变频器转工频运行

1 引言

随着交流变频调速技术在油田集输系统的广泛应用，电动机变频转工频时出现故障越来越受到人们的关注，尤其在大功率注水、供水、输送油气等电机的变频控制系统中，变/工频切换故障对油田生产产生了较大的影响，成为一个亟待解决的问题。

2 电机变/工频切换时存在问题与理论分析

在油田生产系统中，常常采用由一台变频器控制多台异步电动机的方案，通常称为“1拖N”，“1拖N”的基本工作情况是:首先由变频器控制“1号泵”启动运行;当需求液量增大，变频器的运行频率已经达到上限频率(通常等于工频)时，则将“１号泵”切换为工频运行。同时，变频器的输出频率迅速下降，并切换至“2号泵”，使“2号泵”变频起动，以此类推。因此，其切换特点是:在切换瞬间，变频器的输出频率基本上等于工频。但因为测量差异，电源频率的可能波动等原因，绝对相等是很难出现的。

电机由变频转工频状态运行，切换一般是在变频器输出电压、频率和电网电压、频率大小都相等的情况下进行的。表面上看，此时似乎可以进行平滑切换，不会对电机产生什么冲击。其实不然，在变频转工频切换瞬间，由于变频器输出电压起始相位具有随机性，它和电网电压相位完全有可能不一致，这将直接导致电机变频转工频时产生的瞬时电流具有随机性，有时会远远大于电机的额定电流。在生产中常表现为电机的过电流，而使空气开关跳闸，熔毁熔断器，交流接触器烧毁，严重时还会损坏电机设备。

下面结合三相异步电机任意一相的相量图（图1）对切换过程来加以说明。

方法二、在变频器内部集成锁相环。锁相环路是一种反馈电路，锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住。通过集成锁相环，切换时锁定变频器输出电压的相位和频率，保证工频电源和变频输出电源一致，从而方便的实现电机的同步切换。

下面引用一利用锁相环实现变频转工频的现场工业试验数据：

电机型号为Y315M2-4，功率为160kW。首先变频器拖动一台电机实现软启动，当变频器输出频率达到50HZ时，利用拨位开关引入锁相环，当锁相环进入锁定状态后，工频电源和变频电源相位和频率很快达到一致，几秒内能够迅速消除起始相位偏差。接着PLC发出指令，执行一系列操作，完成电机的快速切换。现场工业试验做了对比试验，记录了切换时的峰值电流，试验结果如下表所示：

试验次数直接切换利用锁相环切换

峰值电流/A 说明峰值电流/A 说明

1 >200 烧保险、跳闸 405 设备正常

2 >200 设备正常 390 设备正常

3 >1500 烧保险、跳闸 400 设备正常

4 >2000 烧保险、跳闸 41

5 设备正常

5 >2000 烧保险、跳闸 410 设备正常

从现场工业试验结果可以看出，直接切换几乎不能成功，及时偶尔切换成功，其切换电流也很大。采用锁相环后，成功地实现了大功率电机变频转工频，切换电流稳定在400A左右，约为额定电流的1.2倍。

方法三、在变频转工频的过程中，引入鉴频鉴相控制器。鉴频鉴相控制器是采用单片机控制的智能相位频率跟踪控制器，能准确跟踪变频器输入输出的相序、相

位和频率，保证变频器输入输出相序、相位频率一致时，对电机实现从变频到工频运行的无冲击切换。

在方法二中的现场工业试验中，也同时进行了设置鉴频鉴相控制器的对比试验，转换电流稳定在450A左右，约为额定电流的1.5倍，也保证了变频器、接触器等设备的安全运行。

结合编写过程中收集的资料及部分生产单位的实际运行经验显示，对于70kW及以下电机，变频转工频的切换冲击虽然存在，但导致生产运行故障、安全事故的案例较少；而对于70kW以上大功率电机，变/工频切换过程往往容易出现空开跳闸、接触器烧毁、电机过流等现象。