專利名稱：交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及交流電動機在兩種驅動狀態(tài)下的電源切換，尤其涉及交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，屬于交流電機變頻控制技術領域。
背景技術：
通用變頻器采用變壓變頻技術(VVVF)，已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)和民用領域當中。使用變頻器進行交流電動機控制，可以保證交流電動機在調速過程中沒有電壓電流的強沖擊，運行曲線近乎完美，而且可以按照工程需求實現(xiàn)交流電動機的各種速度下平穩(wěn)運行。但是，在某些應用場合中，需要進行變頻器電源與工業(yè)電源之間的快速切換，例如，在某些使用單一變頻器驅動多個交流電動機場合、結合變頻器調速優(yōu)點和工業(yè)電源無需能耗制動優(yōu)點的場合等。
從應用需求角度出發(fā)，希望變頻器輸出電源與工業(yè)電源之間的切換是一種平滑切換，即在切換過程中電源相位和電源頻率這兩個因素均能平滑過渡?，F(xiàn)有技術中，由工業(yè)電源切換為變頻器輸出電源一般采用轉速跟蹤方法。由于變頻器的輸出是可以控制的，因此在切換過程中，變頻器首先對電機的轉速進行檢測，以確定輸出的頻率；另外，待交流電動機內反電勢基本消失以后，也不存在相位的差別，這樣的切換過程可以保證交流電動機的速度近似平穩(wěn)過渡，基本能夠滿足現(xiàn)場使用要求。
但是，在由變頻器輸出電源切換為工業(yè)電源的情況下，由于工業(yè)電源的頻率和相位是無法調整的，所以只能采用適當延時、然后直接切換的方法。這種方法存在較大缺陷，這是因為交流電動機在運行過程中會產(chǎn)生交流反電勢，同樣也有頻率和相位的變化，僅采用延時的方法進行電源切換，無法兼顧相位和頻率兩個方面的同步延時長，電動機的轉速下降多，將造成頻率差；延時短，電動機的反電勢無法消除，其相位與電源相位關系是隨機的，如果兩個相位恰好相反，將造成電動機的瞬間沖擊。所以，目前使用的這種方法會造成切換效果不可控，嚴重時交流電動機瞬間沖擊電流比正常使用大10幾倍，長期操作會傷害電動機的絕緣，影響交流電動機的使用壽命。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提出一種交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法。
本發(fā)明的技術解決方案是交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，包括以下兩個步驟步驟一，變頻器驅動交流電動機加速或減速，判斷變頻器電源的輸出頻率是否接近工業(yè)電源的頻率，若達不到判斷標準則繼續(xù)調節(jié)變頻器電源的頻率，直至達到判斷標準，維持變頻器電源的頻率不變；步驟二，接著判斷變頻電源與工業(yè)電源的相位是否同步，當兩者相位同步時，封鎖變頻器電源的輸出，再將交流電動機由變頻器電源驅動切換為工業(yè)電源驅動。
本發(fā)明更進一步的技術解決方案是上述步驟一當中的判斷標準是，調節(jié)變頻器電源的頻率至50Hz±5Hz；步驟二當中判斷兩者相位是否同步的方法是，檢測變頻器電源U/V兩相的電壓UUV，以及工業(yè)電源R/S、T/S之間的電壓URS和UTS，當交流電動機正轉時，檢測UUV-URS電壓差信號UUP，當UUP的幅值達到最小時，判斷為相位同步；當交流電動機反轉時，檢測UUV-UTS電壓差信號UDOWN，當UDOWN的幅值達到最小時，判斷為相位同步。
這樣，本發(fā)明利用兩個電源的微小頻率差，采樣到交流電源的同步信號UUP或UDOWN，進而以這個同步信號為基礎，實現(xiàn)從變頻器電源到工業(yè)電源的平滑切換。該方法結合變頻器控制軟件的應用，充分利用變頻器輸出電源可以靈活調整輸出相序與頻率的優(yōu)點，操作簡單易行，準確率高，切換結果可控，能夠有效避免切換過程中交流電動機可能產(chǎn)生的沖擊電流。對于大功率交流電動機以及對切換操作有較高要求的場合，本發(fā)明能徹底解決切換沖擊問題，延長交流電動機的使用壽命。


下面結合附圖對本發(fā)明技術方案作進一步說明。其中，圖1本發(fā)明切換過程原理框圖；圖2相位同步判斷圖；圖3URS信號圖；圖4UUV-URS信號圖；圖5同步信號圖。
具體實施例方式
三相交流電動機的旋轉方向是由其供電的電源相序決定的。為了描述方便，假設工業(yè)電源的三相分別是R、S、T，變頻器輸出電源的三相分別是U、V、W，電動機的接線端子分別是1、2、3。如果電動機的電源使用工業(yè)電源，并且R、S、T分別接到端子1、2、3上，假設此時電動機的旋轉方向為正方向，那么T、S、R分別接到端子1、2、3上時，電動機的旋轉方向為反方向。而變頻器的U、V、W相的輸出相序是可以通過變頻器軟件來控制的，如果電動機正轉，變頻器的U、V、W輸出正相序，而在電動機反轉時變頻器的輸出相序反過來即可。因此，采用變頻器控制交流電動機時，其接線方式可以始終保持為U、V、W分別接端子1、2、3。
根據(jù)上述描述可以看出，如果交流電動機的電源由變頻器輸出切換到工業(yè)電源時，除了相位、頻率的同步之外，還需要保持相序一致。例如，在變頻器驅動電動機正轉到工業(yè)電源的頻率(50Hz)后，進行電源切換時，需要保持U、V、W與R、S、T的相位同步；而在反方向運行時，需要保持U、V、W與T、S、R同步。
針對交流電動機在一些運行場合涉及變頻器電源和工業(yè)電源兩種驅動的應用背景，本發(fā)明設計出一種同步切換方案在兩種電源的輸出頻率近似相等時，通過硬件電路整理出兩種電源的對應相位關系，識別出對應相位同步時再進行切換。其主要步驟如圖1所示，包括步驟一，變頻器驅動交流電動機加速或減速，判斷變頻器電源的輸出頻率是否接近工業(yè)電源的頻率，若達不到判斷標準則繼續(xù)調節(jié)變頻器電源的頻率，直至達到判斷標準，維持變頻器電源的頻率不變；步驟二，接著判斷變頻電源與工業(yè)電源的相位是否同步，當兩者相位同步時，封鎖變頻電源的輸出，再將交流電動機由變頻電源驅動切換為工業(yè)電源驅動。
由于工業(yè)電源采用50Hz標準頻率，步驟一當中一般是將變頻器電源的輸出頻率調到50Hz±5Hz范圍內；要求較高的場合，還可以將該范圍縮小至50Hz±2Hz。步驟二當中判斷兩者相位是否同步的過程如圖2所示，先從相應的電源相位經(jīng)過高阻隔離和電壓整理步驟，獲得變頻器電源U/V兩相的電壓UUV，以及工業(yè)電源R/S、T/S之間的電壓URS和UTS。當交流電動機正轉時，對UUV和URS進行比較，將UUV-URS電壓差的絕對值整理成同步信號UUP；當交流電動機反轉時，則對UUV和UTS進行比較，將UUV-UTS電壓差的絕對值整理成同步信號UDOWN。當UUP或者UDOWN的幅值達到最小時，判斷為相位同步，原理如下以正轉為例，URS信號是圖3所示的交流信號，UUV信號也與URS相似，在準備切換的時候URS頻率為50Hz，UUV頻率接近50Hz(例如48Hz)，因此UUV-URS也是交流信號。通常情況下，由于UUV、URS相位關系的不確定，所以UUV-URS的幅值也是變化的，見圖4。當UUV、URS相位同步，說明U、V相與R、S相的信號對應同步，此時UUV-URS的幅值最?。蝗绻鸘UV、URS相位不同步，則UUV-URS的幅值變大，當兩者相位剛好相反時，UUV-URS的幅值最大。
利用上述原理，在電源切換過程中根據(jù)UUV-URS幅值的大小，就可以判斷出兩個電源是否同步。為了便于實現(xiàn)軟件對UUV-URS信號采樣，可以對該信號進行整理，整理出來的同步信號UUP如圖5所示。該信號處于電壓最低點時，說明變頻器電源與工業(yè)電源相位同步。因此，當需要進行電源切換操作時，先調節(jié)變頻器電源輸出頻率，使其接近工業(yè)電源頻率50Hz，然后開始對UUP采樣，當UUP取最低值時，判斷兩電源相位同步，立刻進行電源切換便可保證發(fā)動機轉速平滑過渡，避免發(fā)生切換沖擊。
本發(fā)明的一項典型應用是扶梯。在扶梯運行過程中，為了充分利用變頻器驅動電機和工業(yè)電源驅動電機兩者的優(yōu)點，可以使用旁路變頻的控制方法，即在扶梯加減速以及無人待機過程中，采用變頻器驅動交流電動機，具有節(jié)電、磨損小、無機械沖擊等優(yōu)點，但是扶梯在穩(wěn)態(tài)運行時，適宜采用工業(yè)電源驅動交流電動機，頻率固定運行在50Hz。這樣，變頻器電源與工業(yè)電源之間的切換顯得非常重要，從工業(yè)電源向變頻器電源切換可以采用現(xiàn)有技術當中的“轉速跟蹤方法”，而從變頻器電源向工業(yè)電源切換則可采用本發(fā)明技術方案。此時，可以在變頻器旁邊增加一只“同步切換卡”，該卡能夠采集到兩個電源的相位同步信號，指示比較準確的同步切換時間。
上述應用場合當中，由于扶梯存在上行和下行兩個方向，對應電動機正轉和反轉狀態(tài)，因此在對扶梯進行電源切換時，需要根據(jù)方向選擇不同的同步信號UUP或UDOWN，以保證U、V相分別與R、S相的相位相同，或者分別與T、S相的相位相同。試用結果表明，采用本發(fā)明技術方案，扶梯在進行電源切換時運行平穩(wěn)，無沖擊，具有良好的乘坐舒適感。
當然，上述具體實施方式
僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，本發(fā)明的權利要求保護范圍并不受其限制。凡采用等同替換或者等效變換所形成的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，包括以下兩個步驟步驟一，變頻器驅動交流電動機加速或減速，判斷變頻器電源的輸出頻率是否接近工業(yè)電源的頻率，若達不到判斷標準則繼續(xù)調節(jié)變頻器電源的頻率，直至達到判斷標準，維持變頻器電源的頻率不變；步驟二，接著判斷變頻器電源與工業(yè)電源的相位是否同步，當兩者相位同步時，封鎖變頻器電源的輸出，再將交流電動機由變頻器電源驅動切換為工業(yè)電源驅動。
2.根據(jù)權利要求1所述的交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，其特征在于步驟一所述的判斷標準是，調節(jié)變頻器電源的頻率至工業(yè)電源頻率±5Hz。
3.根據(jù)權利要求1所述的交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，其特征在于步驟二當中判斷兩者相位是否同步的方法是，檢測變頻器電源U/V兩相的電壓UUV，以及工業(yè)電源R/S、T/S之間的電壓URS和UTS，當交流電動機正轉時，檢測UUV-URS電壓差信號UUP，當UUP的幅值達到最小時，判斷為相位同步；當交流電動機反轉時，檢測UUV-UTS電壓差信號UDOWN，當UDOWN的幅值達到最小時，判斷為相位同步。
4.根據(jù)權利要求3所述的交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，其特征在于所述的UUV、URS和UTS電壓信號，是從相應的電源相位經(jīng)過高阻隔離和電壓整理步驟而獲得。
5.根據(jù)權利要求3所述的交流電動機從變頻器電源向工業(yè)電源的平滑切換方法，其特征在于所述的UUP、UDOWN信號，分別是對UUV-URS、UUV-UTS電壓差的絕對值進行信號整理而獲得。
全文摘要
本發(fā)明涉及交流電動機從變頻器電源驅動向工業(yè)電源驅動的平滑切換方法，其主要步驟是先由變頻器驅動交流電動機加速或減速，直至變頻器電源的輸出頻率接近工業(yè)電源頻率，接著檢測變頻器電源兩相電壓U
文檔編號H02P27/04GK101056085SQ20061003947
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月12日 優(yōu)先權日2006年4月12日
發(fā)明者劉宇川, 邵海波, 陳健, 凌敏芝, 呂春花, 陸金權 申請人:蘇州江南嘉捷電梯有限公司, 蘇州默納克控制技術有限公司