关于变频器的输出切换问题探讨——兼论水泵群

摘要：针对目前在变频器输出切换问题上存在认识误区的情况，试图从技术和经济实用的角度出发，对变频器的输出切换问题进行分析探讨，以澄清某些错误的看法，确立一个客观的认识。同时提出了一种多泵恒压供水及水泵群软起停控制方案。关键词：变频器；输出切换；软起动；恒压供水系统

1引言

交流异步电动机直接起动所产生的电流冲击和转矩冲击会给供电系统和拖动系统带来不利影响，故对于容量较大的异步电动机一般都要采用软起动方案。常用的方法是降压起动，但由于电动机的起动转矩与所加电压的平方成正比，所以降压起动只适用于空载或轻载起动的设备。即使如此，在降压起动过程中，由于没有改变电源频率，过大的转差率的存在，也不可避免地会出现较大的过电流。对于重载起动的设备则需要采用变频软起动方案，即用变频器带动电机从零速开始起动，逐渐升压升速，直至达到其额定转速。变频软起动的优点是由于采用电压/频率按比例控制方法，所以不会产生过电流；并可提供等于额定转矩的起动力矩，故特别适合于需重载或满载起动的设备。

如果变频器仅仅承担软起动的任务，不作调速运行的话，则在变频器带动电机达到额定转速后，就要将电动机切换到工频电网直接供电运行，变频器可以再去起动其他的电动机。母管制多泵恒压供水系统就是一个典型的例子。当水压过高需要停泵时，为了避免“水锤效应”，也不允许突然切断水泵电源，而要求逐渐降低转速缓慢停车。这时就需要将电动机再切换到变频器拖动，实现减速停车。这样就不可避免地要进行电网和变频器之间的相互切换操作。 变频器的输出切换问题，目前尚未得到足够的重视，因而在认识上还存在着一些误区：一种看法是将变频器当作一般的交流电源，或者象软起动器一样，因而可以将电动机在变频器与供电电网之间任意切换；另一种看法则认为由于变频器自身的设计原理，是不允许变频器在运行中进行切换的。这两种看法都不免有失偏颇，所以有关变频器在拖动系统应用的文章中，碰到变频器的切换问题时，要么有意回避，不作具体描述；要么一语带过，用简单的一句“切换到电网运行”了之[3]。即使有些文章在切换问题上进行了一些探索[1][2]，但是也没有将这个问题的本质揭示出来，给人一种功亏一匮的感觉[1]。本文试图从技术和经济实用的角度出发，对变频器输出切换问题作进一步的分析探讨，不妥之处，欢迎同行们批评指正。

2变频器的输出切换方法分类

首先对目前工程设计中常用的变频器的输出切换方式进行大致的分类，然后再逐一加以讨论。

冷切换

变频器输出切换硬切换

热切换

软切换

冷切换在变频器停车停电时进行切换，等切换完成后再开机运行。

热切换在变频器运行中进行带电切换，又可分为

硬切换电动机在切换时要瞬时停电，因而难免会产生冲击。

软切换也叫同步切换，真正的不停电平稳切换。

冷切换是最安全、最简单的切换方式，但它只能用于可以间断工作的负载；对于需连续工作的负载，只能采用热切换的方式。

3硬切换的危害性及改进办法 3．1由变频器向电网切换

变频器拖动电机软起动，逐渐升速，当变频器输出频率达到50Hz，电压达到额定电压，电动机的转速也已达到额定转速时，快速将电动机从变频器切出，再立即投入电网运行。如果开关的速度快，碰巧也许不会出现过大的冲击电流，电动机在承受较小的电流和转矩冲击后正常全速运行。通常在切换前必须保证变频器的输出与电网电压同相序，并最好要进行电压的幅值、频率及相位跟踪，使其与电网尽量保持一致，否则将会引起严重的后果。另外，为了避免变频器突然甩负荷而使功率器件承受过大的电流电压冲击而损坏，故在将电动机从变频器切离之前，应先封锁变频器的输出。 当电动机断开电源后，由于定子开路，定子绕组中储存的磁场能量要经过较长的时间才能衰减完，而转子是短路的，转子电流将按一定的时间常数衰减，这个电流产生的磁通，因为转子还在旋转，就会在定子绕组中感应出电动势（反电势）。感应电势的频率和相位是随着转子转速的变化而变化的。当转子电流尚未衰减到零时，若合上电源，会因为电源电压与定子储能电势和转子感应电势的相位差而产生冲击电流，若合闸时电源电压与感应电势的相位差刚好为180°时，将会产生比起动电流还要大的冲击电流，这会影响到电网的安全运行及电动机的寿命。因此电动机在断开电源后，应该等转子电流充分衰减后再合上电源。转子电流衰减的时间视电动机容量的大小及其所带负荷的大小而异，一般为1～3s。

由电动机反电势引起的过电流与电动机起动时因为转