专利名称：交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于变频调速拖动系统中一拖N变频循环软起动及一拖一系统的电动机由变频器供电与电网供电之间的同步切换控制的交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置。
背景技术：
目前，常用的变频器的输出切换方式大致可分为冷切换和热切换，冷切换是在变频器停车停电时进行切换，等切换完成后再开机运行。热切换是在变频器运行中进行带电切换。热切换又可分为异步切换和同步切换，异步切换即电动机在切换时要瞬时停电，因而难免会产生冲击。同步切换也即不停电的平稳切换。在上述几种切换方式中，冷切换是最简单、安全的切换方式，但其只能用于可以间断工作的负载，对于需要连续工作的负载，只能采用热切换的方式。对低压电机一般采用异步切换方式，这就不可避免的会造成设备的损坏。为避免这种现象的出现，曾尝试在切换前对电机电压的幅值、频率和相位进行跟踪和调整，但是在切换时还是要将电动机瞬时停电，因而不能完全避免冲击的发生，实际上还是属于异步切换的范畴，充其量也只能算作准同步切换。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置，它能可靠的实现交流电动机由变频器供电和电网供电之间的无冲击切换，保证变频器和电机的安全。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置，其特殊之处在于包括控制单元，所述控制单元分别与变频器和锁相控制电路连接，锁相环路包括锁相控制电路滤波器和变频器，锁相控制电路的输出端与变频器的控制输入端连接，变频器的输出端与取样电路的输入端连接，取样电路的输入端并与切换接触器连接，取样电路的输出端与锁相控制电路的输入端连接。
上述控制单元包括控制台和微电脑控制器。
上述锁相控制电路由相位鉴别器、频率鉴别器、幅值鉴别器和控制门电路构成。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下本发明可靠的实现了交流电动机由变频器供电和电网供电之间的无冲击切换，保证变频器和电机的安全，可满足交流变频调速控制的需要，大大拓展了变频器的应用领域，为变频调速技术在电机系统节能中的应用扫清了障碍，保证了变频调速拖动系统的可靠运行。本发明有效避免了切换过程中对电网及设备的冲击和设备的损坏，大大提高了变频调速拖动系统的安全可靠性，社会效益和经济效益显著。
四
图1为本发明的原理框图；图2为本发明的锁相环路的线路图；图3为本发明的同步切换系统框图；图4为本发明变频循环软起动同步切换控制线路图。
五具体实施例方式参见图1，图1为同步切换控制系统的原理框图，包括频率检测器、幅值鉴别器、相位鉴别器、允许门电路和输出切换控制电路，频率检测器、幅值鉴别器、相位鉴别器的输出端分别与允许门电路的输入端连接，允许门电路的输出端与输出切换控制电路的输入端连接，输出切换控制电路的输出端与变频器连接。工作时必须检测到变频器输出到电机的电压的频率、幅值、相位与电网的参数完全一致时，才可以进行切换操作。检测和操作都是自动进行的，不需要人工干预。
参见图2，图2为锁相环路的线路原理图，锁相控制就是利用锁相环路(PLL)通过让变频电源的频率和相位自动跟踪工频电源的频率和相位，达到“锁定”状态，从而为同步切换创造条件。锁相环路是一个闭环的相位控制系统，能够自动地跟踪输入信号的频率和相位，使输出信号的频率和相位与输入信号同步，称之为“锁定”。锁相环路主要由锁相控制电路、环路滤波器(LF)和压控振蒎器(VCO，这里即为变频器)三个基本部分组成，其构成如图2所示。
参见图3，图3为具有同步切换功能的交流异步电动机循环软起动切换控制装置框图。用一台变频器分时软起动3台异步电动机，每一台电动机软起动以后，切换到工频电网定速运行。系统由控制台、微电脑控制器、变频器、相位信号取样电路、锁相控制电路和切换接触器等组成。控制台与微电脑控制器连接，微电脑控制器分别与变频器和锁相环路连接，锁相环路包括锁相控制电路环路滤波器和变频器，锁相控制电路的输出端与变频器的控制输入端连接，变频器的输出端与取样电路的输入端连接，取样电路的输入端并与切换接触器连接，取样电路的输出端与锁相控制电路的输入端连接。相位信号取样电路对工频电源和变频器输出电压实行取样、隔离和整形处理。锁相环路由锁相控制电路和变频器组成；锁相控制电路则由鉴相器和环路滤波器组成。同步切换控制系统以工频电源的电压相位信号θ1(t)为基准信号，变频器输出的电压相位信号θ2(t)作为跟踪信号。鉴相器比较两个信号的相位，输出一个正比于两个信号相位差的电压信号Ud(t)，经滤波器滤波后作为变频器的辅助频率给定信号，用以控制变频器输出电压的频率和相位，达到跟踪工频电源频率和相位的目的。当二者的频率相等，相位差稳定在一个较小的数值时，称为锁定，此时输出一个切换信号，便可以在CPU的控制下，安全、平稳地进行变频器和工频电网之间的相互切换。
参见图4，图4为变频器VFD用于泵站抽水系统的同步切换控制线路图，两台变频器互为热备，对八台水泵电机进行起动和切换控制，具体起动与切换过程如下(1)选择用来起动的变频器，如VFD1。
(2)选择起动的电机(如电机M1)，选择过程可由人工或自动给出，由上位机将选中信号发送至变频器VFD1。
(3)VFD1闭合连至V总成的接触器K01。
(4)VFD1闭合被选电机M1的起动接触器K21，(此时工频按触器K11必须处在常开位置)。
(5)VFD1开始以低频(2HZ)低幅值交流电流提供给电机，由于电机静止，相对于同步转速下的50HZ，电机具有普通异步电机4％转差率下的特性。
(6)由于异步电机的转矩和电流均正比于滑差，VFD将在预设的加速度下增加提供给电机的起动电流，当电机转矩超过水泵的静态阻力矩后，水泵开始旋转。
(7)电机在VFD的控制下线性加速，直至达到电机的额定转速、额定电压和频率(50HZ)。加速时，电机的压频比V/F＝6000/50＝120保持不变，这使电机保持在恒定的定子磁通密度下运行，避免电机的铁磁饱和，维持大于100％的起动转矩。
(8)当电机的频率和电压达到额定值后不再改变，此时电机的驱动力矩与负载力矩达到平衡。接在V总线上的电机电压的频率应与电网(L总线)的频率相等，但相位不一定相同，电机进入同步控制阶段。
(9)在断开的接触器K11两端的电压是电机电压与电网电压之间相位关系的指示。当电机电压与电网电压同相时，端电压取两者的差值，为最小值；当电机电压与电网电压反相时，端电压取两者之和，为最大值。电机电压与电网电压的相位关系可以通过电机转矩的微小变化做瞬间调整，前移或后移。电机转矩的变化可以通过电压的变化来实现。
(10)在电机电压与电网电压相位相同的瞬间，主线(L总线)接触器K11的端电压力最小值，此时控制该接触器闭合，然后使起动接触器K21断开，于是电机由变频器驱动变为电网直接驱动(上线)。
(11)VFD1封锁输出，频率降为零，准备起动下一台水泵电机。
权利要求
1.一种交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置，其特征在于包括控制单元，所述控制单元分别与变频器和锁相控制电路连接，锁相环路包括锁相控制电路滤波器和变频器，锁相控制电路的输出端与变频器的控制输入端连接，变频器的输出端与取样电路的输入端连接，取样电路的输入端并与切换接触器连接，取样电路的输出端与锁相控制电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置，其特征在于所述控制单元包括控制台和微电脑控制器。
3.根据权利要求1或2所述的交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置，其特征在于所述锁相控制电路由相位鉴别器、频率鉴别器、幅值鉴别器和控制门电路构成。
全文摘要
本发明涉及一种交流电动机变频器供电与电网供电的同步切换控制装置，它能可靠的实现交流电动机由变频器供电和电网供电之间的无冲击切换，保证变频器和电机的安全。本发明包括控制单元，所述控制单元分别与变频器和锁相控制电路连接，锁相环路包括锁相控制电路滤波器和变频器，锁相控制电路的输出端与变频器的控制输入端连接，变频器的输出端与取样电路的输入端连接，取样电路的输入端并与切换接触器连接，取样电路的输出端与锁相控制电路的输入端连接。
文档编号H02J3/42GK1501564SQ0213951
公开日2004年6月2日 申请日期2002年11月12日 优先权日2002年11月12日
发明者徐甫荣 申请人:徐甫荣