变频器工变频无扰动互切的控制方法及控制系统与流程

本技术属于高压电机变频控制，具体地指一种变频器工变频无扰动互切的控制方法及控制系统。

背景技术：

1、在工业控制现场，由于生产工艺的要求，很多设备是不允许出现停机的，否则会造成比较大的经济损失甚至出现安全事故。现如今，高压变频器基本采用单元级联的方式，虽然可靠性越来越高，但是由于其采用器件众多，系统较庞大，为了防止高压变频器故障导致设备停机，需要对高压变频器定期进行维护检修等。传统的方法需要先将电机停下来，再工频直起，等高压变频器检修完成后，再次停机然后再由变频启动运行，由于整个过程电机需要短暂停机两次，这必然将影响整个生产，并且电机直起冲击电流较大，影响电机的寿命，并会影响到电网上其他设备的正常运行。为了使高压变频器检修时电机不停机以及检修完成后再过渡到高压变频器控制电机，高压变频器变频与工频无扰动互切控制方法就显得尤为重要，其可以保证全过程电机不停机，并且电流无冲击，切换过程平滑稳定。

2、目前已有的一些软起动方式自身都存在一些缺陷：晶闸管软起动器存在着起动转矩小的问题，无法适用于工业中一些需要重载起动或恒转矩起动的负载。传统的变频器软起动具有性能好，效率高，能自动平滑加速，降低电流冲击等优点，可以避免起动时电流对电网的冲击。变频器软起动一般按照v/f恒压频比方式来控制，但是恒压频比控制方法存在低速负载能力小，电流不可控，特别是对于大惯量、重负载系统，恒压频比控制方法很难达到理想的起动性能，往往需要通过增加变频器容量的方式来实现可靠起动。矢量控制技术，特别是无码盘矢量控制方法的成功实施，使交流异步电机变频调速后的机械性能以及动态性能都达到了与直流电机调压时的调速性能不相上下的程度。但是，矢量控制技术虽然解决了起动问题，但软起动器的一个主要功能是需要进行工频运行与变频运行之间的相互切换。工频运行/变频运行之间的相互切换技术，一般都采用同步切换，即在不停电的情况下，利用锁相环技术，使变频器输出电压的频率、相位和幅值均保持与电网电压一致，然后进行变频器与电网之间的相互平稳切换。如果直接在矢量控制方法下进行同步投切，在变频器与电网同时供电的情况下，矢量控制方法存在失效的风险。在电网和变频器同时给电机供电的运行状态下，由于变频器的输出电压并不是平滑的正弦波，同步投切控制算法也会存在一定误差，因此在该状态下一定会存在电网和变频器之间的环流，该环流会导致变频器输出电流与电机电流出现偏差，从而可能造成矢量控制方式失效。

3、目前传统的同步切换技术并不是真正意义上的无扰切换，通常存在以下困扰：在变频运行切换至工频运行时，在切换瞬间电网电流会出现一定程度的冲击，而冲击电流大小与电机负载大小相关；在工频运行切换至变频运行时，在切换瞬间，变频器输出电流会出现一定程度的冲击，冲击电流大小也与电机负载大小相关。而截至目前为止，并没有出现一种可以真正意义上实现无扰切换的技术。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本技术实施例提供一种变频器工变频无扰动互切的控制方法及控制系统，通过该方法，可以保证电机在不停机的情况下在变频及工频之间来回切换，并且电流平滑无冲击。

2、本发明实施例提供了一种变频器工变频无扰动互切的控制方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1、中控台发出频率切换命令；

4、步骤2、根据高压电机目前的工作状态判断是否为变频切工频命令或工频切变频命令；

5、步骤3、变频器根据当前运行频率进行加减速控制；

6、步骤4、变频器开始执行锁相程序；

7、步骤5、控制系统对断路器执行动作命令；

8、步骤6、完成变频器的频率切换。

9、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，在所述步骤2、根据变频器目前的工作状态判断是否为变频切工频命令或工频切变频命令中还包括：

10、步骤2.1、当高压电机当前运行状态为变频运行时，变频器执行由变频切工频命令；

11、步骤2.2、当高压电机当前运行状态为工频运行时，变频器执行由工频切变频命令。

12、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，在所述步骤3、变频器根据当前运行频率进行加减速控制中还包括：

13、变频器根据当前运行频率将变频器的输出频率平滑的调整到电网频率附近。

14、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，在所述步骤4、变频器开始执行锁相程序中还包括：

15、将变频器的输出频率、相位、以及幅值调整到与电网一致。

16、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，在所述步骤5、控制系统对断路器执行动作命令中还包括：

17、步骤5.1、当变频器由变频切工频时，控制系统控制旁路断路器闭合，此时由变频器和电网共同给电机供电，随后断路器动作命令发出变频器输出断路器断开命令，变频器停机，变频器变频切工频完成；

18、步骤5.2、当变频器由工频切变频时，控制系统发出输出断路器闭合命令，此时由变频器和电网共同给电机供电，随后断路器动作命令发出变频器旁路断路器断开命令，将电网工频断开，变频器工频切变频完成。

19、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，执行变频器由变频切工频时，所述控制系统的处理逻辑为：

20、当旁路断路器为断开状态，且所述控制系统收到工频电网接入的命令时，所述控制系统发出闭合旁路断路器命令；

21、当所述旁路断路器闭合后，控制系统检测到所述旁路断路器的反馈后，确认旁路断路器已经闭合，工频电网接入电机供电；

22、当确认旁路断路器已经闭合且变频器输出断路器为闭合状态时，控制系统输出断开所述输出断路器断开命令。

23、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，执行变频器由工频切变频时，所述控制系统的处理逻辑为：

24、当输出断路器为断开状态，且所述控制系统收到工频电网退出并切换为变频状态的命令时，所述控制系统发出闭合输出断路器命令；

25、当所述输出断路器闭合后，控制系统检测到所述输出断路器的反馈后，确认输出断路器已经闭合，变频器接入电机供电；

26、当确认输出断路器已经闭合且旁路断路器为闭合状态时，控制系统输出断开所述旁路断路器断开命令。

27、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法，在所述步骤2、根据高压电机目前的工作状态判断是否为变频切工频命令或工频切变频命令中：

28、当变频器输入断路器、输出断路器为闭合状态，旁路断路器为断开状态时，认定所述高压电机当前为变频运行状态；

29、当变频器输出断路器为断开状态，旁路断路器为闭合状态时，认定所述高压电机当前为工频运行状态。

30、本发明实施例还提供了一种基于上述实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法的控制系统，所述控制系统包括：高压变频器，所述高压变频器的高压输入端由输入断路器与高压工频电网连接，所述高压变频器的高压输出端经由输出断路器与高压电机相连接，所述高压工频电网与所述高压电机之间连接有旁路断路器，所述输入断路器、所述高压变频器以及所述输出断路器构成的串联电路与所述旁路断路器之间并联，所述高压变频器的电路受控制系统控制，所述控制系统为plc控制器。

31、根据本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制系统，所述输入断路器、所述输出断路器以及所述旁路断路器为真空断路器或接触器。

32、本发明的有益效果为：本发明实施例所提供的变频器工变频无扰动互切的控制方法及控制系统实现了真正意义上的工频运行与变频运行之间平滑稳定无扰地同步切换功能。切换时刻的电流不超过高压电机实时电流，有效抑制了冲击电流和转矩波动，并且在切换过程中实现了平滑的电流转移。本实施例所提供的控制方法适用于任何需要高压电机软起动的应用场合。