產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
變頻與工頻切換技術(shù)的應(yīng)用
1概述
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,變頻器的技術(shù)已日趨成熟,在工控企業(yè)的應(yīng)用也如雨后春筍般的蓬勃崛起,正日益滲透到各個(gè)領(lǐng)域,業(yè)已成為各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可或缺的重要工具,為企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(yīng)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(shù)基本相同、負(fù)載類別一致的情況下,如水泵、風(fēng)機(jī)等,單開一臺泵無法達(dá)到工藝要求,需要同時(shí)開幾臺泵或風(fēng)機(jī),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(dāng)達(dá)到全速,工藝條件仍達(dá)不到要求時(shí),將運(yùn)行的這套系統(tǒng)轉(zhuǎn)到工頻運(yùn)行,變頻器再去帶另一套系統(tǒng)運(yùn)行,依次類推,再去帶第二套、第三套等,直到達(dá)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(yīng)用中卻遇到一個(gè)問題,這就是在變頻達(dá)到滿頻而向工頻切換的過程中,有時(shí)切換順利,電流很小就切換成功,但有時(shí)切換電流就較大,達(dá)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(gè)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(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換電流才小,達(dá)到可以控制的范圍內(nèi),而當(dāng)相位不一致時(shí),轉(zhuǎn)換電流就相當(dāng)大,以至于使電網(wǎng)跳閘。
山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司經(jīng)過大量的實(shí)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(shù),并成功應(yīng)用于工程實(shí)踐,得到了很好的效果。轉(zhuǎn)換電流基本控制在額定電流的1.5倍以內(nèi),達(dá)到了用戶的要求,實(shí)現(xiàn)了無擾切換。
2變工頻轉(zhuǎn)換的技術(shù)原理
本轉(zhuǎn)換板采用同時(shí)檢測變頻輸入側(cè)與輸出側(cè)的相位的方法,首先檢測頻率到達(dá)信號,在達(dá)到頻率設(shè)定值后,進(jìn)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(yùn)算,與一基準(zhǔn)電壓相比較,找出二者合適的交匯點(diǎn),此即轉(zhuǎn)換的合適位置,然后驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作,從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。
圖1轉(zhuǎn)換板原理框圖
3技術(shù)特點(diǎn)
本實(shí)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(guān)依次串接而成。其特點(diǎn)為:
取樣電路由兩個(gè)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(shí)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(jìn)行相應(yīng)的處理,通過整流變成直流信號,對外圍電路進(jìn)行控制。
該技術(shù)采用電壓直接向量比較的方法,當(dāng)工、變頻電壓的向量差值小于設(shè)定值時(shí)輸出控制信號實(shí)現(xiàn)變頻到工頻的無擾切換,也可實(shí)現(xiàn)存在差頻時(shí)較小沖擊的切換。
4應(yīng)用范圍
本實(shí)用新型的軟切換裝置,主要應(yīng)用在大功率電機(jī)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(jī)調(diào)速、軟啟動(dòng)裝置電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中,并在變頻器輸出頻率達(dá)到工頻時(shí)切換到工頻電網(wǎng)的控制場合;由工頻轉(zhuǎn)換變頻同樣適用。該裝置應(yīng)用范圍廣,對于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動(dòng)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(yīng)用于工程實(shí)踐中,并收到了良好的效果,但調(diào)試中也應(yīng)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(gè)方面。
5.1相序的查找
該切換裝置首要的一點(diǎn)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(jī),如果沒有工頻軟啟動(dòng)裝置,可以先用一個(gè)小電機(jī)試驗(yàn),保證工頻與變頻的相位一致,再接上原大功率電機(jī)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(jī)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?jiǎng)庸駜?nèi)的走線,防止動(dòng)線后與原來的走線不一致,造成切換時(shí)相序不一致而電流大,所以一般只可動(dòng)柜子外部的電機(jī)線與電源線,柜內(nèi)的線路一般不要?jiǎng)印?/p>
5.2頻率到達(dá)信號的調(diào)整
由于大功率電動(dòng)機(jī),在變頻斷電向工頻切換的過程中,總有一個(gè)自由旋轉(zhuǎn)的瞬間,電機(jī)的轉(zhuǎn)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(shí)的頻率比工頻稍高出一些,經(jīng)過試驗(yàn),我們大部分都選擇50.05Hz,即電機(jī)從50.05Hz開始斷電,到切換到工頻,基本正好達(dá)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(shè)置,將其最大輸出頻率及上限頻率設(shè)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(yīng)的最大頻率設(shè)為50.05,不然就達(dá)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(shè)置相應(yīng)的參數(shù)輸出到轉(zhuǎn)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(jī)界面控制,又人機(jī)界面通過通訊采集變頻器的頻率信號,所以在人機(jī)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(shè)置頻率輸出控制端子。但要注意變頻器與人機(jī)界面要保持通訊正常,不然若通訊不正常,人機(jī)界面檢測不到變頻器的頻率,頻率到達(dá)信號傳不到轉(zhuǎn)換板,就無法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
5.3轉(zhuǎn)換電流的控制
前面控制原理中講到的基準(zhǔn)電位,這是控制轉(zhuǎn)換電流的關(guān)鍵,若控制不好,仍會出現(xiàn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換板的運(yùn)放集成塊的12腳與13腳的波形,如圖2所示。
圖2關(guān)鍵點(diǎn)波形
其中藍(lán)色為12腳波形,紅色為13腳波形,即基準(zhǔn)電壓,當(dāng)二者相切時(shí)轉(zhuǎn)換電流最小,基準(zhǔn)電位越往下,即切的藍(lán)色波形越多,轉(zhuǎn)換時(shí)間越小,但轉(zhuǎn)換電流越大;基準(zhǔn)電位越往上,即切的藍(lán)色波形越少,轉(zhuǎn)換電流越小,但轉(zhuǎn)換時(shí)間越長,所以要綜合考慮。一般紅色波形與藍(lán)色波形相正切為最好。
根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn),基準(zhǔn)電壓一般調(diào)到—0.95到—0.8V之間比較好,若高于—1.2V,轉(zhuǎn)換時(shí)電流就比較大。
6應(yīng)用效果
我們公司在青海油田應(yīng)用了幾套大功率一拖多的控制柜,從調(diào)試的情況看,轉(zhuǎn)換效果都比較理想?,F(xiàn)將轉(zhuǎn)換試驗(yàn)的效果列出表格,如下:
基本都控制在1.2倍以內(nèi),轉(zhuǎn)換時(shí)沒有出現(xiàn)較大的沖擊,且經(jīng)過多次試驗(yàn),有時(shí)一側(cè)試驗(yàn)3到5次以上,轉(zhuǎn)換效果非常理想,達(dá)到了預(yù)期的效果。
7總結(jié)
該軟切換技術(shù)的成功應(yīng)用,為大功率電機(jī)實(shí)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(shí)現(xiàn)平臺,據(jù)統(tǒng)計(jì),該技術(shù)在高壓大功率電機(jī)的變頻轉(zhuǎn)換中也得到了較好的應(yīng)用,收到了滿意的效果。隨著變頻器的日益普及,該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也將越來越廣泛,必將成為工控系統(tǒng)的一項(xiàng)較好的技術(shù),為大多數(shù)工況企業(yè)所應(yīng)用,收到較好的效益。