双并网开关三相锁相变频一体机及锁相方法技术

双并网开关三相锁相变频一体机及锁相方法，该一体机由主回路和控制回路组成，主回路由变频器，四个真空接触器，两个电压霍尔传感器和电机构成，控制回路由四个中间继电器、PLC和控制开关构成；系统工作时，由变频器来完成启动过程以及其输出电压对电网电压的锁相，PLC通过控制中间继电器的动作来完成对真空接触的开关控制，从而实现启动时变频器给电机供电，稳态时，待锁相和真空接触器切换完成后电网给电机供电的功能；本发明专利技术采用三相锁相技术对电网电压进行锁相，采用PI控制器将电网相位和变频器输出电压相位进行锁定；保证了电源切换过程发生时，二者电压相位的一致。

【技术实现步骤摘要】
双并网开关三相锁相变频一体机及锁相方法
本专利技术涉及一种电机拖动设备，具体涉及一种双并网开关三相锁相变频一体机及锁相方法。
技术介绍
随着我国煤炭企业对生产设备的安全性的要求日益提高，越来越多的矿用电机企业考虑将变频器和电机为一体进行设计，一体机也越来越受到市场的欢迎。传统的一体机只是机械的将变频器、PLC、继电器和电机等设备组装在一起，在一定程度上简化了设备的使用难度，提高了拖动系统的安全性。然而在实际生产过程中，一些电机长期工作于额定电压和额定转速下，并不需要变频器做太多控制，若此时将电机的电源由变频器改为正弦性更好的电网，那么电机效率和拖动系统的可靠性又将进一步提高。然而额定工况下变频器输出的电压频率和幅值虽然和电网较为接近，但是无法保证它们的相位相同，若直接进行切换，可能产生较大的冲击电流，对电机和电网造成巨大冲击。除此以外，传统一体机为了实现电源切换的功能，在安装时首先要测试使电机正转时电网的相序，而且电机只能在正转时才能完成供电电源的切换，这一特点使其在使用容错率和自由度上大大受限。
技术实现思路
为了避免现有一体机在使用时可能发生的故障，并对其性能缺陷进行弥补，本专利技术的目的在于提供一种双并网开关三相锁相变频一体机及锁相方法，将三相锁相锁相技术和一体机中变频器的运算能力相结合，实现变频器输出对电网电压的锁相，保证供电电源切换前后电机的输入电压相位和频率变化不大，大大减少了切换过程的冲击电流，增加了系统的可靠性；除此以外，电网到电机的接线采用双开关接法——电网正序和负序并联，然后供给到电机，对于不同的工况选择不同的接入线路，使得电机无论在正转还是反转时均能进行供电电源的切换，并且在系统安装时无需对电网相位进行判断。为了实现上述功能，本专利采用如下技术方案。一种双并网开关三相锁相变频一体机，由主回路和控制回路组成，主回路由变频器A、第一真空接触器KM1、第二真空接触器KM2、第三真空接触器KM3、第四真空接触器KM4，第一电压霍尔传感器T1、第二电压霍尔传感器T2和电机M1构成；控制回路由第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03、第四中间继电器K04，PLC和控制开关构成；变频器A是整个系统运算核心，和PLC通过通讯总线RS232进行通讯。启动时，变频器A输出一个电压和频率呈斜坡变化的启动电压，保证电机M1顺利完成启动；电机M1运行于稳态后，变频器A通过第一电压霍尔传感器T1和第二电压霍尔传感器T2测得电网电压，对电网电压相角进行计算，通过控制环节调整变频器输出电压的频率，使之相位跟踪电网相位，完成锁相后，再将开关切换指令通过通讯总线发送给PLC，由PLC完成后续的电源切换的控制；真空接触器是受控对象，系统共有四个真空接触器；第一真空接触器KM1的输入端连接电网，输出端连接变频器A的输入端；第二真空接触器KM2的输入端连接变频器A的输出端UVW，输出端连接电机的输入端U1V1W1；第三真空接触器KM3的输入端连接至电网的RST端，输出端连接电机M1的输入端U1V1W1；第四真空接触器KM4的输入端连接电网的RTS端，输出端连接至电机的输入端U1V1W1；PLC通过控制四个真空接触器的通断，完成整个系统不同运行状态之间的切换；第一电压霍尔传感器T1的输入连接电网的R相和S相，输出端连接变频器A的模拟量输入端In1,第二电压霍尔传感器T2的输入连接电网的S相和T相，输出端连接变频器A的模拟量输入端In2,第一电压霍尔传感器T1和第二电压霍尔传感器T2的输出地连接变频器A的GND端；这两个电压霍尔传感器的主要作用是采集电网的线电压，将采集得到的电压传递给变频器A作为锁相程序的输入信号；电机M1则为系统的控制对象，完成能量的输出；第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03和第四中间继电器K04均接在PLC上，由PLC控制其开关状态；第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03和第四中间继电器K04又分别串接在第一真空接触器KM1、第二真空接触器KM2、第三真空接触器KM3和第四真空接触器KM4的控制回路中，作为PLC控制指令的中转，直接驱动真空接触器动作；PLC通过通讯线，接收变频器A发送的指令，控制相关中间继电器的动作来控制真空接触器的动作，进而完成对真空接触器的控制；控制开关由第一控制开关S1、第二控制开关S2、第三控制开关S3和第四控制开关S4组成，分别控制启动的自动模式、手动模式、系统的启动和系统的停止。所述双并网开关三相锁相变频一体机的锁相方法，包括如下步骤：一、提取电网的主序分量第一电压霍尔传感器T1采集得到电网线电压URS，第二电压霍尔传感器T2采集得到电网线电压UTS，通过(1)(2)(3)式求出电网RST三相的相电压ur、us、ut：令va＝ur，vb＝us，vc＝ut，以R-S-T顺序为正序，R-T-S顺序为负序，用(4)式求出电网正序电压分量其中复数j用移向90°的全通滤波器实现；用(5)式求出电网负序分量当三相不对称时，和都大于零；比较和的大小，绝对值大的即为电网的主序分量；三相对称时，和有一个不为零，不为零的项即为电网的主序分量；二、对主序分量进行坐标变换记a、b、c三相主序分量或为利用3‐2变换，将变换到两相静止坐标系下，得到静止坐标系下的沿a相的电压分量和a相垂直的电压分量三、电网电压相角的计算将两相静止坐标系下的电压分量和以电网电压相角的估计值为旋转电压角度，进行静止‐旋转变换，如(6)式所示，得到沿方向的电压分量和垂直于方向的电压分量经变频器内的PI控制器运算，得到估计频率的变化量，该变化量加上电网频率的基频ωff再经过积分运算，将积分运算的结果对2π求余数，该余数即为新的电网电压相角估计值再利用新的电网电压相角估计值为旋转电压角度，进行静止‐旋转变换，求出新的垂直于方向的电压分量如此往复直到为零，PI调节器输出不变，说明此时的锁相得到的相角和实际旋转电压的相角相同，电网电压相角计算完成；四、变频器输出电压相角计算变频器A内控制各相电压输出的量是各相的占空比给定值，某相的输出电压和该相的占空比给定值成正比，用三相占空比给定Du、Dv、Dw通过3‐2变换，得到两相静止坐标系下的等效占空比Dd和Dq；用等效占空比Dd和Dq求得变频器A输出的电压相角θr，反正切取θr∈[0,2π)五、变频器输出电压和电网电压的锁相规定以U-V-W顺序为变频器A输出电压的正方向，并规定以此相序供电时电机的旋转方向为正；电网主序分量结合电机M1的旋转方向做相应的变换，得到电机锁相的给定相角θref；电机锁相的给定相角θref在不同条件下的计算如下表：表1锁相角给定值的计算将给定相角θref和变频器输出电压相角θr作差，差值通过变频器内的PI控制器运算，得到变频器输出电压的给定频率变化量，该变化量再经过一个幅度为±0.5Hz的限幅环节，得到最终的变频器输出电压的给定频率变化量Δfr；变频器原给定频率fr加上给定频率变化量Δfr就是新的变频器输出给定频率如此往复运算，直到θref和θr的差值小于5度，则锁相已完成；六、切换开关的选择切换开关的选择要结合电网的主序分量情况和电机M1的旋转方向而定，真空接触器具体的切换规则如表2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双并网开关三相锁相变频一体机，其特征在于：由主回路和控制回路组成，主回路由变频器A、第一真空接触器KM1、第二真空接触器KM2、第三真空接触器KM3、第四真空接触器KM4，第一电压霍尔传感器T1、第二电压霍尔传感器T2和电机M1构成；控制回路由第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03、第四中间继电器K04，PLC和控制开关构成；变频器A是整个系统运算核心，和PLC通过通讯总线RS232进行通讯。启动时，变频器A输出一个电压和频率呈斜坡变化的启动电压，保证电机M1顺利完成启动；电机M1运行于稳态后，变频器A通过第一电压霍尔传感器T1和第二电压霍尔传感器T2测得电网电压，对电网电压相角进行计算，通过控制环节调整变频器输出电压的频率，使之相位跟踪电网相位，完成锁相后，再将开关切换指令通过通讯总线发送给PLC，由PLC完成后续的电源切换的控制；真空接触器是受控对象，系统共有四个真空接触器；第一真空接触器KM1的输入端连接电网，输出端连接变频器A的输入端；第二真空接触器KM2的输入端连接变频器A的输出端UVW，输出端连接电机的输入端U1V1W1；第三真空接触器KM3的输入端连接至电网的RST端，输出端连接电机M1的输入端U1V1W1；第四真空接触器KM4的输入端连接电网的RTS端，输出端连接至电机的输入端U1V1W1；PLC通过控制四个真空接触器的通断，完成整个系统不同运行状态之间的切换；第一电压霍尔传感器T1的输入连接电网的R相和S相，输出端连接变频器A的模拟量输入端In1,第二电压霍尔传感器T2的输入连接电网的S相和T相，输出端连接变频器A的模拟量输入端In2,第一电压霍尔传感器T1和第二电压霍尔传感器T2的输出地连接变频器A的GND端；这两个电压霍尔传感器的主要作用是采集电网的线电压，将采集得到的电压传递给变频器A作为锁相程序的输入信号；电机M1则为系统的控制对象，完成能量的输出；第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03和第四中间继电器K04均接在PLC上，由PLC控制其开关状态；第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03和第四中间继电器K04又分别串接在第一真空接触器KM1、第二真空接触器KM2、第三真空接触器KM3和第四真空接触器KM4的控制回路中，作为PLC控制指令的中转，直接驱动真空接触器动作；PLC通过通讯线，接收变频器A发送的指令，控制相关中间继电器的动作来控制真空接触器的动作，进而完成对真空接触器的控制；控制开关由第一控制开关S1、第二控制开关S2、第三控制开关S3和第四控制开关S4组成，分别控制启动的自动模式、手动模式、系统的启动和系统的停止。...

【技术特征摘要】
1.一种双并网开关三相锁相变频一体机，其特征在于：由主回路和控制回路组成，主回路由变频器A、第一真空接触器KM1、第二真空接触器KM2、第三真空接触器KM3、第四真空接触器KM4，第一电压霍尔传感器T1、第二电压霍尔传感器T2和电机M1构成；控制回路由第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03、第四中间继电器K04，PLC和控制开关构成；变频器A是整个系统运算核心，和PLC通过通讯总线RS232进行通讯。启动时，变频器A输出一个电压和频率呈斜坡变化的启动电压，保证电机M1顺利完成启动；电机M1运行于稳态后，变频器A通过第一电压霍尔传感器T1和第二电压霍尔传感器T2测得电网电压，对电网电压相角进行计算，通过控制环节调整变频器输出电压的频率，使之相位跟踪电网相位，完成锁相后，再将开关切换指令通过通讯总线发送给PLC，由PLC完成后续的电源切换的控制；真空接触器是受控对象，系统共有四个真空接触器；第一真空接触器KM1的输入端连接电网，输出端连接变频器A的输入端；第二真空接触器KM2的输入端连接变频器A的输出端UVW，输出端连接电机的输入端U1V1W1；第三真空接触器KM3的输入端连接至电网的RST端，输出端连接电机M1的输入端U1V1W1；第四真空接触器KM4的输入端连接电网的RTS端，输出端连接至电机的输入端U1V1W1；PLC通过控制四个真空接触器的通断，完成整个系统不同运行状态之间的切换；第一电压霍尔传感器T1的输入连接电网的R相和S相，输出端连接变频器A的模拟量输入端In1,第二电压霍尔传感器T2的输入连接电网的S相和T相，输出端连接变频器A的模拟量输入端In2,第一电压霍尔传感器T1和第二电压霍尔传感器T2的输出地连接变频器A的GND端；这两个电压霍尔传感器的主要作用是采集电网的线电压，将采集得到的电压传递给变频器A作为锁相程序的输入信号；电机M1则为系统的控制对象，完成能量的输出；第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03和第四中间继电器K04均接在PLC上，由PLC控制其开关状态；第一中间继电器K01、第二中间继电器K02、第三中间继电器K03和第四中间继电器K04又分别串接在第一真空接触器KM1、第二真空接触器KM2、第三真空接触器KM3和第四真空接触器KM4的控制回路中，作为PLC控制指令的中转，直接驱动真空接触器动作；PLC通过通讯线，接收变频器A发送的指令，控制相关中间继电器的动作来控制真空接触器的动作，进而完成对真空接触器的控制；控制开关由第一控制开关S1、第二控制开关S2、第三控制开关S3和第四控制开关S4组成，分别控制启动的自动模式、手动模式、系统的启动和系统的停止。2.权利要求1所述双并网开关三相锁相变频一体机的锁相方法，其特征在于：包括如下步骤：一、提取电网的主序分量第一电压霍尔传感器T1采集得到电网线电压URS，第二电压霍尔传感器T2采集得到电网线电压UTS，通过(1)(2)(3)式求出电网RST三相的相电压ur、us、ut：令va＝ur，vb＝us，vc＝ut，以R-S-T顺序为正序，R-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孔照，张鸿年，周利安，王海军，刘晓军，
申请(专利权)人：宁夏西北骏马电机制造股份有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64