摘 要：交流電動(dòng)機(jī)是廣泛用于各領(lǐng)域的重要?jiǎng)恿υO(shè)備．電動(dòng)機(jī)數(shù)值可觀的啟動(dòng)電流及其對(duì)供電系統(tǒng)的影響長期困擾著人們，傳統(tǒng)的各種啟動(dòng)方式都有這樣或那樣的弊端。自變頻調(diào)速器問世以后，交流電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)很好地解決了這一問題但當(dāng)前大量出現(xiàn)的問題是電動(dòng)機(jī)升速到接近額定轉(zhuǎn)速切換到電網(wǎng)電源過程中，常常造成很大的沖擊并引起電動(dòng)機(jī)保護(hù)跳閘，使切換失敗。交流電動(dòng)機(jī)并網(wǎng)控制器很好地解決了這一問題，實(shí)踐證明電動(dòng)機(jī)的電源切換是能無擾動(dòng)平滑切入電網(wǎng)的。 關(guān)鍵詞：變頻調(diào)速器;同期; 中擊;

Application of Alternating Current Motor Parallel Connection Device in Building Electricity

Abstract:Alternating current motor is the important power equipment applicated in various fields．However， the considerable starting current of the motorand its impact on the power supply system cause a lot oftroubles and various conventional starting modes havetheir disadvantages． As the appearance of frequencyconvertor， the soft start of the alternating current motorhas given a good solution to above troubles．The frequentproblem at present is the large shock caused by themotor during speeding up to its rated speed andswitching to the power grid．This large shock often tripsthe motor protection， resulting in failure switching．Theparallel connection device for the altern ating currentmotor can solve this problem effectively．It is proved thatthe motor can be smoothly switched to the power grid with the application of parallel connection device． Keywords:Frequency;governor;Synchronization Shock 1 前言 　　交流電動(dòng)機(jī)廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是同步電動(dòng)機(jī)更以其很高的節(jié)能效率及能向電網(wǎng)提供無功功率受到人們的青睞。然而異步電動(dòng)機(jī)可觀的啟動(dòng)電流，以及同步電動(dòng)機(jī)不具備自行啟動(dòng)能力的缺陷一直困擾著人們。變頻調(diào)速器的問世成功地解決了這兩個(gè)問題．即用零啟升速的軟啟動(dòng)方式完全消除了啟動(dòng)電流及同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)難所帶來的問題。但變頻調(diào)速器作為啟動(dòng)電源帶來了新的問題，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)升速到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，需要實(shí)施電動(dòng)機(jī)的電源切換．即從變頻調(diào)速器供電切換到電網(wǎng)供電。而長期以來人們所使用的切換方法導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)經(jīng)常受到極大的沖擊．甚至誘發(fā)電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作使切換失敗。究其原因．是人們忽視了電源的切換必須遵循交流電機(jī)同期（或同步）三準(zhǔn)則的，即必須在變頻電源與電網(wǎng)電源的電壓、頻率相近時(shí)捕捉兩電源電壓相角差為零的瞬間完成電源切換。而當(dāng)前普遍流行的切換方式卻忽視了最重要的相角差條件，這是損害電機(jī)的重要原因。例如，當(dāng)今不論在水廠還是在建筑物中的恒壓供水系統(tǒng)，常用的控制模式就是根據(jù)水壓的變化，通過變頻調(diào)速器按用水量及水壓的大小依次將水泵啟動(dòng)．切人工頻電網(wǎng)，或是按總的供水量切除多余的水泵。而每次在將水泵切人工頻電網(wǎng)時(shí)都難以避免設(shè)備受到電磁力的沖擊，甚至跳閘。在石油、化工、電力、機(jī)械制造等行業(yè)都有類似情況，這是應(yīng)予以重視并徹底根除的大面積技術(shù)缺陷問題。 2 電源切換過程描述 　　圖1給出了交流電動(dòng)機(jī)電源切換的示意圖．變頻調(diào)速器的三相輸出電源Us，及電網(wǎng)電源Us分別經(jīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS給電動(dòng)機(jī)供電。啟動(dòng)程序是：變頻調(diào)速器按預(yù)先設(shè)定的升頻及升壓方式，通過ATS開關(guān)使電動(dòng)機(jī)逐步由零升壓及升頻，并網(wǎng)控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測Uv，及Us的頻差、壓差及相角差， 當(dāng)變頻器輸出電壓Uv，與電網(wǎng)電源電壓Us的頻差△f及壓差△f／達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，并網(wǎng)控制器將在相角差△δ到達(dá)0°之前，即相當(dāng)于ATS開關(guān)固有合閘時(shí)間tk 的瞬間，對(duì)ATS開關(guān)發(fā)出切換控制命令，實(shí)現(xiàn)電源無擾動(dòng)切換?？紤]到在ATS開關(guān)切換過程中， 電動(dòng)機(jī)將會(huì)在相當(dāng)于開關(guān)合閘時(shí)間t 的時(shí)段內(nèi)失去電源而進(jìn)入惰轉(zhuǎn)減速狀態(tài)，因此，并網(wǎng)控制器應(yīng)具備計(jì)及這一因素的自適應(yīng)功能。也就是要考慮在切換過程中控制器測量到的△f及△U值會(huì)有一定程度的增加，發(fā)出切換命令的提前控制角要向增大方向作一定的修正。 3 并網(wǎng)控制器原理簡介 并網(wǎng)控制器是基于微處理器的智能控制器．考慮到電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境較惡劣，控制器在防護(hù)及溫度適應(yīng)性方面具有良好的品質(zhì)?？刂破鞯闹饕斎胄盘?hào)是變頻器的輸出電壓和電網(wǎng)電源電壓．直接取自相電壓或線電壓?？刂破麟娫从呻娋W(wǎng)電源的相電壓或線電壓提供，內(nèi)部有專門的穩(wěn)壓模塊，保證電壓在有較大幅度的波動(dòng)時(shí)仍能正常工作?？刂破鬏敵鲇靡则?qū)動(dòng)ATS開關(guān)的接點(diǎn)容量為AC400V，5A。 　　控制器從輸入的Uv和Us單相電壓獲取兩電壓的實(shí)時(shí)電壓差△U= Us一Uv、頻率差af= fs一fv及相角差△φ 的信息，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的ATS開關(guān)切換時(shí)間tk 、容許切換頻差△f,及容許切換壓差△Uy ，控制器按計(jì)及頻差△f及△f的一階導(dǎo)數(shù)d△f／dt及二階導(dǎo)數(shù)d2△f／dt2 的微分方程快速求解，發(fā)出控制切換命令的提前角δk，如圖2所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： 　　式中ω=2π（fs-fv）△f=2π為兩電壓的角頻率差， 可以看到，當(dāng)Uv升速過程中與Us之間的相角差為δk時(shí)，控制器發(fā)出切換命令，經(jīng)過ATS開關(guān)的切換時(shí)間tk 后，恰好在Uv 與Us重合時(shí)ATS開關(guān)在已切斷變頻電源Uv的前提下給電動(dòng)機(jī)接入U(xiǎn)s，ATS開關(guān)因在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)了兩路輸入電壓的互鎖。因此，完全杜絕了目前使用兩個(gè)接觸器（或斷路器）時(shí)可能發(fā)生的Uv與Us 短路現(xiàn)象。 　　為保證在Uv的升速過程中不失時(shí)機(jī)地捕捉到切換時(shí)機(jī)， 控制器還采用了理想提前角δk的預(yù)測算法，確保不錯(cuò)過首次出現(xiàn)的切換時(shí)機(jī)。控制器外形尺寸為180mm ×45mm ×122mm．控制器面板上設(shè)有簡潔的人機(jī)交互界面，如圖3所示。 3．1 同步表 　　由12個(gè)LED發(fā)光二極管組成圓形同步表，兩相鄰LED的相角差為30°， 同步表的功能是： a． 指示在Uv，及Us 兩輸入端接入兩同頻率交流電壓的相角差， 即用以“核相”。 　　b． 指示在Uv及Us 兩輸入端接入兩不同頻率交流電壓的瞬時(shí)相角差， 及兩電壓的頻差極性，如LED燈順時(shí)針方向閃亮，表明Uv的頻率高于Us ，反之則為fv3．2 參數(shù)設(shè)置撥碼開關(guān) 　　有三組參數(shù)設(shè)置撥碼開關(guān)： a． ATS開關(guān)切換時(shí)問設(shè)置撥碼開關(guān)共三位，每位有0～9十個(gè)狀態(tài)，三位開關(guān)設(shè)置值為000～999 ms。 　　b． 允許頻差設(shè)置撥碼開關(guān)一位，0～9十個(gè)狀態(tài)，設(shè)置值為0～0．9 Hz。 　　c． 允許壓差設(shè)置撥碼開關(guān)一位，0～9十個(gè)狀態(tài)，設(shè)置值為5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、14％ 、16％ 、20％ 額定電壓。 3．3 狀態(tài)指示燈 　　a． 電源指示燈。 　　b． 控制器故障報(bào)警燈。 3．4 工作／標(biāo)定選擇開關(guān) 　　確定控制器當(dāng)前是處在并網(wǎng)工作狀態(tài)或電壓值標(biāo)定狀態(tài)。 3．5 復(fù)位按鈕及標(biāo)定按鈕 　　對(duì)控制器實(shí)施復(fù)位操作或執(zhí)行電壓標(biāo)定。 3．6 接線端子排 　　接線端子設(shè)在控制器下方底部，用以對(duì)外連接，接人信號(hào)有7類： 　　a． 電網(wǎng)工頻電壓端子，可選擇輸入IOOVAC、220V AC、380V AC、660V AC。 　　b． 變頻器電壓端子， 可選擇輸入100V AC、220V AC、380V AC、660V AC。 　　c． 切換操作輸出接點(diǎn)（兩個(gè)）。 　　d． 升頻、降頻控制接點(diǎn)。 　　e． 閉鎖切換操作接點(diǎn)。 　　f． 切換開關(guān)輔助接點(diǎn)（兩個(gè)）。 　　g． 控制器電源。 4 結(jié)束語 　　變頻調(diào)速器的出現(xiàn)為改善交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)條件，以及提高電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備如水泵、風(fēng)機(jī)等的節(jié)能效率起到了積極的作用，因此變頻器得到了廣泛的應(yīng)用 近年來我國豐富的稀土元素又促進(jìn)了稀土永磁步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，同步電動(dòng)機(jī)較之異步電動(dòng)機(jī)的高效率及能向系統(tǒng)提供無功功率的優(yōu)勢更受到人們的青睞，為實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能減排重要國策起到了強(qiáng)有力的支撐作用。隨著交流電動(dòng)機(jī)與變頻凋速器的匹配聯(lián)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在完成啟動(dòng)過程后轉(zhuǎn)由電網(wǎng)電源供電的切換操作就顯得非常重要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前幾乎所有電動(dòng)機(jī)由變頻電源切換到電網(wǎng)電源的操作都只是遵循頻率和電壓相近的原則，而忽視了最重要的相角相近的原則。因此，電源切換頻頻產(chǎn)生對(duì)電動(dòng)機(jī)的沖擊甚至跳閘，造成損毀設(shè)備的嚴(yán)重后果。本文介紹的并網(wǎng)控制器從根本上杜絕了前述問題．這對(duì)于大量使用的同步電動(dòng)機(jī)及在定子斷電時(shí)轉(zhuǎn)子可能還殘存剩磁的異步電動(dòng)機(jī)是不可或缺的安全保障。