变频与工频的切换问题.docx

专论 专论 （湖北宜昌市自动化研究所，湖北 宜昌 443000） 张燕宾 摘要：分析了低压变频调速系统中变频与工频切换过程中的暂态过程，根 据不同负载暂态过程的特点，提出了不同的切换要领，并介绍了以风机和 供水水泵为代表的具体切换方法。 关键词：变频与工频切换；电磁过渡过程；自由制动过程；差频同相；频 率陷阱；切换时间 1 变频与工频切换的主电路 ③ KM3 用于将工频电源直接接至电动机。 此外，因为在工频运行时，变频器不可能对电动机的过 载进行保护，所以，有必要接入热继电器 KH，用于作为工频 运行时的过载保护。 (2) 切换的动作顺序 切换时，应先断开 KM2，使电动机脱离变频器。经适当 延时后合上 KM3，将电动机接至工频电 1.1 切换控制的提出 有的用户在采用变频调速拖动系统时， 常常提出了变频器和工频电源进行切换的要 求。主要有两种类型： (1) 故障切换 部分生产机械在运行过程中，是不允许 停机的。如纺织厂的排风机、锅炉的鼓风机 和引风机等。针对这些机械的要求，在“变 频运行”过程中，一旦变频器因故障而跳闸  用户在采用变频调速拖动系统 时，常常提出变频器和工频电源进行 切换的要求。在“变频运行”过程中， 一旦变频器因故障而跳闸时，必须能 够自动地切换为“工频运行”方式， 同时进行声光报警。当电动机接至工 频电源时，必须避免产生过大的冲击 电流，干扰电网。这是本文讨论的关 键问题。 源。 由于在变频器的输出端是不允许 与电源相接的，因此，接触器 KM2 和 KM3 绝对不允许同时接通，互相间必须 有非常可靠的互锁。所以，从 KM2 断开 到 KM3 闭合之间的延迟时间是必须的， 通常称为“切换时间”，用ｔC 表示。 当 KM3 闭合，电动机接至工频电 源时，必须避免产生过大的冲击电流， 时，必须能够自动地切换为“工频运行”方式，同时进行声光 报警。 (2) 多泵供水的切换 在多泵供水系统中，常采用由一台变频器控制多台水泵 的方案。用水量较少时，由变频器控制“1 号泵”进行恒压供 水；当用水量增大，变频器的运行频率已经到达额定频率而水 压仍不足时，将“1 号泵”切换为工频工作。同时变频器的输 出频率迅速降为 0Hz，并切换至“2 号泵”，使“2 号泵”变频 起动。 1.2 切换控制的主电路 (1) 主电路的构成 图１ 切换控制的主电路 如图 1 所示，各接触器的功用是： ① KM1 用于将电源接至变频器的输入端； ② KM2 用于将变频器的输出端接至电动机； 收稿日期：2003－08－13 作者简历：张燕宾（1937－），男，江苏海门人，曾任宜昌市自动化研究 所高级工程师、自动化研究所副所长、宜昌市科委驻深圳联络处主任、宜 昌市自动化学会理事长、湖北省自动化学会常务理事，曾著《 SPWM 变频 调速应用技术》、《变频调速应用实践》、《变频器应用基础》。 干扰电网。这是本文讨论的关键问题。 2 电动机切断电源后的过渡过程 2.1 电磁过渡过程 (1) 定子绕组的自感电动势立即消失 KM2 断开后，电动机定子绕组中的电流及其磁场将立即 消失，其能量消耗在 KM2 断开瞬间触点间的电弧上。因此， 定子绕组的自感电动势将随着磁场的消失而消失。 (2) 转子绕组中存在衰减的直流电流 由于电动机的转子绕组是自成回路的，所以，转子绕组 的自感电动势将阻止电流的消失。从而，转子绕组中的电流将 有一个逐渐衰减的过程，它不再交变，其初始值取决于接触器 KM2 断开瞬间的转子电流值。 毋庸置疑，转子电流将产生一个逐渐衰减的直流磁场。 (3) 电动机处于同步发电机状态 转子是直流磁场，定子是三相绕组，这是同步发电机的 基本组态。就是说，转子的直流磁场被定子绕组所切割，并在 定子绕组中产生三相感应电动势。 有必要指出，这和异步电动机的再生状态（异步发电机 状态）是不同的。异步发电机的定子绕组通常应和电源相接， 以产生励磁电流。而在 KM2 断开后，定子绕组是开路的。 总之，异步电动机在切断电源后，存在着一个处于同步 发电机状态的电磁过渡过程。 (4) 电动势的初始值 异步电动机在正常运行时，有两个基本情况： ① 根据电动势平衡方程，定子绕组反电动势的有效值 是和电源电压十分接近的； ② 根据磁动势平衡原理，转子电流的磁动势和定子电 流的磁动势也是十分接近的。 因此，在 KM2 刚断开的瞬间，由于转子电流的磁动势和 磁通必将维持原值。所以，定子绕组电动势的初始值Ｅ0 也必 将和电源电压十分接近。 在电磁过渡过程中，定子绕组电动势的衰减方程如下： ??t ? 表１ 定子绕组电动势在不同时刻的计算数据 计算时间（s） 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 3.0 E