[发明专利]基于高压变频器电机控制系统的工变频运行同步切换方法

说明书

本发明公开了一种基于高压变频器电机控制系统，可实现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的方法，其中变频至工频切换步骤为：主控制器采用无码盘矢量控制算法控制高压电机，直至高压电机频率升到设定频率；从无码盘矢量控制算法切换为恒压频比控制算法，使高压电机频率继续升至高压电网电压工频；当高压变频器稳定运行，采样高压电机定子电流、电压计算出功率因数，从而确定变频至工频运行切换中高压变频器输出电压的幅值、相位目标值；令高压变频器输出电压幅值、相位达到目标值，而后逐渐改变，直至与高压电网电压的幅值、相位一致，使高压变频器输出电流逐渐转移到电网接入接触器线路上，完成切换。

技术领域

本发明涉及一种基于高压变频器电机控制系统实现的工频运行状态与变频运行状态之间同步切换的方法，属于高压电机变频控制技术领域。

背景技术

在某些应用场合，比如恒压供水系统，通常采用多台水泵并联循环运行，因此采用一台变频器起动N台电机后，对第N+1台电机实行变频调速，以实现供水系统的恒压控制。电机软起动完成后需要进行变频运行到工频运行的切换，直接把电机接入电网，而后变频器就可以再次起动其它电机或是对其它电机进行调速控制。变频运行到工频运行的切换关键在于，如何平稳地、无电流冲击地从变频器控制切换到工频电源下，以使一台变频器分时起动多台设备成为可能。

传统的电机停机方式为直接停车，但直接停车在有些特殊场合是不允许的，比如恒压供水系统，高楼供水系统中的水泵，油井中的潜油电泵，直接停机会因水锤效应而对管道及电机本身造成损害。因此实现泵类负载的软停车是软起动器的必须功能，这就要求需要将电机从工频运行再次切换到变频器拖动，从而实现变频减速停车。因此对于软起动器，其存在以下关键技术：1)对N台电机的变频软起动；2)在变频器带动电机达到额定转速后，将电机无扰切换到工频电网运行；3)为避免“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，这时就需要将电机再次切换回变频器拖动，从而来实现减速停车。

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。

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：1)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；2)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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高压变频器电机控制系统实现的工变频运行同步切换方法，其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，切换时刻有效抑制了冲击电流，适用于恒压供水等多电机循环控制系统等。