[发明专利]一种用于变频器与工频电网无冲击切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子设备，尤其是变频器带载起动并切换至工频电网的应用领域。

背景技术

交流异步电动机直接起动所产生的电流冲击和转矩冲击会给供电系统和拖动系统带来不利影响，对于需要带载起动场合一般采用变频软起动方案，即用变频器带动电机从零速开始起动，逐渐升压升速，直至达到其额定转速。变频软起动采用电压/频率按比例控制、无速度传感器控制等方法，不会产生过电流；可提供等于额定转矩的起动力矩，适合于需重载或满载起动的设备。

如果变频器仅承担软起动的任务，不作调速运行，则在变频器带动电机达到额定转速后，将电动机切换到工频电网直接供电运行，变频器可以再去起动其他的电动机。例如，母管制多泵恒压供水系统就是一个典型的例子。当水压过高需要停泵时，为了避免“水锤效应”，不允许突然切断水泵电源，而要求逐渐降低转速缓慢停车。这时就要将电动机再切换到变频器拖动，实现减速停车。这样就不可避免地要进行电网和变频器之间的相互切换操作。

采用变频电源与工频电源之间切换，主要有以下优点：1）可以减少切换中的冲击电流、转矩，延长设备的使用寿命；2）具有较好的节能效果；3）可以大大减少供电变压器的容量。

变频到工频的切换方法主要有以下四种：

1）直接切换。指在保证变频器与电网电源相序一致的前提下，直接倒闸切换工频电源与变频电源，直接切换时不检测电压的幅值、频率和相位。这种方式要求系统及保护能够容许切换时的波动和冲击，因而很少使用。

2）异步切换。指检测电压的幅值和频率而不检测电压相位的切换。异步切换时最严重的情况出现在变频器输出电压与电网电压的相位差180°时，会造成很大的冲击电压和电流，冲击电流最大可达额定电流的30倍左右。这种方式要求系统能够容许切换时的冲击和转矩变化，一般只用于小功率低压变频系统。

3）同步切换。指检测电压的幅值、频率和相位的切换。采用同步切换技术可以使切换电流不超过电机额定电流的2.5倍，同步切换时，转速在工频电源投人前后变化极小。

4）软切换。指在检测电压的幅值、频率和相位后，控制变频器输出同频、同相、幅值可控的电压，实现“无扰”切换。软切换有先投后切和先切后投两种情况。工频电源切换到变频电源的过程中，首先利用相位检测和锁相控制使变频电源与电机端残压相位保持一致，在变频器的V/F保持基本不变的基础上，选择最优的高压变频器切换运行点，调整变频器的输出电压和频率。这样，投入高压变频器时电机基本无冲击电流，电机的转矩基本保持不变。变频电源切换到工频过程中，用锁相环锁定工频电源的相位和频率，控制高压变频器使电机在稍微高于额定电压和频率的状态下进行切换。这样，就可以实现高压变频电源与工频电源之间的软切换。

从上述介绍可以看出，现有的变频电源与工频电源的切换存在以下问题：1）功率冲击。无论是在变频电源切换至工频电源或者是从工频电源切换至变频电源，都存在满载工况断开电源或封锁脉冲的操作，因此无论对电网或者变频电源都存在功率冲击。2）产生暂态过程。电机负载均为感性负载，在一个感性回路中突然断开电路，必然会产生截流过电压，对相应部件产生冲击。3）电机负载都存在供电死区。由于现有方法均是切除当前供电电源，然后在投入另外一个电源，因此电机必然存在供电死区。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种用于变频器与工频电网无冲击切换方法，在需要进行变频电源与工频电源带载切换时，能够控制负载功率在工频电源与变频电源可控切换，从而实现切除或闭合对应目标电源时无流分断或无流闭合。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：一种用于变频器与工频电网无冲击切换方法，在由变频器、两个变频器输出电压传感器TV1和TV2、两个变频器输出电流传感器TA1和TA2、两个工频电网电压传感器TV3和TV4以及控制变频器投切的开关K1、控制工频电源投切K2组成的系统中，实时测量预并网工况下电机的实时功率，根据需要将变频器的控制方法在恒压频比控制等软启动方法与直接功率控制模式之间切换，实现电机及其负载软启动及软停机工况下工频电网与变频器之间无冲击切换，包括如下的处理过程：

A.电机及其负载由变频电源切换至工频电源过程：

1）闭合开关K2变频器采用常规的恒压频比控制方式起动，起动加速至额定速度后，利用变频器输出端电压传感器TV1和TV2、工频电源电压传感器TV3和TV4实现预并网，使变频器输出端电压与工频电源电压相位、幅值、频率及相序完全一致；