簡介： 工業頻率在一臺變頻器控制多臺大功率異步電動機軟啟動的情況下，必然涉及到異步電動機變頻轉工頻的切換過程，在此過程中被切換電機就可能出現定子繞組電壓過大從而產生過大的切換沖擊電流，對電動機的電氣特性和機械特性造成破壞性損傷。本文針對異步電動機變頻轉工頻的切換過程進行了詳細分析，同時對限制切換沖擊電流提出了解決的思路。 關鍵字：交流異步電動機 變頻轉工頻 切換 1 問題提出 在由一臺變頻器控制多臺大功率異步電動機軟啟動的過程中，先啟動的電動機的供電電壓在頻率和大小由0HZ/0V逐漸上升到電網電壓的大小和頻率后（50HZ/380V），由變頻器供電的變頻電源和由電網供電的工頻電源已經沒有多大區別，此時電動機已完全可以從由變頻器提供的變頻電源切換到由電網供電的工頻電源上，讓出變頻器控制下一臺大功率異步電動機的軟啟動。在上述電機由變頻到工頻快速切換過程中，必須保證切換電流不能過大，特別是對大電機來說更是如此。 由前面的敘述可知，電機由變頻轉工頻的切換一般是在變頻器輸出電壓和電網電壓的頻率、大小都相等的情況下進行的，表面上看，此時兩個電源輸出電壓的大小、頻率都相等，似乎可以進行平滑切換，不會對電機產生什么沖擊。其實不然，一個沒有考慮到的關鍵性的問題是——相位，即兩個電源電壓變化的步調是否一致。 2 問題分析——相位不一致對變頻／工頻切換過程的影響 在變頻轉工頻切換瞬間，由于變頻器輸出電壓起始相位具有隨機性，它所輸出的三相電源相位和電網工頻電源相位完全有可能不一致，這種情況對切換過程的影響可用三相異步電機任意一相的相量圖（圖1）來加以說明。 根據電機原理，三相電動機正常運行時，以同步轉速旋轉的主磁場將在定子三相繞組內感應對稱的三相電動勢。三相異步電動機每一相定子線圈產生的感應電動勢和定子每相所加的電源電壓只是頻率相同，幅值不等，相位也不一致，在相量圖上表現為與-存在一定的夾角。對大功率電動機來說，若斷開電源后，斷開，雖然主磁場消失，但曾經被主磁場磁化的轉子鐵芯依然存在剩磁，與此同時由于慣性轉子依然高速旋轉，在定子線圈產生的感應電動勢并不會在極短的時間內消失，只是有所衰減。由于變頻轉工頻時間極短，定子線圈產生的感應電動勢依然存在，因此必須充分考慮對切換過程的影響。 [align=center] 圖1 三相異步電機變頻轉工頻相量圖[/align] 當水泵電機處于變頻運行時，變頻器輸出電壓起始相位具有隨機性，只是保證了兩相之間的電壓相位差為120[sup]0[/sup]。當其輸出頻率上升到50HZ后，我們進行變頻轉共頻的切換，假設此時變頻器三相電壓的某一相為，電動機相應一相定子線圈產生的感應電動勢為，與之相對應的工業電網工頻電壓中的一相為 ，它與存在相位差φ，如圖1所示。切換后，加在電動機定子繞組上的將與電動機定子繞組本身尚存的感應電動勢進行疊加，使得電動機每相定子繞組承受的總的電壓為U=+。仔細觀察圖4-8可知，如果與的相位差在0[sup]0[/sup]～180[sup]0[/sup]之間由φ增大到φ，則電動機每相定子繞組承受的總的電壓由增大到。當與的相位差在0[sup]0[/sup]～180[sup]0[/sup]之間增大到與同相時，這種疊加最為強烈，電動機每相定子繞組承受的總的電壓大小直接變為U[sub]2[/sub]+E[sub]1[/sub]，這個電壓已經遠遠超過電動機可以承受的額定電壓，它將引起電機電流過大、絕緣嚴重受損等諸多嚴重問題。因此，大功率電機切換過程中變頻電源和工業電網工頻電源的相位是否一致是切換成功與否的關鍵因素。 3 解決思路 根據上面的分析，大功率三相異步電動機由變頻電源到工業電網工頻電源切換成功與否關鍵是在于切換時機的把握上。如圖1所示，如果我們把與-同相位這一瞬間作為切換時刻，此時與的相位相反，定子繞組承受的總電壓大小|U|=|+|= U[sub]2[/sub]-E[sub]1[/sub]將是最小，這一瞬間進行切換，將會實現變頻轉工頻的最佳切換。但是，這種最佳切換實現起來比較困難，主要在于檢測比較困難。既然最佳切換不容易實現，那么我們退而求其次，如果我們把與同相位這一瞬間作為切換時刻，觀察圖1的相量圖可知，此時定子繞組承受的總電壓U=+雖然不如最佳切換時的總電壓|U|=|+|= U[sub]2[/sub]-E[sub]1[/sub]小，但也將是非常小的，況且檢測的相位比起檢測來要容易得多。如果我們使用鑒頻鑒相控制器對變頻電源和電網工頻電源的相位進行檢測，當檢測到兩者相位一致時便發出切換指令，便可實現大功率異步電動機的順利切換。