的磁场能量无释放回路，在定子绕组中会发生很大的反电势，若此刻切换到工频电源上将发生很大的冲击电流。

　　转差过大引起的冲击电流。在电动机断开电源后，因大部分电动机带有负载切换，故电动机的转速会快速下降，则转子的实践转速与同步转速之间的转差较大，又因电动机定子绕组中剩磁的存在和转子电流发生的逐步衰减的直流磁场，此刻转子绕组切开磁力线而发生的感应电动势和电流都较大(mcx：di/di，iccdw/di)，然后发生冲击电流。

　　2.2冲击电流的影响因为定子绕组中的反电势和电动机处于同步发电机状态下发生的电动势及自成回路的转子中自感电动势所发生的冲击电流，必定对电动机、变频器及电网等发生影响。

　　1)对变频器的影响。变频器在正常带载工作时，变频器中的功率器材流过的电流经过电动机的绕组流通，其能量及电压首要耗费在电动机绕组上，不会对其发生不利的影响。一旦变频器突然甩开负荷时，经过功率器材中的电流失去回路，发生极大的d/df，构成功率器材端电压的急剧升70高，使功率器材接受过大的电流冲击，会对其构成危害2.此冲击电流还会对变频器中续流二极管、滤波电容及变频器的绝缘构成危害，这势必大大缩短变频器的使用寿命3.对电动机的影响。电动机轴上所带负载不同，影响程度也不同;电动机的容量不同，影响程度亦不同。电动机若带送、排风机的电动机，因切换时空气构成的反压小，延时13s后避开反电势的影响而切换到工频电源，不会受到大电流的冲击，该冲击电流电动机完全能接受;电动机若带泵类负载，因会呈现“水锤”效应，加之切换时的反电势和高水压，将使电动机呈现大于额定电流20倍的电流冲击和巨大的转矩冲击，引起电动机损坏。若电动机为旧式型号，因电动机效率和功率因数低，铜损和铁损较大，切换发生的冲击电流大部分耗费在电动机的损耗上，电动机能接受该冲击电流;若电动机为新型号，因电动机的效率和功率因数较高、功耗小、体积小、重量轻，切换时发生的冲击大部分变为转矩冲击，因而对电动机危害较大。

　　对电网的影响。若切换机遇较好，该冲击电流不会对电网发生太大影响;若切换时刻选择不妥轻则使空气开关跳闸，重则对电网发生搅扰并引起电网波动，对供电体系的安全和产品质量会发生不利影响，若大容量电动机影响则更大。

　　3同步切换的原理分析变频到工频的切换原理可用三相异步电动机恣意一相绕组的相量加以分析，如所示。异步电动机在正常工作时，主磁通少m以同步转速。旋转，在定子绕组中发生的感应电势为而定子绕组的电势平衡方程为7从3个基本电路组成，其基本组成如所示。

　　鉴相器是一个相位比较装置，用来检测输入信号相位ft⑴与反馈信号相位0G)之间的相位差G)。输出差错信号Ud是相位差信号0⑴的线性函数，所以鉴相器是一个比例环节。

　　环路滤波器选用的是无源比例积分滤波器。当环路处于确定状态时，输出频率(变频器的输出频率)与输入频率(工频电网电源的频率)相同，两者之间只要一稳态相差，当开环增益足够大时，此相差很小。当输入信号发生相位或频率的变化时，经过环路本身的调节，环路输出信号，即变频器的输出频率和相位会跟踪输入信号的变化。若输入信号有如下状况的波动时，也不会发生很大的相位差。

　　输入信号频率阶跃。当输入信号发生频率阶跃时，此刻其拉氏改换依据拉氏改换终值定理：从选取较大时，发生的稳态相位差错比较小。

　　输入信号相位阶跃。当输入信号发生相位阶跃时，此刻其拉氏改换依据拉氏改换终值定理：从时，同步器能完成体系平稳切换。

　　操控器1变频器在100ms内进行同相点“捕捉”，5.5 s时切换到工频电源。

　　如上所述在切换瞬间，变频器的输出频率和相位与工频电压频率和相位肯定共同是很难呈现的。使用“差频同相”切换办法的同步器，成功地处理了变频与工频的切换问题，并在大量的体系进行了仿真，电动机在同步切换时定子电流波形如所示。电动机在变频器输出上限频率并经承认时间后，在5.4s时切断变频器，从中能够看出，选用同步器操控同步切换办法时有较小的电流冲击，大约是额定电流的2倍。切换到工频电源0. 2s后，电动机能重新进入新的安稳状态。

　　6结论变频器在操控体系进行变频到工频切换时若切换机遇选择不妥，切换过程中发生的冲击电流对电网、变频器及电动机等设备发生严峻的冲击。本文提出用同步器完成变频到工频的切换，论说了切换原理及完成办法，并用仿真软件对切换过程进行仿真。该同步器在某公司的面漆线鼓风体系、锅炉排风体系、多泵恒压供水体系等产品中投入使用，运转安稳可靠。实践表明：用同步器完成变频到工频的切换，切换发生的冲击电流不大于2倍的，有效防止了切换过程过大。

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