一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統的製作方法
2023-06-04 04:58:21 1
專利名稱：一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於變頻器領域，尤其是一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統。
技術背景在很多工業現場只需解決異步電機的啟動問題，並不需要變頻實施調速。變頻器在此僅作為啟動裝置以提高啟動轉矩並限制啟動電流，用於替代傳統的軟啟動裝置；當電機達到額定轉速時投切到工頻電網，同時變頻器退出運行。為了保證在任意負載條件下的平滑切換，需增設變頻-工頻切換裝置。變頻-工頻平滑切換以負載擾動最小、切換電流波動最小及電機不間斷工作為最高原則。顯然，只有當變頻器輸出電壓幅值、頻率及相位與電網「完全一致」時才能具備基本切換條件。此外，為使負載電機不受擾動，最好在變頻器退出工作之前投入工頻電網，此時必然涉及變頻器與電網同時給負載電機供電的並聯工況。目前常用的同步投切系統由於無法解決變頻器輸出與電網直接並聯時的電流控制問題，所以普遍採用有間隙的投切或瞬時同步切換模式並在負載供電缺口和變頻器電流失控的兩個問題上選擇危害較小的方式實施。
發明內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種交流電機由變頻器供電和電網供電之間的無間隙、無衝擊切換的變頻器與電網同步無間隙投切控制系統。本實用新型解決其技術問題是採取以下技術方案實現的一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統，包括變頻器、電抗器L、接觸器KM1、接觸器KM2以及交流電動機，三相交流電進線分別與變頻器的輸入端和接觸器KM2連接，變頻器的輸出端與電抗器L的輸入端相連接，電抗器L的輸出端與接觸器KMl連接，接觸器KMl和接觸器KM2的輸出端與交流電動機M連接。而且，所述的變頻器內部設有邏輯控制電路，該邏輯控制電路包括DSP、電壓檢測電路和接觸器控制電路，DSP與電壓檢測電路相連接實現對交流電網的鎖相同步控制功能，DSP與接觸器控制電路相連接實現對接觸器的投切控制功能。而且，在接觸器KMl與變頻器之間設有接觸器KM3，在三相交流電進線與接觸器KM2的輸入端之間設有接觸器KM4，所述的接觸器KM3和接觸器KM4分別對接觸器KMl和接觸器KM2進行控制以提高設備通斷能力。本實用新型的優點和積極效果是I、本實用新型給出了一種變頻器與電網同時在線且變頻器輸出電流可控、變頻器延時退出的切換控制系統，完美地實現了變頻器供電與電網供電之間負載無擾動、電機電流無衝擊、供電電壓無間隙的切換功能，經負載實驗證明，負載無衝擊、電機的電壓電流平滑連續，變頻器與電網併網期間電流可控，切換過程安全可靠。2、本實用新型相對於傳統的同步切換方案，去除了屏外的硬體鎖相電路及PLC設備，其鎖相同步功能通過變頻器內部的檢測電路和數字鎖相環完成，可靠地解決了變頻器與電網併網期間電流控制的問題，並可使變頻器與電網長期併網工作。3、本實用新型通過切換過程的電流控制策略，有效避免了電源切換過程中的電網衝擊和設備損壞，大大拓展了變頻器的應用領域，具有良好的社會效益和經濟效益。4、本實用新型結構簡單實用、無需外部增加鎖相電路，降低了系統硬體成本、維護成本，有效增強了系統可靠性，同時，如需遠程控制，可通過變頻器的內部集成的現場總線接口連接遠程控制臺。
圖I是本實用新型的電路結構圖；圖2是本實用新型的數字鎖相環原理框圖；·圖3是本實用新型的無間隙切換時序邏輯圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳述。一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統，如圖I所示，包括變頻器、電抗器L、接觸器KM1、接觸器KM2以及交流電動機，三相交流電進線分別與變頻器的輸入端和接觸器KM2連接，變頻器的輸出端與電抗器L的輸入端相連接，電抗器L的輸出端與接觸器KMl連接，接觸器KMl和接觸器KM2的輸出端均與交流電動機M連接。在變頻器內部設有邏輯控制電路，該邏輯控制電路包括DSP、電壓檢測電路和接觸器控制電路，DSP與電壓檢測電路相連接並且通過DSP內的數字鎖相環軟體實現對交流電網的鎖相同步控制功能，DSP與接觸器控制電路相連接實現對接觸器的控制功能。為了實現大功率電機的控制功能，還可以在接觸器KMl與變頻器之間增加接觸器KM3，在三相交流電進線與接觸器KM2的輸入端之間增加接觸器KM4，接觸器KM3和接觸器KM4，分別控制接觸器KMl和接觸器KM2，從而提高設備通斷能力。本投切控制系統的鎖相同步控制原理，如圖2所示，變頻器內部的DSP通過對輸入輸出電壓檢測電路檢測三相交流輸入電壓Ua、Ub、Uc，該三相交流輸入電壓Ua、Ub、Uc經三二變換、矢量變換等一系列數學運算得出當前電壓相角Θ和當前電壓值，相位鎖定後，變頻器輸出電壓開始跟隨電網電壓。在變頻器輸出頻率、相角將與電網完全同步後，系統啟動投切工作。下面結合圖3所示的無間隙切換時序邏輯圖，對本實用新型的工作原理進行說明變頻器在(TO)時間內從OHz變頻加速升至工頻頻率(如50Hz)，並保持工頻運行，以確保電機達到穩態。保持運行時間(Tl)由D46參數指定，該時間也稱為鎖相等待時間。變頻器在D47規定的時間(T2)內由系統內部DSP實現數字鎖相(PLL)，以完成變頻輸出基波電壓與電網電壓角度同步，簡稱鎖相。鎖相完成後在D48規定的時間(T3)內進入電網電壓跟隨階段，此過程逆變器實現輸出電壓、頻率及相位均與電網同步，具備同步切換的基本條件。以上過程完成後，系統將進入外部切換動作時序。以下時序均以D48延時時間(T3)完成後的時刻瞬間作為時間原點(時間單位以4ms定標)。切換動作以時刻作為標定的意義在於可通過時間參數調整，改變動作執行的先後順序，從而擴展多種投切模式，包括簡易投切的有間隙切換。電壓跟隨完成後，標誌著電網同步鎖相已經完成。此後在tl時刻(D49)，控制端通過輸出繼電器觸點接口 OUTx向外輸出允許電網投切邏輯的指令，以便由屏外同步切換櫃實施電網投切，如圖3中 的KM2邏輯。此後，變頻器與電網將處於並聯工作狀態。經過外部繼電器、接觸器動作延時，電網在tl (D49)時刻投切完成後，在圖t2(D50)時刻，將變頻器轉為電流控制模式，用以控制變頻器與電網同時工作時的逆變器電流(也稱環流)；電流控制模式的嵌入，將允許變頻器與電網「長期並行工作」，從而給屏外同步切換邏輯單元(PLC及執行接觸器等)以充足的切換時間，確保無間隙電網投切的平滑過渡。在t3時刻(D51)，變頻器將主動封鎖輸出，為屏外同步切換櫃斷開變頻器創造條件。屏外同步切換邏輯可在t4時刻(t4>t3)，釋放變頻接觸器(KMl)，使變頻器輸出徹底脫離負載電機。(由於t4時刻動作邏輯屬屏外設備託管，因此，在圖3中用虛線表示)。需要強調的是，本實用新型所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實用新型包括並不限於具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本實用新型的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本實用新型保護的範圍。
權利要求1.一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統，其特徵在於包括變頻器、電抗器L、接觸器KM1、接觸器KM2以及交流電動機，三相交流電進線分別與變頻器的輸入端和接觸器KM2連接，變頻器的輸出端與電抗器L的輸入端相連接，電抗器L的輸出端與接觸器KMl連接，接觸器KMl和接觸器KM2的輸出端與交流電動機M連接。
2.根據權利要求I所述的一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統，其特徵在於所述的變頻器內部設有邏輯控制電路，該邏輯控制電路包括DSP、電壓檢測電路和接觸器控制電路，DSP與電壓檢測電路相連接並結合數字鎖相環實現對交流電網的鎖相同步控制功能，DSP與接觸器控制電路相連接實現對接觸器的投切控制功能。
3.根據權利要求I或2所述的一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統，其特徵在 於在接觸器KMl與變頻器之間設有接觸器KM3，在三相交流電進線與接觸器KM2的輸入端之間設有接觸器KM4，所述的接觸器KM3和接觸器KM4分別對接觸器KMl和接觸器KM2進行控制以提高設備通斷能力。
專利摘要本實用新型涉及一種變頻器與電網同步無間隙投切控制系統，其主要技術特點是包括變頻器、電抗器L、接觸器KM1、接觸器KM2以及交流電動機，三相交流電進線分別與變頻器的輸入端和接觸器KM2連接，變頻器的輸出端與電抗器L的輸入端相連接，電抗器L的輸出端與接觸器KM1連接，接觸器KM1和接觸器KM2的輸出端與交流電動機M連接。本實用新型設計合理，實現了變頻器供電與電網供電之間負載無擾動、電機電流無衝擊、供電電壓無間隙的切換功能，切換過程安全可靠，降低了系統硬體成本、維護成本，同時有效避免了電源切換過程中的電網衝擊和設備損壞，具有良好的社會效益和經濟效益。
文檔編號H02J3/42GK202772819SQ20122049602
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者張德寬, 張軍軍, 喬奕瑋 申請人:天津方圓電氣有限公司