1概述

　　隨著電力電子技術的不斷發展，變頻器的技術已日趨成熟，在工控企業的應用也如雨后春筍般的蓬勃崛起，正日益滲透到各個領域，業已成為各個生產環節不可或缺的重要工具，為企業改進生產工藝、提高勞動生產率、節約能源、減輕工人的勞動強度發揮著越來越積極的作用。

　　在變頻器提供這些優越性的情況下，變頻器的應用也越來越廣泛，大到大型的工礦企業，小到家庭作坊，變頻器可以說隨處可見。但是在某些場合，在工藝技術基本相同、負載類別一致的情況下，如水泵、風機等，單開一臺泵無法達到工藝要求，需要同時開幾臺泵或風機，這樣為了節省投資，大多數廠家都選擇一拖多的形式，如一拖二、一拖三、一拖四等形式，變頻先帶一套系統工作，當達到全速，工藝條件仍達不到要求時，將運行的這套系統轉到工頻運行，變頻器再去帶另一套系統運行，依次類推，再去帶第二套、第三套等，直到達到現場的工藝要求。這就是所說的一拖多的情況。

　　但是在應用中卻遇到一個問題，這就是在變頻達到滿頻而向工頻切換的過程中，有時切換順利，電流很小就切換成功，但有時切換電流就較大，達到額定電流的幾倍以上，以至于使電網跳閘，不能正常工作，這究竟是什么原因呢？

　　經過大量的檢測與研究，發現在變頻與工頻切換的過程中，不但是頻率要一致，還有一個重要的因素，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換，轉換電流才小，達到可以控制的范圍內，而當相位不一致時，轉換電流就相當大，以至于使電網跳閘。

　　山東新風光電子科技發展有限公司經過大量的實踐與工程研究，研發了帶有變頻與工頻相位檢測的變-工頻切換的技術，并成功應用于工程實踐，得到了很好的效果。轉換電流基本控制在額定電流的1.5倍以內，達到了用戶的要求，實現了無擾切換。

2變工頻轉換的技術原理

　　本轉換板采用同時檢測變頻輸入側與輸出側的相位的方法，首先檢測頻率到達信號，在達到頻率設定值后，進行相位檢測。通過工頻與變頻相位相減法，找出彼此相位的極小值，通過運算，與一基準電壓相比較，找出二者合適的交匯點，此即轉換的合適位置，然后驅動繼電器動作，從而完成變工頻的切換。如圖1框圖所示。

圖1轉換板原理框圖

3技術特點

　　本實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、施密特觸發器、放大器與控制開關依次串接而成。其特點為：

　　取樣電路由兩個變壓器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，而次級采用反串聯的方式，實際就是兩電壓相減，取其最小值作為本控制電路的控制對象，進行相應的處理，通過整流變成直流信號，對外圍電路進行控制。

　　該技術采用電壓直接向量比較的方法，當工、變頻電壓的向量差值小于設定值時輸出控制信號實現變頻到工頻的無擾切換，也可實現存在差頻時較小沖擊的切換。

4應用范圍

　　本實用新型的軟切換裝置，主要應用在大功率電機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調速、軟啟動裝置電氣傳動系統中，并在變頻器輸出頻率達到工頻時切換到工頻電網的控制場合；由工頻轉換變頻同樣適用。該裝置應用范圍廣，對于采用通用型高中低壓變頻器作為電氣傳動系統中，需要工頻---變頻軟切換的都可以適用該裝置。

5現場調試需要注意的問題

　　該切換裝置已大量應用于工程實踐中，并收到了良好的效果，但調試中也應該遵循一定的規則，否則切換是不成功的，主要有以下幾個方面。

5.1相序的查找

　　該切換裝置首要的一點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，如果沒有工頻軟啟動裝置，可以先用一個小電機試驗，保證工頻與變頻的相位一致，再接上原大功率電機調整相序，由于原來已調整好工頻與變頻一致，則大功率電機其相序也是一致的。

　　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，一般不要動柜內的走線，防止動線后與原來的走線不一致，造成切換時相序不一致而電流大，所以一般只可動柜子外部的電機線與電源線，柜內的線路一般不要動。

5.2頻率到達信號的調整

　　由于大功率電動機，在變頻斷電向工頻切換的過程中，總有一個自由旋轉的瞬間，電機的轉速會有小范圍的降速。因此我們總是采用提前切換的思路，即切換時的頻率比工頻稍高出一些，經過試驗，我們大部分都選擇50.05Hz，即電機從50.05Hz開始斷電，到切換到工頻，基本正好達到工頻的50Hz的交流電網的頻率，從而保證正常的切換。

　　該頻率信號從變頻器上設置，將其最大輸出頻率及上限頻率設定為50.05，對于電位器調整的及外加PID控制的，還要將電位器及PID輸出對應的最大頻率設為50.05，不然就達不到該值。信號輸出可以采用變頻器的控制輸出端子，通過設置相應的參數輸出到轉換板。

　　現在做的一拖二、一拖三、一拖四的控制柜，一般采用PLC及人機界面控制，又人機界面通過通訊采集變頻器的頻率信號，所以在人機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置頻率輸出控制端子。但要注意變頻器與人機界面要保持通訊正常，不然若通訊不正常，人機界面檢測不到變頻器的頻率，頻率到達信號傳不到轉換板，就無法實現轉換。

5.3轉換電流的控制

　　前面控制原理中講到的基準電位，這是控制轉換電流的關鍵，若控制不好，仍會出現轉換電流較大，沖擊較大的情況。

　　可以用示波器的雙通道檢測轉換板的運放集成塊的12腳與13腳的波形，如圖2所示。

圖2關鍵點波形

　　其中藍色為12腳波形，紅色為13腳波形，即基準電壓，當二者相切時轉換電流最小，基準電位越往下，即切的藍色波形越多，轉換時間越小，但轉換電流越大；基準電位越往上，即切的藍色波形越少，轉換電流越小，但轉換時間越長，所以要綜合考慮。一般紅色波形與藍色波形相正切為最好。

　　根據現場經驗，基準電壓一般調到—0.95到—0.8V之間比較好，若高于—1.2V,轉換時電流就比較大。

6應用效果

　　我們公司在青海油田應用了幾套大功率一拖多的控制柜，從調試的情況看，轉換效果都比較理想。現將轉換試驗的效果列出表格，如下：

　　基本都控制在1.2倍以內，轉換時沒有出現較大的沖擊，且經過多次試驗，有時一側試驗3到5次以上，轉換效果非常理想，達到了預期的效果。

7總結

　　該軟切換技術的成功應用，為大功率電機實現變頻與工頻、甚至工頻到變頻的無擾切換提供了較好的實現平臺，據統計，該技術在高壓大功率電機的變頻轉換中也得到了較好的應用，收到了滿意的效果。隨著變頻器的日益普及，該項技術的應用也將越來越廣泛，必將成為工控系統的一項較好的技術，為大多數工況企業所應用，收到較好的效益。