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變頻與工頻切換技術的應用

發(fā)布時間:2020-04-14 作者:新風光

1概述

  隨著電力電子技術的不斷發(fā)展,變頻器的技術已日趨成熟,在工控企業(yè)的應用也如雨后春筍般的蓬勃崛起,正日益滲透到各個領域,業(yè)已成為各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的重要工具,為企業(yè)改進生產(chǎn)工藝、提高勞動生產(chǎn)率、節(jié)約能源、減輕工人的勞動強度發(fā)揮著越來越積極的作用。

  在變頻器提供這些優(yōu)越性的情況下,變頻器的應用也越來越廣泛,大到大型的工礦企業(yè),小到家庭作坊,變頻器可以說隨處可見。但是在某些場合,在工藝技術基本相同、負載類別一致的情況下,如水泵、風機等,單開一臺泵無法達到工藝要求,需要同時開幾臺泵或風機,這樣為了節(jié)省投資,大多數(shù)廠家都選擇一拖多的形式,如一拖二、一拖三、一拖四等形式,變頻先帶一套系統(tǒng)工作,當達到全速,工藝條件仍達不到要求時,將運行的這套系統(tǒng)轉到工頻運行,變頻器再去帶另一套系統(tǒng)運行,依次類推,再去帶第二套、第三套等,直到達到現(xiàn)場的工藝要求。這就是所說的一拖多的情況。

  但是在應用中卻遇到一個問題,這就是在變頻達到滿頻而向工頻切換的過程中,有時切換順利,電流很小就切換成功,但有時切換電流就較大,達到額定電流的幾倍以上,以至于使電網(wǎng)跳閘,不能正常工作,這究竟是什么原因呢?

  經(jīng)過大量的檢測與研究,發(fā)現(xiàn)在變頻與工頻切換的過程中,不但是頻率要一致,還有一個重要的因素,變頻與工頻的相位也要一致,即只有在頻率與相位都一致的情況下轉換,轉換電流才小,達到可以控制的范圍內(nèi),而當相位不一致時,轉換電流就相當大,以至于使電網(wǎng)跳閘。

  山東新風光電子科技發(fā)展有限公司經(jīng)過大量的實踐與工程研究,研發(fā)了帶有變頻與工頻相位檢測的變-工頻切換的技術,并成功應用于工程實踐,得到了很好的效果。轉換電流基本控制在額定電流的1.5倍以內(nèi),達到了用戶的要求,實現(xiàn)了無擾切換。

2變工頻轉換的技術原理

  本轉換板采用同時檢測變頻輸入側與輸出側的相位的方法,首先檢測頻率到達信號,在達到頻率設定值后,進行相位檢測。通過工頻與變頻相位相減法,找出彼此相位的極小值,通過運算,與一基準電壓相比較,找出二者合適的交匯點,此即轉換的合適位置,然后驅(qū)動繼電器動作,從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。

圖1轉換板原理框圖

3技術特點

  本實用新型的變工頻軟切換控制裝置,是由取樣電路、整流器、反向比例電路、濾波器、施密特觸發(fā)器、放大器與控制開關依次串接而成。其特點為:

  取樣電路由兩個變壓器TC1、TC2組成。兩變壓器的初級分別接變頻器的輸入端(即電網(wǎng)端)與輸出端,通過變壓器變成較小的電壓,而次級采用反串聯(lián)的方式,實際就是兩電壓相減,取其最小值作為本控制電路的控制對象,進行相應的處理,通過整流變成直流信號,對外圍電路進行控制。

  該技術采用電壓直接向量比較的方法,當工、變頻電壓的向量差值小于設定值時輸出控制信號實現(xiàn)變頻到工頻的無擾切換,也可實現(xiàn)存在差頻時較小沖擊的切換。

4應用范圍

  本實用新型的軟切換裝置,主要應用在大功率電機由變頻到工頻的無沖擊軟切換控制過程中,主要用在使用變頻器作為電機調(diào)速、軟啟動裝置電氣傳動系統(tǒng)中,并在變頻器輸出頻率達到工頻時切換到工頻電網(wǎng)的控制場合;由工頻轉換變頻同樣適用。該裝置應用范圍廣,對于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動系統(tǒng)中,需要工頻---變頻軟切換的都可以適用該裝置。

5現(xiàn)場調(diào)試需要注意的問題

  該切換裝置已大量應用于工程實踐中,并收到了良好的效果,但調(diào)試中也應該遵循一定的規(guī)則,否則切換是不成功的,主要有以下幾個方面。

5.1相序的查找

  該切換裝置首要的一點是查找工頻與變頻的相序。只有在二者一致的情況下才能正常切換。對于大功率電機,如果沒有工頻軟啟動裝置,可以先用一個小電機試驗,保證工頻與變頻的相位一致,再接上原大功率電機調(diào)整相序,由于原來已調(diào)整好工頻與變頻一致,則大功率電機其相序也是一致的。

  注意在大功率變頻器的控制柜中,由于變頻與工頻的接觸器線路中,原來的走線都是確定的,在找相序的過程中,一般不要動柜內(nèi)的走線,防止動線后與原來的走線不一致,造成切換時相序不一致而電流大,所以一般只可動柜子外部的電機線與電源線,柜內(nèi)的線路一般不要動。

5.2頻率到達信號的調(diào)整

  由于大功率電動機,在變頻斷電向工頻切換的過程中,總有一個自由旋轉的瞬間,電機的轉速會有小范圍的降速。因此我們總是采用提前切換的思路,即切換時的頻率比工頻稍高出一些,經(jīng)過試驗,我們大部分都選擇50.05Hz,即電機從50.05Hz開始斷電,到切換到工頻,基本正好達到工頻的50Hz的交流電網(wǎng)的頻率,從而保證正常的切換。

  該頻率信號從變頻器上設置,將其最大輸出頻率及上限頻率設定為50.05,對于電位器調(diào)整的及外加PID控制的,還要將電位器及PID輸出對應的最大頻率設為50.05,不然就達不到該值。信號輸出可以采用變頻器的控制輸出端子,通過設置相應的參數(shù)輸出到轉換板。

  現(xiàn)在做的一拖二、一拖三、一拖四的控制柜,一般采用PLC及人機界面控制,又人機界面通過通訊采集變頻器的頻率信號,所以在人機界面上直接檢測變頻器的輸出頻率信號,這樣就不用在變頻器上設置頻率輸出控制端子。但要注意變頻器與人機界面要保持通訊正常,不然若通訊不正常,人機界面檢測不到變頻器的頻率,頻率到達信號傳不到轉換板,就無法實現(xiàn)轉換。

5.3轉換電流的控制

  前面控制原理中講到的基準電位,這是控制轉換電流的關鍵,若控制不好,仍會出現(xiàn)轉換電流較大,沖擊較大的情況。

  可以用示波器的雙通道檢測轉換板的運放集成塊的12腳與13腳的波形,如圖2所示。

圖2關鍵點波形

  其中藍色為12腳波形,紅色為13腳波形,即基準電壓,當二者相切時轉換電流最小,基準電位越往下,即切的藍色波形越多,轉換時間越小,但轉換電流越大;基準電位越往上,即切的藍色波形越少,轉換電流越小,但轉換時間越長,所以要綜合考慮。一般紅色波形與藍色波形相正切為最好。

  根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,基準電壓一般調(diào)到—0.95到—0.8V之間比較好,若高于—1.2V,轉換時電流就比較大。

6應用效果

  我們公司在青海油田應用了幾套大功率一拖多的控制柜,從調(diào)試的情況看,轉換效果都比較理想?,F(xiàn)將轉換試驗的效果列出表格,如下:

  基本都控制在1.2倍以內(nèi),轉換時沒有出現(xiàn)較大的沖擊,且經(jīng)過多次試驗,有時一側試驗3到5次以上,轉換效果非常理想,達到了預期的效果。

7總結

  該軟切換技術的成功應用,為大功率電機實現(xiàn)變頻與工頻、甚至工頻到變頻的無擾切換提供了較好的實現(xiàn)平臺,據(jù)統(tǒng)計,該技術在高壓大功率電機的變頻轉換中也得到了較好的應用,收到了滿意的效果。隨著變頻器的日益普及,該項技術的應用也將越來越廣泛,必將成為工控系統(tǒng)的一項較好的技術,為大多數(shù)工況企業(yè)所應用,收到較好的效益。