一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，該方法通過跟蹤工頻電壓波形的零相位，并以此來調(diào)整變頻電壓輸出的頻率，使得兩個(gè)電壓波形完全同步。本方案能夠有效解決泵組變頻輸出和市網(wǎng)工頻間的相位差問題，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻工頻間實(shí)時(shí)、快速以及安全的切換。
【專利說明】一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機(jī)變頻技術(shù)，具體涉及電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]在水泵泵組控制廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，特別是建筑，工業(yè)，市政，灌溉等領(lǐng)域。以典型的恒壓供水為例，存在多種控制模式，其中單變頻拖多工頻的方案最具經(jīng)濟(jì)性。但由于變頻、工頻切換存在相位差問題，限制了切換的實(shí)時(shí)性和電機(jī)功率段。由此在實(shí)際應(yīng)用中，由于泵組變頻輸出和市網(wǎng)工頻間存在相位差問題，使得電機(jī)在變頻、工頻之間無法快速切換，同時(shí)切換時(shí)還存在安全隱患。
[0003]由此可見，如何實(shí)現(xiàn)在變頻與工頻之間的實(shí)時(shí)安全的切換，是本領(lǐng)域亟需要解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有電機(jī)在變頻和工頻間切換所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻工頻間快速安全切換。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，該方法通過跟蹤工頻電壓波形的零相位，并以此來調(diào)整變頻電壓輸出的頻率，使得兩個(gè)電壓波形完全同步。
[0007]在優(yōu)選方案中，該方案過程如下:
[0008](I)提取工頻電壓的零相位脈沖和變頻電壓的零相位脈沖；
[0009](2)檢測(cè)工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖之間的同步點(diǎn)，并形成同步零位觸發(fā)脈沖；
[0010](3)由該同步零位觸發(fā)脈沖觸發(fā)產(chǎn)生一定時(shí)的工頻周期方波；
[0011](4)在該工頻周期內(nèi)，對(duì)同步零位觸發(fā)脈沖以及變頻電壓的零相位脈沖進(jìn)行檢測(cè)；
[0012](5)如果在該工頻周期內(nèi)，發(fā)生第二次同步零位觸發(fā)脈沖，則進(jìn)行變頻電壓和工頻電壓的切換；
[0013](6)根據(jù)變頻電壓的零相位脈沖的檢測(cè)結(jié)果在該工頻周期內(nèi)，對(duì)變頻電壓的頻率進(jìn)行微調(diào)，并轉(zhuǎn)入步驟步驟(I)。
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟(I)中提取變頻電壓的零相位脈沖時(shí)，首先拾取變頻輸出電壓波形，再進(jìn)行正弦濾波，最后對(duì)變頻的正弦信號(hào)進(jìn)行過零整形，獲取變頻電壓的零相位脈沖。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟(I)中提取工頻電壓的零相位脈沖時(shí)，首先拾取工頻電壓波形，接著對(duì)工頻電壓信號(hào)進(jìn)行過零整形，獲取工頻電壓的零相位脈沖。
[0016]再進(jìn)一步的，所述步驟⑴中對(duì)拾取的變頻輸出電壓波形和工頻電壓波形進(jìn)行衰減。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的同步點(diǎn)為工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率周期的最小公倍數(shù)時(shí)刻同時(shí)發(fā)生的過零點(diǎn)相位。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中在同步點(diǎn)時(shí)刻，將同時(shí)出現(xiàn)的工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖相與，獲得同步零位觸發(fā)脈沖。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟(6)步驟中:
[0020]如果在該周期內(nèi)檢測(cè)到變頻電壓過零的脈沖信號(hào)，則在該周期內(nèi)對(duì)變頻電源頻率進(jìn)行下降微調(diào)；
[0021]如果在該周期內(nèi)沒有檢測(cè)到變頻電壓過零的脈沖信號(hào)，則在該周期內(nèi)對(duì)變頻電源頻率上升微調(diào)。
[0022]根據(jù)上述方案，能夠有效解決泵組變頻輸出和市網(wǎng)工頻間的相位差問題，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻工頻間實(shí)時(shí)、快速以及安全的切換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0024]圖1為本發(fā)明中工頻信號(hào)和變頻信號(hào)電壓的波形圖；
[0025]圖2為本發(fā)明進(jìn)行電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0027]基于變頻輸出的頻率信號(hào)的相位隨機(jī)性，即使是同頻率在切換時(shí)也存在對(duì)電網(wǎng)的沖擊。本方案通過跟蹤工頻電壓波形的零相位，調(diào)整變頻輸出的頻率，使得工頻電壓的波形與變頻電壓的波形完全同步(即同相同頻)，此時(shí)在進(jìn)行電源切換。
[0028]具體的，由于兩個(gè)輸出頻率和相位完全不同的工頻電壓和變頻電壓將存在兩個(gè)不同周期的最小公倍數(shù)的零相位相交時(shí)刻。據(jù)此，本方案通過跟蹤該零相位相交時(shí)刻，并在此時(shí)進(jìn)行微調(diào)變頻的頻率，且在每個(gè)公倍數(shù)的零相位相交的時(shí)刻都進(jìn)行微調(diào)變頻的頻率，從而使得該最小公倍數(shù)產(chǎn)生的周期越來越小，直至該周期等于工頻周期，此時(shí)變頻電壓的波形與工頻電壓的波形完全同步，即可進(jìn)行工頻電壓和變頻電壓間的切換，從而有效避免對(duì)電網(wǎng)的沖擊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻工頻間實(shí)時(shí)、快速以及安全的切換。
[0029]基于上述原理，本方案的具體實(shí)施過程如下(參見圖1和圖2):
[0030]第I步，拾取要進(jìn)行切換的工頻電壓波形和變頻輸出電壓波形。
[0031]對(duì)于變頻輸出電壓，從變頻器的輸入主電源和輸出到電機(jī)的電源中提取相應(yīng)的同相信號(hào)，對(duì)變頻器的輸出電源信號(hào)要經(jīng)過正弦濾波，濾去變頻器的高次諧波。
[0032]第2步，提取取的變頻和工頻的電壓波形，經(jīng)過衰減，這樣使能夠在弱電電源下進(jìn)行處理；繼而再將工頻和變頻的正弦信號(hào)進(jìn)行過零整形，分別提取工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖(即獲取相應(yīng)的電壓過零脈沖信號(hào))。
[0033]對(duì)于提取到的工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖的出現(xiàn)周期，由于實(shí)際誤差的問題，一般存在以下兩種情況下(如圖1所示):
[0034]1.工頻大于變頻頻率或工頻小于變頻頻率；
[0035]2.同頻同相。
[0036]若出現(xiàn)同頻同相情況，即可進(jìn)行電源切換。
[0037]第3步，不同頻率的兩個(gè)正弦波，過零點(diǎn)的相位只有在兩個(gè)頻率周期的公倍數(shù)的時(shí)刻同時(shí)發(fā)生。針對(duì)提取到的工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖，實(shí)時(shí)檢測(cè)兩者之間的同步點(diǎn)，并形成同步零位觸發(fā)脈沖。
[0038]具體的，實(shí)時(shí)檢測(cè)工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率周期的最小公倍數(shù)時(shí)刻同時(shí)發(fā)生的過零點(diǎn)相位；并將這兩個(gè)過零時(shí)刻同時(shí)出現(xiàn)的脈沖相與，獲得同步零位觸發(fā)脈沖，該同步零位觸發(fā)脈沖觸發(fā)一個(gè)定時(shí)器，產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)20ms的T周期(工頻周期)。
[0039]第4步，在步驟3中產(chǎn)生的T周期內(nèi)，對(duì)同步零位觸發(fā)脈沖以及變頻電壓的零相位脈沖進(jìn)行檢測(cè)。
[0040]首先，檢測(cè)同步零位觸發(fā)脈沖；
[0041]如果在這個(gè)周期內(nèi)有發(fā)生第二個(gè)同步零位觸發(fā)脈沖，那就說明工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖的波形同頻同相，定時(shí)器將延長(zhǎng)定時(shí)周期，在延長(zhǎng)的周期時(shí)間內(nèi)執(zhí)行電機(jī)的電源切換；如果這個(gè)周期內(nèi)沒有發(fā)生第二個(gè)同步零位觸發(fā)脈沖，則進(jìn)行變頻電壓的零相位脈沖檢測(cè)。
[0042]接著，檢測(cè)變頻電壓的零相位脈沖(參見圖1):
[0043]如果在T周期內(nèi)檢測(cè)到變頻電壓過零的脈沖信號(hào)，則說明變頻電源輸出的頻率大于工頻電源頻率，在T周期內(nèi)對(duì)變頻電源頻率進(jìn)行下降微調(diào)，微調(diào)步長(zhǎng)根據(jù)靈敏度設(shè)置，作為舉例，下降微調(diào)的步長(zhǎng)為0.2Hz，并在下降微調(diào)后轉(zhuǎn)入步驟3。
[0044]如果在T周期內(nèi)沒有檢測(cè)到變頻電壓過零的脈沖信號(hào)，則說明變頻電源輸出的頻率小于工頻電源頻率，在T周期內(nèi)對(duì)變頻電源頻率進(jìn)行上升微調(diào)，微調(diào)步長(zhǎng)根據(jù)靈敏度設(shè)置，作為舉例，上升微調(diào)的步長(zhǎng)為0.1Hz，并在上升微調(diào)后轉(zhuǎn)入步驟3。
[0045]通過循環(huán)不斷的進(jìn)行檢測(cè)、微調(diào)，在每一個(gè)T周期都進(jìn)行一次針對(duì)變頻電源的微調(diào)，直至兩個(gè)電源頻率達(dá)到一致，在一個(gè)T周期內(nèi)出現(xiàn)兩次零位同步脈沖，使得待切換的工頻電壓的波形與變頻電壓的波形完全同步(即同相同頻)，有效解決泵組變頻輸出和市網(wǎng)工頻間的相位差問題，實(shí)現(xiàn)電機(jī)變頻工頻間實(shí)時(shí)、快速以及安全的切換。
[0046]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，該方法通過跟蹤工頻電壓波形的零相位，并以此來調(diào)整變頻電壓輸出的頻率，使得兩個(gè)電壓波形完全同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述跟蹤及切換的過程如下: (1)提取工頻電壓的零相位脈沖和變頻電壓的零相位脈沖； (2)檢測(cè)工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖之間的同步點(diǎn)，并形成同步零位觸發(fā)脈沖； (3)由該同步零位觸發(fā)脈沖觸發(fā)產(chǎn)生一定時(shí)的工頻周期方波； (4)在該工頻周期內(nèi)，對(duì)同步零位觸發(fā)脈沖以及變頻電壓的零相位脈沖進(jìn)行檢測(cè)； (5)如果在該工頻周期內(nèi)，發(fā)生第二次同步零位觸發(fā)脈沖，則進(jìn)行變頻電壓和工頻電壓的切換； (6)根據(jù)變頻電壓的零相位脈沖的檢測(cè)結(jié)果在該工頻周期內(nèi)，對(duì)變頻電壓的頻率進(jìn)行微調(diào)，并轉(zhuǎn)入步驟步驟(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述步驟(I)中提取變頻電壓的零相位脈沖時(shí)，首先拾取變頻輸出電壓波形，再進(jìn)行正弦濾波，最后對(duì)變頻的正弦信號(hào)進(jìn)行過零整形，獲取變頻電壓的零相位脈沖。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述步驟(I)中提取工頻電壓的零相位脈沖時(shí)，首先拾取工頻電壓波形，接著對(duì)工頻電壓信號(hào)進(jìn)行過零整形，獲取工頻電壓的零相位脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述步驟(1)中對(duì)拾取的變頻輸出電壓波形和工頻電壓波形進(jìn)行衰減。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述步驟(2)中的同步點(diǎn)為工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率周期的最小公倍數(shù)時(shí)刻同時(shí)發(fā)生的過零點(diǎn)相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述步驟(2)中在同步點(diǎn)時(shí)刻，將同時(shí)出現(xiàn)的工頻零相位脈沖和變頻零相位脈沖相與，獲得同步零位觸發(fā)脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電機(jī)變頻頻率跟蹤及切換方法，其特征在于，所述步驟(6)步驟中: 如果在該周期內(nèi)檢測(cè)到變頻電壓過零的脈沖信號(hào)，則在該周期內(nèi)對(duì)變頻電源頻率進(jìn)行下降微調(diào)； 如果在該周期內(nèi)沒有檢測(cè)到變頻電壓過零的脈沖信號(hào)，則在該周期內(nèi)對(duì)變頻電源頻率上升微調(diào)。
【文檔編號(hào)】H02P27/00GK104506110SQ201410527411
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】蘇壽喜 申請(qǐng)人:上海海泰克系統(tǒng)工程有限公司