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监频监相器在变频调速恒压供水系统中的应用 安军强 河北科技大学 摘 要：主要讨论变频调速恒压供水系统的现状及一台变频器循环带多台水泵所遇到的切换问题..还9.。 望对大家有所启发。。借助监频监相技术识别变频器输出与工频电源的频率和相位，实现交流电机从变频器切换到工频电源过程中电机电流不超过其额定电流的1.5倍。 关键词：变频器 恒压供水 切换 监频监相 Applications of Identifying Frequency and Phase Controller in the System of Changing Speed to Keep Pressure Invariable for Giving Water with Inverter AN Jun-qiang Hebei University of Science & Technology Abstract: This paper mainly refers to the sysytem of changing speed to keep pressure invariable for giving water with inverter and the problem of switching encountered in an inverter drawing multi-equipment circularly. equal frequency and phase can be achieved at the moment of switching from the inverter to the power line by identifying frequency and phase technology for smooth switching. Maximum surge current keeps less than 150% of the rated current of the AC moter . Key words：inverter keeping pressure invariable in giving water swithing identifying frequency and phase 1 变频调速恒压供水系统简介 随着变频调速技术的飞速发展和人们认识水平的提高，变频调速很快成为交流电动机调速的主流。变频调速恒压供水系统就是变频改的深度调速造成了水泵、电机运行效率低，所以除了小型系统或系统高调速技术最典型的应用，该系统具有显著的节能效果、较高的控制精度，便于使用和维护。在短短的几年内，变频调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程。早期的单泵调速恒压系统虽然简单可靠，但由于单泵电机的深度调速造成了水泵和电机运行效率低，所以除了小型系统或系统改造已被多泵系统所代替。目前，多泵系统基本有两种组成模式：变频泵固定模式和变频泵循环模式，分别如图1、图2所示。 变频泵固定模式通过调节器设定送水压力到变频器，变频器根据设定压力与压力传感器反馈管网压力进行PID运算，当设定压力比管网压力高时，变频器会逐步提升频率，使其所带泵出水量增加，使管网压力逐步接近设定压力，如果变频器频率升至工频频率，而管网压力仍低于设定压力时，则PLC（可编程序逻辑控制器）会通过电控设备再启动一台工频泵，直到管网压力等于设定压力；当设定压力比管网压力低时，变频器会逐步降低频率，使其所带泵出水量减少，使管网压力逐步接近设定压力，如果变频器频率降至所预定的最低频率，而管网压力仍高于设定压力时，则PLC会通过电控设备停止一台工频泵，直到管网压力等于设定压力。这种模式实现简单，但存在几种不足： （1）工频泵因直接启动，启动电流大，对电网造成冲击，同时，冲击电机、泵和管网中的管路、阀门，降低其使用寿命。 （2）由于始终调整压力，变频泵一直运行，使各电机和泵运行时间差异大，不利于延长电机和泵的使用寿命。 （3）当变频器带的固定泵故障时，不能实现恒压供水。 （4）如果为其它水泵也配接变频器或软起动器，则实现成本较高。 变频泵循环模式的设计初衷是为了克服变频泵固定模式的缺点，当变频器频率升至工频频率而管网压力仍低于设定压力时，PLC通过电控设备把变频泵从变频器切换到工频电源，变频器再启动另一台泵。这种模式有几种优点： （1）泵启动全部采用变频器软启的方式，对电网、泵和电机没有冲击；压力上升平稳，对管网中的管路、阀门没有冲击。 （2）通过PLC优化调度，可使先启动的泵先停，先停的泵先启，使各泵运行时间相等，有助于延长泵的寿命。 （3）当变频泵有故障时，通过调度可使变频器带正常泵运行，实现恒压供水。 （4）与各水泵均配接变频器或软起动器方式比，可以节省投资。 2 需要解决的问题 变频泵循环模式虽然优点很多，但实现复杂，关键问题是无扰动切换的实现。当变频泵运行频率达到工频频率切断变频电源的瞬间，在角型接法的泵电机M定子上会产生感应电势E当压阿，E大小基本等于切断前加在定子上的相电压，相位与切断前的变频电源相位相差180度。假定切换时间无限短，在M接通工频电源的瞬间，加在定子绕组上的相电压U与E叠加，如果U与E相位相反（相位差180度），即工频电源相位与切换前变频器输出相位相同，则定子上的电流基本为电机M的额定电流I ；如果U与E相位不恰好相反，则定子上的电流会大于I；特别是，当U与E相位正好相同时，定子中的瞬时电流会达到10倍I电流，对电源造成浪涌冲击，引起前级空气开关跳闸，同时，冲击电机和泵。所以，在进行切换时，必须保证变频器输出与工频电源的频率和相位一致。 目前，多数变频泵循环模式采用延长切换时间的办法（一般超过1s）来避开相位不一致造成的电势叠加，等电机的感应电势降下来后再切入工频电源，但此时电机速度已很低，切换后电机瞬间电流基本等于直接起动电流（5倍的 I. 1Z 备把变频泵在极 ）。 针对这种状况，我们开发了监频监相控制器用来监视工频电源与变频器输出的频率和相位，使变频泵由变频向工频切换时，始终满足频率和相位的一致，使切换后瞬时电流大致等于电动机的额定电流，基本上做到了无电流冲击、无转矩波动，实现了对生产和电网无任何影响的无扰动切换。说明 嗯V 3 监频监相控制器简介 3.1 工作原理 控制器的电路框图见图3。
电源三相输入、变频器的三相输出作为控制器的输入，信号经取样整形电路、隔离放大电路，以及频率、相位跟踪电路处理，进入单片机。由软件计算判断后，在显示单元显示相应的输入输出频率，指示灯指示控制器运行状态。当变频器输出相位、频率与工频电源相位、频率一致时，控制器可分别给出集电极开路输出信号（或继电器输出信号）；当工频电源缺相或变频器输出与工频电源相序相反时，控制器由故障代码和指示灯同时报警。 3.2 面板说明 面板布置图见图4。
    
说明： （1）控制器上电后，若变频器上电且相序正确1区显示变频器输入频率，2区显示为0;此时5,7,8,9灯亮，其它灯灭。 （2）控制器上电后1、2区显示101—101，表明无工频三相电源输入或工频三相电源缺相；1、2区显示102—102，表明无变频电源输入或输入变频电源缺相；1、2区显示103—103，表明既无变频电源输入也无工频电源输入。 （3）控制器上电后1,2区显示110—110表明工频电源相序错；变频器启动后1,2区显示119—119表明变频器输出相序错； （4）变频器输出与工频电源相位、频率一致时，控制器可分别给出集电极开路输出信号,同时相应指示灯3、4亮。 3.3 控制器接线及安装 控制器接线端子示意图见图5，控制器外型尺寸：长X高X厚=160mmX80mmX79mm
说明: （1）1、2为220V交流电源输入端。 （2）同相、同频、故障为集电极开路输出端。GND为集电极开路输出的公共端。 （3）U1、V1、W1三相工频电源输入端；U2、V2、W2为变频器的三相输出端。
图6为具有无扰动切换功能的变频泵循环模式切换装置框图。系统由变频器、监频监相器、可编程控制器和切换接触器等组成。当变频器输出频率升至工频电源频率时，监频监相器输出同频信号，系统进入切换等待时期，当变频器输出相位与工频电源相位一致时，监频监相器输出同相信号，PLC通过切换接触器把变频泵从变频电源切换到工频电源，实现无扰动切换。切换瞬时完成，无须等待，切换过渡过程小于20ms，切换后瞬时电流小于电机额定电流的1.5倍。 5 结束语 通过对应用监频监相器的变频泵循环供水系统的效果分析，应用监频监相器可明显降低切换电流，延长泵和电机的使用寿命，减小对电网和管路的冲击，降低系统维修费用，降低系统初期投资。监频监相器的应用不止局限于供水行业，在设计变频器应用系统时，可考虑用它降低系统投资，在已应用一台变频器循环带多台电机的场合可考虑用它降低切换电流。该控制器已经小批量生产，供用户使用。 参考文献： [1] 李发海 王岩 .电机与拖动基础.中央广播电视大学出版社，1986 [2] 上山直彦.现代交流调速.北京:水利电力出版社,1989. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 无扰动切换的实现