交流異步電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在采用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中經(jīng)常需要變頻器和工頻電源進(jìn)行切換。切換的主要類(lèi)型為：故障切換和多機(jī)系統(tǒng)切換。在很多生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)是不允許停止運(yùn)行的，如紡織及化工廠(chǎng)的排風(fēng)機(jī)、鍋爐的鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)等，在變頻器投入運(yùn)行過(guò)程中，一旦變頻器發(fā)生故障而跳閘時(shí)，電動(dòng)機(jī)必須能夠快速地切換到工頻電源上運(yùn)行;如多泵供水系統(tǒng)中，常采用一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)水泵的方案，通常稱(chēng)為1拖N，該系統(tǒng)也需要變頻器到工頻電源的切換。

　　在切換時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)脫離電源而轉(zhuǎn)子又高速旋轉(zhuǎn)，加之轉(zhuǎn)子中直流磁場(chǎng)的存在，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)，若直接切換到工頻電源，會(huì)出現(xiàn)很大的沖擊電流，對(duì)電網(wǎng)、變頻器及電動(dòng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生不良影響，頻繁切換會(huì)出現(xiàn)變頻器炸機(jī)和燒毀電動(dòng)機(jī)等現(xiàn)象的發(fā)生。利用同步切換技術(shù)可避免變頻器切換時(shí)因工頻電源相位與變頻器的輸出電源相位不一致而產(chǎn)生的巨大沖擊電流，從而在很大程度上提高了切換的可靠性，有效地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)及變頻器，并避免了對(duì)電網(wǎng)的干擾。

　　2沖擊電流的產(chǎn)生及影響2.1沖擊電流的產(chǎn)生在變頻器輸出電源的頻率和相位與工頻電源的頻率和相位不致時(shí)，將異步電動(dòng)機(jī)從變頻器供電切換到工頻電源供電，在此過(guò)程中會(huì)因定子繞組反電勢(shì)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差過(guò)大產(chǎn)生沖擊電流，該沖擊電流可達(dá)額定電流的30倍左右。

　　定子繞組電動(dòng)勢(shì)引起的沖擊電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)電源瞬間，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)中的磁力線(xiàn)，加之定子繞組為開(kāi)路，此時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)處于同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的降低，在定子繞組中產(chǎn)生的三相電壓的幅值和頻率也逐漸變小，這時(shí)工頻電壓和定子繞組上產(chǎn)生的電壓兩者間的相位必然不同步，并且會(huì)隨著斷電時(shí)間的增加，相位差會(huì)不斷變化。在切換時(shí)若兩者處于相同(相位差為0)時(shí)，兩電壓相互抵消，不會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流;若兩者處于反相(相位差為180)時(shí)，兩電壓將進(jìn)行疊加，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，數(shù)值達(dá)到電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)電流的3倍左右。

　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)電源瞬間，由于定子開(kāi)路，定子繞組中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量無(wú)釋放回路，在定子繞組中會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，若此時(shí)切換到工頻電源上將產(chǎn)生很大的沖擊電流。

　　轉(zhuǎn)差過(guò)大引起的沖擊電流。在電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)電源后，因大部分電動(dòng)機(jī)帶有負(fù)載切換，故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)快速下降，則轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)差較大，又因電動(dòng)機(jī)定子繞組中剩磁的存在和轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的逐漸衰減的直流磁場(chǎng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流都較大(mcx：di/di，iccdw/di)，從而產(chǎn)生沖擊電流。

　　2.2沖擊電流的影響由于定子繞組中的反電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)處于同步發(fā)電機(jī)狀態(tài)下產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)及自成回路的轉(zhuǎn)子中自感電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的沖擊電流，必然對(duì)電動(dòng)機(jī)、變頻器及電網(wǎng)等產(chǎn)生影響。

　　1)對(duì)變頻器的影響。變頻器在正常帶載工作時(shí)，變頻器中的功率器件流過(guò)的電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)的繞組流通，其能量及電壓主要消耗在電動(dòng)機(jī)繞組上，不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不利的影響。一旦變頻器突然甩開(kāi)負(fù)荷時(shí)，通過(guò)功率器件中的電流失去回路，產(chǎn)生極大的d/df，造成功率器件端電壓的急劇升70高，使功率器件承受過(guò)大的電流沖擊，會(huì)對(duì)其造成損害2.此沖擊電流還會(huì)對(duì)變頻器中續(xù)流二極管、濾波電容及變頻器的絕緣造成損害，這勢(shì)必大大縮短變頻器的使用壽命3.對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響。電動(dòng)機(jī)軸上所帶負(fù)載不同，影響程度也不同;電動(dòng)機(jī)的容量不同，影響程度亦不同。電動(dòng)機(jī)若帶送、排風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)，因切換時(shí)空氣形成的反壓小，延時(shí)13s后避開(kāi)反電勢(shì)的影響而切換到工頻電源，不會(huì)受到大電流的沖擊，該沖擊電流電動(dòng)機(jī)完全能承受;電動(dòng)機(jī)若帶泵類(lèi)負(fù)載，因會(huì)出現(xiàn)“水錘”效應(yīng)，加之切換時(shí)的反電勢(shì)和高水壓，將使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)大于額定電流20倍的電流沖擊和巨大的轉(zhuǎn)矩沖擊，引起電動(dòng)機(jī)損壞。若電動(dòng)機(jī)為老式型號(hào)，因電動(dòng)機(jī)效率和功率因數(shù)低，銅損和鐵損較大，切換產(chǎn)生的沖擊電流大部分消耗在電動(dòng)機(jī)的損耗上，電動(dòng)機(jī)能承受該沖擊電流;若電動(dòng)機(jī)為新型號(hào)，因電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)較高、功耗小、體積小、重量輕，切換時(shí)產(chǎn)生的沖擊大部分變?yōu)檗D(zhuǎn)矩沖擊，因而對(duì)電動(dòng)機(jī)損害較大。

　　對(duì)電網(wǎng)的影響。若切換時(shí)機(jī)較好，該沖擊電流不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生太大影響;若切換時(shí)刻選擇不當(dāng)輕則使空氣開(kāi)關(guān)跳閘，重則對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾并引起電網(wǎng)波動(dòng)，對(duì)供電系統(tǒng)的安全和產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不利影響，若大容量電動(dòng)機(jī)影響則更大。

　　3同步切換的原理分析變頻到工頻的切換原理可用三相異步電動(dòng)機(jī)任意一相繞組的相量加以分析，如所示。異步電動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，主磁通少m以同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)，在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為而定子繞組的電勢(shì)平衡方程為7從3個(gè)基本電路組成，其基本組成如所示。

　　鑒相器是一個(gè)相位比較裝置，用來(lái)檢測(cè)輸入信號(hào)相位ft⑴與反饋信號(hào)相位0G)之間的相位差G)。輸出誤差信號(hào)Ud是相位差信號(hào)0⑴的線(xiàn)性函數(shù)，所以鑒相器是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。

　　環(huán)路濾波器采用的是無(wú)源比例積分濾波器。當(dāng)環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，輸出頻率(變頻器的輸出頻率)與輸入頻率(工頻電網(wǎng)電源的頻率)相同，兩者之間只有一穩(wěn)態(tài)相差，當(dāng)開(kāi)環(huán)增益足夠大時(shí)，此相差很小。當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生相位或頻率的變化時(shí)，通過(guò)環(huán)路自身的調(diào)節(jié)，環(huán)路輸出信號(hào)，即變頻器的輸出頻率和相位會(huì)跟蹤輸入信號(hào)的變化。若輸入信號(hào)有如下情況的波動(dòng)時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生很大的相位差。

　　輸入信號(hào)頻率階躍。當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生頻率階躍時(shí)，此時(shí)其拉氏變換根據(jù)拉氏變換終值定理：從選取較大時(shí)，產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)相位誤差比較小。

　　輸入信號(hào)相位階躍。當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生相位階躍時(shí)，此時(shí)其拉氏變換根據(jù)拉氏變換終值定理：從時(shí)，同步器能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)切換。

　　控制器1變頻器在100ms內(nèi)進(jìn)行同相點(diǎn)“捕捉”，5.5 s時(shí)切換到工頻電源。

　　如上所述在切換瞬間，變頻器的輸出頻率和相位與工頻電壓頻率和相位絕對(duì)一致是很難出現(xiàn)的。使用“差頻同相”切換方法的同步器，成功地解決了變頻與工頻的切換問(wèn)題，并在大量的系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，電動(dòng)機(jī)在同步切換時(shí)定子電流波形如所示。電動(dòng)機(jī)在變頻器輸出上限頻率并經(jīng)確認(rèn)時(shí)間后，在5.4s時(shí)切斷變頻器，從中可以看出，采用同步器控制同步切換方式時(shí)有較小的電流沖擊，大約是額定電流的2倍。切換到工頻電源0. 2s后，電動(dòng)機(jī)能重新進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)。

　　6結(jié)論變頻器在控制系統(tǒng)進(jìn)行變頻到工頻切換時(shí)若切換時(shí)機(jī)選擇不當(dāng)，切換過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)、變頻器及電動(dòng)機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊。本文提出用同步器實(shí)現(xiàn)變頻到工頻的切換，論述了切換原理及實(shí)現(xiàn)方法，并用仿真軟件對(duì)切換過(guò)程進(jìn)行仿真。該同步器在某公司的面漆線(xiàn)鼓風(fēng)系統(tǒng)、鍋爐排風(fēng)系統(tǒng)、多泵恒壓供水系統(tǒng)等產(chǎn)品中投入使用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。實(shí)踐表明：用同步器實(shí)現(xiàn)變頻到工頻的切換，切換產(chǎn)生的沖擊電流不大于2倍的，有效避免了切換過(guò)程過(guò)大。