高壓變頻器變頻切換至工頻的控制系統(tǒng)以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓變頻器變頻切換至工頻的控制系統(tǒng)以及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓變頻器廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油化工、礦業(yè)、冶金及城市建設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域，在降低能耗、改善工藝等方面起著重要的作用，特別是對(duì)高壓風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載來(lái)說(shuō)，節(jié)能效果顯著。對(duì)于多臺(tái)高壓電機(jī)并聯(lián)工作且無(wú)需全部同時(shí)調(diào)速的應(yīng)用場(chǎng)合，可利用單臺(tái)高壓變頻器，控制多臺(tái)電機(jī)的順序軟啟動(dòng)，并對(duì)其中一臺(tái)高壓電機(jī)進(jìn)行調(diào)速以達(dá)到控制風(fēng)量、流量達(dá)到節(jié)能的目的。
[0003]高壓大功率電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)大，因此，在高壓大功率電機(jī)停機(jī)后，電機(jī)的殘留電壓很長(zhǎng)時(shí)間才衰減完，一般達(dá)到幾十秒，甚至幾分鐘的時(shí)間。長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)不利于連續(xù)生產(chǎn)。通常，高壓變頻器實(shí)現(xiàn)多臺(tái)高壓電機(jī)軟起切換至工頻電網(wǎng)運(yùn)行的做法有以下幾種:
[0004]I)手動(dòng)切換方式:
[0005]如圖1所示，高壓變頻器I’的輸入端經(jīng)由開(kāi)關(guān)QS1’連接至高壓母線，輸出端經(jīng)由開(kāi)關(guān)QS2’連接至電機(jī)，電機(jī)經(jīng)由開(kāi)關(guān)QS3’連接至高壓母線，工作時(shí)，先閉合開(kāi)關(guān)QS1’、QS2’，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)QS3’，利用高壓變頻器I’將帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)行至工頻，然后手動(dòng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)QS2’，閉合開(kāi)關(guān)QS3’。
[0006]手動(dòng)切換方式投資少，在檢修高壓變頻器I’時(shí)有明顯的斷電時(shí)間，能夠確保人身安全，但操作復(fù)雜，切換時(shí)間長(zhǎng)，且需要生產(chǎn)暫停后進(jìn)行人工操作，不符合生產(chǎn)連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性要求。且，由于投切瞬間有沖擊電流，在電機(jī)與高壓母線之間還必須串聯(lián)有電抗器L。
[0007]2)自動(dòng)切換方式:
[0008]參考圖2，自動(dòng)切換方式在圖1所示的基礎(chǔ)上增加接觸器KM1’、KM2’ KM3’。在啟動(dòng)時(shí)，接觸器KM1’、KM2’閉合，接觸器ΚΜ3’斷開(kāi)，高壓變頻器I’先上電，帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)行至工頻，然后控制接觸器ΚΜ2’斷開(kāi)，高壓變頻器I’停機(jī)，等待一段時(shí)間待電機(jī)側(cè)電壓衰減到0，再控制接觸器ΚΜ3’閉合，投切工頻運(yùn)行。這種方式經(jīng)由控制接觸器ΚΜ2’、ΚΜ3’的通、斷來(lái)替代圖1中的手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)QS2’、QS3’的操作，實(shí)現(xiàn)變頻方式到工頻方式的自動(dòng)切換。
[0009]該方式在接觸器KM3’閉合之前，需要等待一段時(shí)間避開(kāi)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程，等待閉合時(shí)間的設(shè)置對(duì)于一些現(xiàn)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，不能設(shè)置過(guò)長(zhǎng)。另外，因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)速未知，閉合工頻接觸器KM3瞬間，有沖擊電流，投切到工頻運(yùn)行瞬間甚至導(dǎo)致上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，同樣需要加裝電抗器L0
[0010]此外，以上兩種方式均都會(huì)出現(xiàn)投切工頻的瞬間出現(xiàn)沖擊電流的缺陷，因此需要加裝電抗器L，增加了系統(tǒng)的成本和體積，因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述投切工頻的瞬間出現(xiàn)沖擊電流、加裝電抗器增加了系統(tǒng)的成本和體積的缺陷，提供一種高壓變頻器變頻切換至工頻的控制系統(tǒng)以及控制方法。
[0012]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，用于將電機(jī)的輸入從變頻方式切換至工頻方式，所述電機(jī)經(jīng)由第三接觸器連接至高壓母線，所述電機(jī)經(jīng)由第二接觸器與高壓變頻器相連，所述高壓變頻器經(jīng)由第一接觸器與高壓母線相連，所述方法包括以下步驟:
[0013](a)、采集高壓母線一側(cè)的工頻信號(hào)的相序、相位、頻率以及高壓變頻器輸出的變頻信號(hào)的相序、相位、頻率；
[0014](b)、在變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相序一致時(shí)，判斷變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率是否同步以及相位是否同步，并在變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率和/或相位不同步時(shí)，根據(jù)變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相位、頻率，使所述高壓變頻器調(diào)節(jié)變頻信號(hào)的頻率，并在采集到的所述變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率同步且相位同步時(shí)執(zhí)行步驟(C);
[0015](C)、根據(jù)所述電機(jī)在掉電的暫態(tài)過(guò)程中的頻率衰減幅值、以及第二接觸器斷開(kāi)和第三接觸器閉合的動(dòng)作時(shí)間確定補(bǔ)償相位，使所述高壓變頻器以所述補(bǔ)償相位對(duì)輸出的變頻信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，并在相位補(bǔ)償完成后執(zhí)行步驟(d);
[0016](d)、控制高壓變頻器執(zhí)行切換動(dòng)作，在所述動(dòng)作時(shí)間內(nèi)先后控制第二接觸器斷開(kāi)、第三接觸器閉合。
[0017]本發(fā)明所述的高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，其中，所述步驟(C)中的補(bǔ)償相位根據(jù)以下公式確定:
[0018]Δ Θ = 2 Ji *Af*T
[0019]其中，Δ Θ表示補(bǔ)償相位，Af表示電機(jī)在掉電的暫態(tài)過(guò)程中的頻率衰減幅值，T表示所述動(dòng)作時(shí)間。
[0020]本發(fā)明所述的高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，其中，所述步驟(C)中的使所述高壓變頻器以所述補(bǔ)償相位對(duì)輸出的變頻信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償包括:將實(shí)時(shí)采集的變頻信號(hào)的相位減去所述補(bǔ)償相位后與工頻信號(hào)的相位進(jìn)行比較，
[0021]如果變頻信號(hào)的相位減去所述補(bǔ)償相位后與工頻信號(hào)的相位未同步且變頻信號(hào)的相位減去所述補(bǔ)償相位后滯后工頻信號(hào)的相位，則發(fā)送正頻率指令至高壓變頻器，所述高壓變頻器接收正頻率指令并增加變頻信號(hào)的頻率；
[0022]如果變頻信號(hào)的相位減去所述補(bǔ)償相位后與工頻信號(hào)的相位未同步且變頻信號(hào)的相位減去所述補(bǔ)償相位后超前工頻信號(hào)的相位，則發(fā)送負(fù)頻率指令至高壓變頻器，所述高壓變頻器接收負(fù)頻率指令并減小變頻信號(hào)的頻率；
[0023]如果變頻信號(hào)的相位減去所述補(bǔ)償相位后與工頻信號(hào)的相位同步，則確定相位補(bǔ)償完成，發(fā)送切換指令至高壓變頻器。
[0024]本發(fā)明所述的高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，其中，所述步驟(d)中控制第二接觸器斷開(kāi)、第三接觸器閉合的過(guò)程為:
[0025]高壓變頻器接收到所述切換指令，向第二接觸器發(fā)送分?jǐn)嘈盘?hào)；
[0026]第二接觸器接收到分?jǐn)嘈盘?hào)時(shí)執(zhí)行分?jǐn)嗖僮鞑⒃谕耆珨嚅_(kāi)時(shí)反饋已分?jǐn)嘈盘?hào)至高壓變頻器；
[0027]高壓變頻器接收到第二接觸器反饋的已分?jǐn)嘈盘?hào)時(shí)向第三接觸器發(fā)送合閘信號(hào);
[0028]第三接觸器接收到合閘信號(hào)時(shí)執(zhí)行合閘操作并在完全閉合時(shí)反饋已合閘信號(hào)至高壓變頻器；
[0029]高壓變頻器接收到第三接觸器反饋的已合閘信號(hào)并確定所述電機(jī)的輸入切換至工頻方式。
[0030]本發(fā)明所述的高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，其中，所述動(dòng)作時(shí)間為:高壓變頻器向第二接觸器發(fā)送分?jǐn)嘈盘?hào)至高壓變頻器接收到第三接觸器反饋的已合閘信號(hào)的過(guò)程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。
[0031]本發(fā)明所述的高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，其中，所述變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率同步的標(biāo)準(zhǔn)為:所述變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率的差值在第一閾值范圍內(nèi)；
[0032]所述變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相位同步的標(biāo)準(zhǔn)為:所述變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相位的差值在第二閾值范圍內(nèi)。
[0033]本發(fā)明所述的高壓變頻器變頻切換至工頻的控制方法，其中，所述步驟(b)中的使所述高壓變頻器調(diào)節(jié)變頻信號(hào)的頻率包括:將實(shí)時(shí)采集的變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相位、頻率分別對(duì)應(yīng)進(jìn)行比較，
[0034]如果變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率和/或相位不同步，且變頻信號(hào)的相位滯后工頻信號(hào)的相位，則發(fā)送第一同步指令至高壓變頻器，所述高壓變頻器接收第一同步指令并增加變頻信號(hào)的頻率；
[0035]如果變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率和/或相位不同步，且變頻信號(hào)的相位超前工頻信號(hào)的相位，則發(fā)送第二同步指令至高壓變頻器，所述高壓變頻器接收第二同步指令并減小變頻信號(hào)的頻率。
[0036]本發(fā)明還公開(kāi)了一種高壓變頻器變頻切換至工頻的控制系統(tǒng)，用于將電機(jī)的輸入從變頻方式切換至工頻方式，該系統(tǒng)包括:高壓變頻器、第一接觸器、第二接觸器、第三接觸器，所述電機(jī)經(jīng)由第三接觸器連接至高壓母線，所述電機(jī)經(jīng)由第二接觸器與高壓變頻器相連，所述高壓變頻器經(jīng)由第一接觸器與高壓母線相連，
[0037]該系統(tǒng)還包括采集模塊、同步模塊、相位補(bǔ)償模塊:
[0038]采集模塊，用于采集高壓母線一側(cè)的工頻信號(hào)的相序、相位、頻率以及高壓變頻器輸出的變頻信號(hào)的相序、相位、頻率；
[0039]同步模塊，用于在變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相序一致時(shí)，判斷變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率是否同步以及相位是否同步，并在變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的頻率和/或相位不同步時(shí)，根據(jù)變頻信號(hào)與工頻信號(hào)的相位、頻率，發(fā)送同步指令至所述高壓變頻器使所述高壓變頻器調(diào)節(jié)變頻信號(hào)的頻率，