高压变频器变频切换至工频的控制系统以及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种高压变频器变频切换至工频的控制系统以及控制方法。
【背景技术】
[0002]高压变频器广泛应用于钢铁、石油化工、矿业、冶金及城市建设等应用领域，在降低能耗、改善工艺等方面起着重要的作用，特别是对高压风机、水泵类负载来说，节能效果显著。对于多台高压电机并联工作且无需全部同时调速的应用场合，可利用单台高压变频器，控制多台电机的顺序软启动，并对其中一台高压电机进行调速以达到控制风量、流量达到节能的目的。
[0003]高压大功率电机转动惯性大，转子时间常数大，因此，在高压大功率电机停机后，电机的残留电压很长时间才衰减完，一般达到几十秒，甚至几分钟的时间。长时间停机不利于连续生产。通常，高压变频器实现多台高压电机软起切换至工频电网运行的做法有以下几种:
[0004]I)手动切换方式:
[0005]如图1所示，高压变频器I’的输入端经由开关QS1’连接至高压母线，输出端经由开关QS2’连接至电机，电机经由开关QS3’连接至高压母线，工作时，先闭合开关QS1’、QS2’，断开开关QS3’，利用高压变频器I’将带动电机运行至工频，然后手动断开开关QS2’，闭合开关QS3’。
[0006]手动切换方式投资少，在检修高压变频器I’时有明显的断电时间，能够确保人身安全，但操作复杂，切换时间长，且需要生产暂停后进行人工操作，不符合生产连续运行的稳定性要求。且，由于投切瞬间有冲击电流，在电机与高压母线之间还必须串联有电抗器L。
[0007]2)自动切换方式:
[0008]参考图2，自动切换方式在图1所示的基础上增加接触器KM1’、KM2’ KM3’。在启动时，接触器KM1’、KM2’闭合，接触器ΚΜ3’断开，高压变频器I’先上电，带动电机运行至工频，然后控制接触器ΚΜ2’断开，高压变频器I’停机，等待一段时间待电机侧电压衰减到0，再控制接触器ΚΜ3’闭合，投切工频运行。这种方式经由控制接触器ΚΜ2’、ΚΜ3’的通、断来替代图1中的手动控制开关QS2’、QS3’的操作，实现变频方式到工频方式的自动切换。
[0009]该方式在接触器KM3’闭合之前，需要等待一段时间避开电机暂态过程，等待闭合时间的设置对于一些现场来说，不能设置过长。另外，因为电机转速未知，闭合工频接触器KM3瞬间，有冲击电流，投切到工频运行瞬间甚至导致上级开关跳闸，同样需要加装电抗器L0
[0010]此外，以上两种方式均都会出现投切工频的瞬间出现冲击电流的缺陷，因此需要加装电抗器L，增加了系统的成本和体积，因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0011]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述投切工频的瞬间出现冲击电流、加装电抗器增加了系统的成本和体积的缺陷，提供一种高压变频器变频切换至工频的控制系统以及控制方法。
[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种高压变频器变频切换至工频的控制方法，用于将电机的输入从变频方式切换至工频方式，所述电机经由第三接触器连接至高压母线，所述电机经由第二接触器与高压变频器相连，所述高压变频器经由第一接触器与高压母线相连，所述方法包括以下步骤:
[0013](a)、采集高压母线一侧的工频信号的相序、相位、频率以及高压变频器输出的变频信号的相序、相位、频率；
[0014](b)、在变频信号与工频信号的相序一致时，判断变频信号与工频信号的频率是否同步以及相位是否同步，并在变频信号与工频信号的频率和/或相位不同步时，根据变频信号与工频信号的相位、频率，使所述高压变频器调节变频信号的频率，并在采集到的所述变频信号与工频信号的频率同步且相位同步时执行步骤(C);
[0015](C)、根据所述电机在掉电的暂态过程中的频率衰减幅值、以及第二接触器断开和第三接触器闭合的动作时间确定补偿相位，使所述高压变频器以所述补偿相位对输出的变频信号进行相位补偿，并在相位补偿完成后执行步骤(d);
[0016](d)、控制高压变频器执行切换动作，在所述动作时间内先后控制第二接触器断开、第三接触器闭合。
[0017]本发明所述的高压变频器变频切换至工频的控制方法，其中，所述步骤(C)中的补偿相位根据以下公式确定:
[0018]Δ Θ = 2 Ji *Af*T
[0019]其中，Δ Θ表示补偿相位，Af表示电机在掉电的暂态过程中的频率衰减幅值，T表示所述动作时间。
[0020]本发明所述的高压变频器变频切换至工频的控制方法，其中，所述步骤(C)中的使所述高压变频器以所述补偿相位对输出的变频信号进行相位补偿包括:将实时采集的变频信号的相位减去所述补偿相位后与工频信号的相位进行比较，
[0021]如果变频信号的相位减去所述补偿相位后与工频信号的相位未同步且变频信号的相位减去所述补偿相位后滞后工频信号的相位，则发送正频率指令至高压变频器，所述高压变频器接收正频率指令并增加变频信号的频率；
[0022]如果变频信号的相位减去所述补偿相位后与工频信号的相位未同步且变频信号的相位减去所述补偿相位后超前工频信号的相位，则发送负频率指令至高压变频器，所述高压变频器接收负频率指令并减小变频信号的频率；
[0023]如果变频信号的相位减去所述补偿相位后与工频信号的相位同步，则确定相位补偿完成，发送切换指令至高压变频器。
[0024]本发明所述的高压变频器变频切换至工频的控制方法，其中，所述步骤(d)中控制第二接触器断开、第三接触器闭合的过程为:
[0025]高压变频器接收到所述切换指令，向第二接触器发送分断信号；
[0026]第二接触器接收到分断信号时执行分断操作并在完全断开时反馈已分断信号至高压变频器；
[0027]高压变频器接收到第二接触器反馈的已分断信号时向第三接触器发送合闸信号;
[0028]第三接触器接收到合闸信号时执行合闸操作并在完全闭合时反馈已合闸信号至高压变频器；
[0029]高压变频器接收到第三接触器反馈的已合闸信号并确定所述电机的输入切换至工频方式。
[0030]本发明所述的高压变频器变频切换至工频的控制方法，其中，所述动作时间为:高压变频器向第二接触器发送分断信号至高压变频器接收到第三接触器反馈的已合闸信号的过程所对应的时间。
[0031]本发明所述的高压变频器变频切换至工频的控制方法，其中，所述变频信号与工频信号的频率同步的标准为:所述变频信号与工频信号的频率的差值在第一阈值范围内；
[0032]所述变频信号与工频信号的相位同步的标准为:所述变频信号与工频信号的相位的差值在第二阈值范围内。
[0033]本发明所述的高压变频器变频切换至工频的控制方法，其中，所述步骤(b)中的使所述高压变频器调节变频信号的频率包括:将实时采集的变频信号与工频信号的相位、频率分别对应进行比较，
[0034]如果变频信号与工频信号的频率和/或相位不同步，且变频信号的相位滞后工频信号的相位，则发送第一同步指令至高压变频器，所述高压变频器接收第一同步指令并增加变频信号的频率；
[0035]如果变频信号与工频信号的频率和/或相位不同步，且变频信号的相位超前工频信号的相位，则发送第二同步指令至高压变频器，所述高压变频器接收第二同步指令并减小变频信号的频率。
[0036]本发明还公开了一种高压变频器变频切换至工频的控制系统，用于将电机的输入从变频方式切换至工频方式，该系统包括:高压变频器、第一接触器、第二接触器、第三接触器，所述电机经由第三接触器连接至高压母线，所述电机经由第二接触器与高压变频器相连，所述高压变频器经由第一接触器与高压母线相连，
[0037]该系统还包括采集模块、同步模块、相位补偿模块:
[0038]采集模块，用于采集高压母线一侧的工频信号的相序、相位、频率以及高压变频器输出的变频信号的相序、相位、频率；
[0039]同步模块，用于在变频信号与工频信号的相序一致时，判断变频信号与工频信号的频率是否同步以及相位是否同步，并在变频信号与工频信号的频率和/或相位不同步时，根据变频信号与工频信号的相位、频率，发送同步指令至所述高压变频器使所述高压变频器调节变频信号的频率，