摘 要：交流電動機是廣泛用于各領(lǐng)域的重要動力設(shè)備．電動機數(shù)值可觀的啟動電流及其對供電系統(tǒng)的影響長期困擾著人們，傳統(tǒng)的各種啟動方式都有這樣或那樣的弊端。自變頻調(diào)速器問世以后，交流電動機的軟啟動很好地解決了這一問題但當前大量出現(xiàn)的問題是電動機升速到接近額定轉(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機保護跳閘，使切換失敗。交流電動機并網(wǎng)控制器很好地解決了這一問題，實踐證明電動機的電源切換是能無擾動平滑切入電網(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

Ye Nianguo

（Shenzhen Intelligent Device Development Co．，Ltd．，Shenzhen 5 1 8033，Guangdong Province，China）
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
　　交流電動機廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，特別是同步電動機更以其很高的節(jié)能效率及能向電網(wǎng)提供無功功率受到人們的青睞。然而異步電動機可觀的啟動電流，以及同步電動機不具備自行啟動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問題．即用零啟升速的軟啟動方式完全消除了啟動電流及同步電動機啟動難所帶來的問題。但變頻調(diào)速器作為啟動電源帶來了新的問題，即當電動機軟啟動升速到接近額定轉(zhuǎn)速時，需要實施電動機的電源切換．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致電動機經(jīng)常受到極大的沖擊．甚至誘發(fā)電動機保護動作使切換失敗。究其原因．是人們忽視了電源的切換必須遵循交流電機同期（或同步）三準則的，即必須在變頻電源與電網(wǎng)電源的電壓、頻率相近時捕捉兩電源電壓相角差為零的瞬間完成電源切換。而當前普遍流行的切換方式卻忽視了最重要的相角差條件，這是損害電機的重要原因。例如，當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．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給出了交流電動機電源切換的示意圖．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)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATS給電動機供電。啟動程序是：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)使電動機逐步由零升壓及升頻，并網(wǎng)控制器實時監(jiān)測Uv，及Us的頻差、壓差及相角差， 當變頻器輸出電壓Uv，與電網(wǎng)電源電壓Us的頻差△f及壓差△f／達到預(yù)先設(shè)定的值時，并網(wǎng)控制器將在相角差△δ到達0°之前，即相當于ATS開關(guān)固有合閘時間tk 的瞬間，對ATS開關(guān)發(fā)出切換控制命令，實現(xiàn)電源無擾動切換。考慮到在ATS開關(guān)切換過程中， 電動機將會在相當于開關(guān)合閘時間t 的時段內(nèi)失去電源而進入惰轉(zhuǎn)減速狀態(tài)，因此，并網(wǎng)控制器應(yīng)具備計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．考慮到電動機的工作環(huán)境較惡劣，控制器在防護及溫度適應(yīng)性方面具有良好的品質(zhì)?？刂破鞯闹饕斎胄盘柺亲冾l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時仍能正常工作?？刂破鬏敵鲇靡则?qū)動ATS開關(guān)的接點容量為AC400V，5A。
　　控制器從輸入的Uv和Us單相電壓獲取兩電壓的實時電壓差△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)切換時間tk 、容許切換頻差△f,及容許切換壓差△Uy ，控制器按計及頻差△f及△f的一階導數(shù)d△f／dt及二階導數(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)學表達式如下：



　　式中ω=2π（fs-fv）△f=2π為兩電壓的角頻率差， 可以看到，當Uv升速過程中與Us之間的相角差為δk時，控制器發(fā)出切換命令，經(jīng)過ATS開關(guān)的切換時間tk 后，恰好在Uv 與Us重合時ATS開關(guān)在已切斷變頻電源Uv的前提下給電動機接入Us，ATS開關(guān)因在機械上實現(xiàn)了兩路輸入電壓的互鎖。因此，完全杜絕了目前使用兩個接觸器（或斷路器）時可能發(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機地捕捉到切換時機， 控制器還采用了理想提前角δk的預(yù)測算法，確保不錯過首次出現(xiàn)的切換時機。控制器外形尺寸為180mm ×45mm ×122mm．控制器面板上設(shè)有簡潔的人機交互界面，如圖3所示。

3．1 同步表
　　由12個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相角差， 及兩電壓的頻差極性，如LED燈順時針方向閃亮，表明Uv的頻率高于Us ，反之則為fv　　c． 同步表圓心處的紅色LED燈閃亮，表明正在實施切換操作，持續(xù)點亮時間為控制器預(yù)置ATS開關(guān)切換時間設(shè)定值的2倍。
3．2 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)切換時問設(shè)置撥碼開關(guān)共三位，每位有0～9十個狀態(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． 控制器故障報警燈。
3．4 工作／標定選擇開關(guān)
　　確定控制器當前是處在并網(wǎng)工作狀態(tài)或電壓值標定狀態(tài)。
3．5 復位按鈕及標定按鈕
　　對控制器實施復位操作或執(zhí)行電壓標定。
3．6 接線端子排
　　接線端子設(shè)在控制器下方底部，用以對外連接，接人信號有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（兩個）。
　　d． 升頻、降頻控制接點。
　　e． 閉鎖切換操作接點。
　　f． 切換開關(guān)輔助接點（兩個）。
　　g． 控制器電源。
4 結(jié)束語
　　變頻調(diào)速器的出現(xiàn)為改善交流電動機的啟動條件，以及提高電動機拖動設(shè)備如水泵、風機等的節(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了稀土永磁步電動機的發(fā)展，同步電動機較之異步電動機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，為實現(xiàn)我國節(jié)能減排重要國策起到了強有力的支撐作用。隨著交流電動機與變頻凋速器的匹配聯(lián)動，電動機在完成啟動過程后轉(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，當前幾乎所有電動機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)生對電動機的沖擊甚至跳閘，造成損毀設(shè)備的嚴重后果。本文介紹的并網(wǎng)控制器從根本上杜絕了前述問題．這對于大量使用的同步電動機及在定子斷電時轉(zhuǎn)子可能還殘存剩磁的異步電動機是不可或缺的安全保障。