专利名称：交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法及系统的制作方法
交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法及系统方法
技术领域：
本发明涉及交流电动机的控制，尤其涉及一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，还涉及一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的系统。
背景技术：
目前，在很多工业领域，都需要工变频切换。典型应用如供水、扶梯等领域。变频器相当于软启动器，交流电动机的供电首先由变频器提供，需要切换时，将变频器加速/减速到工频频率，再将交流电动机的供电切换到由工频电网提供。一种传统的切换方案不考虑工变频切换时相位、频率、幅值等因素，将交流电动机的供电由变频电源直接切换到工频电源。但这会造成交流电动机的冲击电流过大、速度冲击过大，这对电机寿命以及电机驱动的机械设备都有不利影响。
发明内容基于此，有必要提供一种交流电动机从变频器电源平滑切换到工频电源的方法。一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，包括下列步骤步骤A， 检测工频电网的线电压，并相应得到三相相电压瞬时值；步骤B，根据Clarke变换将所述三相相电压瞬时值变换为两相相电压的电压值；步骤C，根据所述两相相电压的电压值计算得到当前时刻的电网电压矢量角度；步骤D，根据所述当前时刻的电网电压矢量角度和T时刻前的电网电压矢量角度计算工频电网频率和电网电压矢量旋转方向；步骤E，判断变频器的输出频率是否接近工频频率；具体是判断所述输出频率与工频频率之差的绝对值是否小于第一设定阈值，若是则进入下一步骤；步骤F，根据所述工频电网频率对所述变频器的输出频率进行校正；具体是设定偏置频率，将所述偏置频率与工频电网频率之和作为校正系统的给定，所述给定减去校正系统的反馈后通过比例积分调节器和限幅环节得到频率补偿量，所述频率补偿量与变频器给定投切频率之和作为所述反馈和校正后的变频器的输出频率；步骤G，待所述校正系统的给定与反馈的偏差小于第一偏差值后，判断变频器的输出电压矢量旋转方向与所述电网电压矢量旋转方向是否一致，若是则进入下一步骤，否则停机报警；步骤H，判断所述当前时刻的电网电压矢量角度与变频器输出电压矢量角度之差的绝对值是否小于第二设定阈值，若是则将交流电动机的供电从变频器电源切换到工频电源。优选的，所述步骤D是根据当前时刻和T时刻前的电网电压矢量角度计算出T时间内电网电压矢量角度的变化量，进而算出电网电压矢量频率f，对f进行低通滤波得到工频电网频率1 ，并根据所述当前时刻和T时刻前的电网电压矢量角度推算出所述电网电压
矢量旋转方向。优选的，所述步骤D中对f进行低通滤波的公式为1 = a*Fb ‘ +b*f其中a和b 为权值系数。优选的，a= 7/8，b = 1/8。
优选的，所述T为2毫秒。优选的，所述第一设定阈值为5赫兹。优选的，所述偏置频率为0.5赫兹。优选的，所述第一偏差值设置为0.2赫兹。优选的，所述第二设定阈值为1度。一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的系统，包括相电压获取模块， 用于检测工频电网的线电压，并相应得到三相相电压瞬时值；Clarke变换模块，用于根据 Clarke变换将所述三相相电压瞬时值变换为两相相电压的电压值；电网电压矢量角度计算模块，用于根据所述两相相电压的电压值计算得到当前时刻的电网电压矢量角度；电网频率及矢量旋转方向计算模块，用于根据所述当前时刻的电网电压矢量角度和T时刻前的电网电压矢量角度计算工频电网频率和电网电压矢量旋转方向；变频器输出频率监测模块，用于判断变频器的输出频率是否接近工频频率，具体是判断所述输出频率与工频频率之差的绝对值是否小于第一设定阈值；变频器输出频率校正模块，用于在所述变频器输出频率监测模块的判断结果为是时，根据所述工频电网频率对所述变频器的输出频率进行校正；具体是设定偏置频率，将所述偏置频率与变频器给定投切频率之和作为校正系统的给定，所述给定减去校正系统的反馈后通过比例积分调节器和限幅环节得到频率补偿量，所述频率补偿量与变频器给定投切频率之和作为所述反馈和校正后的变频器的输出频率；旋转方向判断模块，用于待所述校正系统的给定与反馈的偏差小于第一偏差值后，判断变频器的输出电压矢量旋转方向与所述电网电压矢量旋转方向是否一致，若不是则停机报警; 变频器输出电压矢量角监测模块，用于在所述旋转方向判断模块的判断结果为是时，判断所述当前时刻的电网电压矢量角度与变频器输出电压矢量角度之差的绝对值是否小于第二设定阈值；投切模块，用于在所述变频器输出电压矢量角监测模块的判断结果为是时，将交流电动机的供电从变频器电源切换到工频电源。上述交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法及系统，将变频器的频率和相位调整到和工频近似相等后再进行投切，减少了切换过程冲击电流和速度变化，有益于对交流电动机的保护。
图1是一实施例中交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法的流程图；图2是Clarke变换前后三相静止坐标系与两相静止坐标系的关系图；图3是校正系统的框图；图4是工变频切换前后交流电动机电流的波形图。
具体实施方式为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。本发明的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其主要思想是将变频器的输出调整为尽量与工频电源相同，然后再将交流电动机的供电由变频器电源切换至工频电源。
图1是一实施例中交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法的流程图， 包括下列步骤S110，检测工频电网的线电压，并相应得到三相相电压瞬时值。在本实施例中，是通过变频器的线电压检测电路采集工频电网的线电压后进行降压，然后经调理电路送入数字信号处理器(DSP)的AD采样口，根据AD采样口电压和硬件电路偏移量得到线电压AD检测值，再通过线电压实际值和线电压AD检测值的对应关系得到线电压实际值，即当前时刻的线电压瞬时值。得到线电压瞬时值后，根据线电压转化为三相相电压的公式，将线电压瞬时值转变为相电压瞬时值Ur = (2Urs+Ust) /3Us= (Ust-Urs)/3Ut = -(Urs+2Ust)/3其中Ur、Us、Ut分别是r、s、t三相的电压，Urs是！·和s间的线电压，Ust是s和t之间的线电压。S120，根据Clarke变换将三相相电压瞬时值变换为两相相电压的电压值。将三相静止坐标系相电压转变为两相静止坐标系相电压的Clarke坐标变换公式为Usa = Ur
权利要求
1.一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，包括下列步骤 步骤A，检测工频电网的线电压，并相应得到三相相电压瞬时值；步骤B，根据Clarke变换将所述三相相电压瞬时值变换为两相相电压的电压值； 步骤C，根据所述两相相电压的电压值计算得到当前时刻的电网电压矢量角度； 步骤D，根据所述当前时刻的电网电压矢量角度和T时刻前的电网电压矢量角度计算工频电网频率和电网电压矢量旋转方向；步骤E，判断变频器的输出频率是否接近工频频率；具体是判断所述输出频率与工频频率之差的绝对值是否小于第一设定阈值，若是则进入下一步骤；步骤F，根据所述工频电网频率对所述变频器的输出频率进行校正；具体是设定偏置频率，将所述偏置频率与工频电网频率之和作为校正系统的给定，所述给定减去校正系统的反馈后通过比例积分调节器和限幅环节得到频率补偿量，所述频率补偿量与变频器给定投切频率之和作为所述反馈和校正后的变频器的输出频率；步骤G，待所述校正系统的给定与反馈的偏差小于第一偏差值后，判断变频器的输出电压矢量旋转方向与所述电网电压矢量旋转方向是否一致，若是则进入下一步骤，否则停机报警；步骤H，判断所述当前时刻的电网电压矢量角度与变频器输出电压矢量角度之差的绝对值是否小于第二设定阈值，若是则将交流电动机的供电从变频器电源切换到工频电源。
2.根据权利要求1所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述步骤D是根据当前时刻和T时刻前的电网电压矢量角度计算出T时间内电网电压矢量角度的变化量，进而算出电网电压矢量频率f，对f进行低通滤波得到工频电网频率 Fb，并根据所述当前时刻和T时刻前的电网电压矢量角度推算出所述电网电压矢量旋转方向。
3.根据权利要求2所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述步骤D中对f进行低通滤波的公式为冊=a*Fb' +b*f其中a和b为权值系数。
4.根据权利要求3所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，a = 7/8，b = 1/8。
5.根据权利要求1所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述T为2毫秒。
6.根据权利要求1所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述第一设定阈值为5赫兹。
7.根据权利要求1所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述偏置频率为0. 5赫兹。
8.根据权利要求1所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述第一偏差值设置为0. 2赫兹。
9.根据权利要求1所述的交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，其特征在于，所述第二设定阈值为1度。
10.一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的系统，其特征在于，包括 相电压获取模块，用于检测工频电网的线电压，并相应得到三相相电压瞬时值； Clarke变换模块，用于根据Clarke变换将所述三相相电压瞬时值变换为两相相电压的电压值；电网电压矢量角度计算模块，用于根据所述两相相电压的电压值计算得到当前时刻的电网电压矢量角度；电网频率及矢量旋转方向计算模块，用于根据所述当前时刻的电网电压矢量角度和T 时刻前的电网电压矢量角度计算工频电网频率和电网电压矢量旋转方向；变频器输出频率监测模块，用于判断变频器的输出频率是否接近工频频率，具体是判断所述输出频率与工频频率之差的绝对值是否小于第一设定阈值； 变频器输出频率校正模块，用于在所述变频器输出频率监测模块的判断结果为是时， 根据所述工频电网频率对所述变频器的输出频率进行校正；具体是设定偏置频率，将所述偏置频率与工频电网频率之和作为校正系统的给定，所述给定减去校正系统的反馈后通过比例积分调节器和限幅环节得到频率补偿量，所述频率补偿量与变频器给定投切频率之和作为所述反馈和校正后的变频器的输出频率；旋转方向判断模块，用于待所述校正系统的给定与反馈的偏差小于第一偏差值后，判断变频器的输出电压矢量旋转方向与所述电网电压矢量旋转方向是否一致，若不是则停机报警；变频器输出电压矢量角监测模块，用于在所述旋转方向判断模块的判断结果为是时， 判断所述当前时刻的电网电压矢量角度与变频器输出电压矢量角度之差的绝对值是否小于第二设定阈值；投切模块，用于在所述变频器输出电压矢量角监测模块的判断结果为是时，将交流电动机的供电从变频器电源切换到工频电源。
全文摘要
本发明涉及一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的方法，包括下列步骤得到三相相电压瞬时值；将三相相电压瞬时值变换为两相相电压的电压值；计算工频电网频率和电网电压矢量旋转方向；根据工频电网频率对变频器的输出频率进行校正；判断变频器的输出电压矢量旋转方向与电网电压矢量旋转方向是否一致，若是则进入下一步骤，否则停机报警；判断电网电压矢量角度与变频器输出电压矢量角度之差的绝对值是否小于设定阈值，若是则进行投切。本发明还涉及一种交流电机从变频器电源平滑切换至工频电源的系统。本发明将变频器的频率和相位调整到和工频近似相等后再进行投切，减少了切换过程冲击电流和速度变化，有益于对交流电动机的保护。
文档编号H02P27/04GK102255602SQ20111021090
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者王国锋, 郑伟 申请人:深圳市海浦蒙特科技有限公司