专利名称：一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于变频器领域，尤其是一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统。
技术背景在很多工业现场只需解决异步电机的启动问题，并不需要变频实施调速。变频器在此仅作为启动装置以提高启动转矩并限制启动电流，用于替代传统的软启动装置；当电机达到额定转速时投切到工频电网，同时变频器退出运行。为了保证在任意负载条件下的平滑切换，需增设变频-工频切换装置。变频-工频平滑切换以负载扰动最小、切换电流波动最小及电机不间断工作为最高原则。显然，只有当变频器输出电压幅值、频率及相位与电网“完全一致”时才能具备基本切换条件。此外，为使负载电机不受扰动，最好在变频器退出工作之前投入工频电网，此时必然涉及变频器与电网同时给负载电机供电的并联工况。目前常用的同步投切系统由于无法解决变频器输出与电网直接并联时的电流控制问题，所以普遍采用有间隙的投切或瞬时同步切换模式并在负载供电缺口和变频器电流失控的两个问题上选择危害较小的方式实施。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交流电机由变频器供电和电网供电之间的无间隙、无冲击切换的变频器与电网同步无间隙投切控制系统。本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统，包括变频器、电抗器L、接触器KM1、接触器KM2以及交流电动机，三相交流电进线分别与变频器的输入端和接触器KM2连接，变频器的输出端与电抗器L的输入端相连接，电抗器L的输出端与接触器KMl连接，接触器KMl和接触器KM2的输出端与交流电动机M连接。而且，所述的变频器内部设有逻辑控制电路，该逻辑控制电路包括DSP、电压检测电路和接触器控制电路，DSP与电压检测电路相连接实现对交流电网的锁相同步控制功能，DSP与接触器控制电路相连接实现对接触器的投切控制功能。而且，在接触器KMl与变频器之间设有接触器KM3，在三相交流电进线与接触器KM2的输入端之间设有接触器KM4，所述的接触器KM3和接触器KM4分别对接触器KMl和接触器KM2进行控制以提高设备通断能力。本实用新型的优点和积极效果是I、本实用新型给出了一种变频器与电网同时在线且变频器输出电流可控、变频器延时退出的切换控制系统，完美地实现了变频器供电与电网供电之间负载无扰动、电机电流无冲击、供电电压无间隙的切换功能，经负载实验证明，负载无冲击、电机的电压电流平滑连续，变频器与电网并网期间电流可控，切换过程安全可靠。2、本实用新型相对于传统的同步切换方案，去除了屏外的硬件锁相电路及PLC设备，其锁相同步功能通过变频器内部的检测电路和数字锁相环完成，可靠地解决了变频器与电网并网期间电流控制的问题，并可使变频器与电网长期并网工作。3、本实用新型通过切换过程的电流控制策略，有效避免了电源切换过程中的电网冲击和设备损坏，大大拓展了变频器的应用领域，具有良好的社会效益和经济效益。4、本实用新型结构简单实用、无需外部增加锁相电路，降低了系统硬件成本、维护成本，有效增强了系统可靠性，同时，如需远程控制，可通过变频器的内部集成的现场总线接口连接远程控制台。
图I是本实用新型的电路结构图；图2是本实用新型的数字锁相环原理框图；·图3是本实用新型的无间隙切换时序逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详述。一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统，如图I所示，包括变频器、电抗器L、接触器KM1、接触器KM2以及交流电动机，三相交流电进线分别与变频器的输入端和接触器KM2连接，变频器的输出端与电抗器L的输入端相连接，电抗器L的输出端与接触器KMl连接，接触器KMl和接触器KM2的输出端均与交流电动机M连接。在变频器内部设有逻辑控制电路，该逻辑控制电路包括DSP、电压检测电路和接触器控制电路，DSP与电压检测电路相连接并且通过DSP内的数字锁相环软件实现对交流电网的锁相同步控制功能，DSP与接触器控制电路相连接实现对接触器的控制功能。为了实现大功率电机的控制功能，还可以在接触器KMl与变频器之间增加接触器KM3，在三相交流电进线与接触器KM2的输入端之间增加接触器KM4，接触器KM3和接触器KM4，分别控制接触器KMl和接触器KM2，从而提高设备通断能力。本投切控制系统的锁相同步控制原理，如图2所示，变频器内部的DSP通过对输入输出电压检测电路检测三相交流输入电压Ua、Ub、Uc，该三相交流输入电压Ua、Ub、Uc经三二变换、矢量变换等一系列数学运算得出当前电压相角Θ和当前电压值，相位锁定后，变频器输出电压开始跟随电网电压。在变频器输出频率、相角将与电网完全同步后，系统启动投切工作。下面结合图3所示的无间隙切换时序逻辑图，对本实用新型的工作原理进行说明变频器在(TO)时间内从OHz变频加速升至工频频率(如50Hz)，并保持工频运行，以确保电机达到稳态。保持运行时间(Tl)由D46参数指定，该时间也称为锁相等待时间。变频器在D47规定的时间(T2)内由系统内部DSP实现数字锁相(PLL)，以完成变频输出基波电压与电网电压角度同步，简称锁相。锁相完成后在D48规定的时间(T3)内进入电网电压跟随阶段，此过程逆变器实现输出电压、频率及相位均与电网同步，具备同步切换的基本条件。以上过程完成后，系统将进入外部切换动作时序。以下时序均以D48延时时间(T3)完成后的时刻瞬间作为时间原点(时间单位以4ms定标)。切换动作以时刻作为标定的意义在于可通过时间参数调整，改变动作执行的先后顺序，从而扩展多种投切模式，包括简易投切的有间隙切换。电压跟随完成后，标志着电网同步锁相已经完成。此后在tl时刻(D49)，控制端通过输出继电器触点接口 OUTx向外输出允许电网投切逻辑的指令，以便由屏外同步切换柜实施电网投切，如图3中 的KM2逻辑。此后，变频器与电网将处于并联工作状态。经过外部继电器、接触器动作延时，电网在tl (D49)时刻投切完成后，在图t2(D50)时刻，将变频器转为电流控制模式，用以控制变频器与电网同时工作时的逆变器电流(也称环流)；电流控制模式的嵌入，将允许变频器与电网“长期并行工作”，从而给屏外同步切换逻辑单元(PLC及执行接触器等)以充足的切换时间，确保无间隙电网投切的平滑过渡。在t3时刻(D51)，变频器将主动封锁输出，为屏外同步切换柜断开变频器创造条件。屏外同步切换逻辑可在t4时刻(t4>t3)，释放变频接触器(KMl)，使变频器输出彻底脱离负载电机。(由于t4时刻动作逻辑属屏外设备托管，因此，在图3中用虚线表示)。需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式
中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统，其特征在于包括变频器、电抗器L、接触器KM1、接触器KM2以及交流电动机，三相交流电进线分别与变频器的输入端和接触器KM2连接，变频器的输出端与电抗器L的输入端相连接，电抗器L的输出端与接触器KMl连接，接触器KMl和接触器KM2的输出端与交流电动机M连接。
2.根据权利要求I所述的一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统，其特征在于所述的变频器内部设有逻辑控制电路，该逻辑控制电路包括DSP、电压检测电路和接触器控制电路，DSP与电压检测电路相连接并结合数字锁相环实现对交流电网的锁相同步控制功能，DSP与接触器控制电路相连接实现对接触器的投切控制功能。
3.根据权利要求I或2所述的一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统，其特征在 于在接触器KMl与变频器之间设有接触器KM3，在三相交流电进线与接触器KM2的输入端之间设有接触器KM4，所述的接触器KM3和接触器KM4分别对接触器KMl和接触器KM2进行控制以提高设备通断能力。
专利摘要本实用新型涉及一种变频器与电网同步无间隙投切控制系统，其主要技术特点是包括变频器、电抗器L、接触器KM1、接触器KM2以及交流电动机，三相交流电进线分别与变频器的输入端和接触器KM2连接，变频器的输出端与电抗器L的输入端相连接，电抗器L的输出端与接触器KM1连接，接触器KM1和接触器KM2的输出端与交流电动机M连接。本实用新型设计合理，实现了变频器供电与电网供电之间负载无扰动、电机电流无冲击、供电电压无间隙的切换功能，切换过程安全可靠，降低了系统硬件成本、维护成本，同时有效避免了电源切换过程中的电网冲击和设备损坏，具有良好的社会效益和经济效益。
文档编号H02J3/42GK202772819SQ20122049602
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者张德宽, 张军军, 乔奕玮 申请人:天津方圆电气有限公司