变频器输出切换的问题
    
　　变频泵循环运行方式优点很多，但实现起来却较复杂，关键问题是变频器输出切换的问题。在非同步状态下，即变频器的频率和相位与工频电源的频率和相位不一致时，将水泵电动机从变频器供电切换到工频电网供电，将可能遇到很大的电流冲击。如果在水泵电动机脱离变频器后，等待一段时间（1－2s），待电动机的反电动势降下来后再接到工频电源，则流过电动机的电流约为电动机额定电流的5倍；如果不等待切换，即在电动机的反电动势比较高时切换，若电动机的反电动势与工频电源电压的相位差正好为180°，则情况最糟，电流将会达到电动机直接起动时电流的2倍，即一般的异步电动机将流过额定电流10倍左右的电流，对供电电网和电动机会产生过大的电流冲击。

　　目前，多数变频泵循环运行方式的供水系统（包括应用变频器供水控制基板组成的系统）采用延长切换时间的办法（一般超过1s），来避开相位不一致造成的电动势叠加，等电动机的感应电动势降下来后再切人工频电源，但此时电动机（水泵）的速度已很低，切换后电动机瞬间电流基本等于直接起动电流（5倍的电动机额定电流），使变频泵向工频电网切换成为了水泵的工频直接起动；再者，变频泵循环运行方式中，变频泵向工频电网切换次数，多于变频泵固定运行方式中工频泵起动次数。以上原因导致，变频泵循环方式会比变频泵固定方式更多次地冲击电网、水泵和管网中的管路、阀等设各，更加上变频泵循环方式控制复杂，或用户设计不当等原因，会大大降低设各的可靠性。

　　针对这种状况，可以采用监频监相控制器，用来监视切换时变频器输出的频率和相位，当其与工频电源的频率和相位一致时，再完成水泵由变频器电源的切换，使切换后瞬时电流大致等于电动机的额定电流，基本上实现对生产和电网无任何影响的无扰动切换。

　　（1）监频监相控制器工作原理 监频监相控制器监视变频器输出频率和工频电源频率（基本上是50Hz），当两者相差小于0.2Hz时，控制器开始检测变频器输出电压与工频电源的相位差，当相位差小于5°（最大相差180°）时，控制器输出信号，给变频供水系统提供可以进行切换的信息。其电路原理框图如图 1所示。 
     

　　图1 监频监相控制器电路原理框图

　　图1中，工频三相电源、变频器的三相输出作为控制器的输人，信号经取样整形电路、隔离放大电路，进入单片机，单片机对两种电源的频率、相位进行计算判断后，在显示单元显示相应的输入/输出频率，指示灯指示两种电源是否同频、同相，当变频器输出相位、频率与工频电源相位、频率一致时，控制器给出继电器输出信号（或晶体管集电极开路输出信号）。同时，当出现工频电源断相，或者变频器输出相序与工频相序相反等故障时，控制器都可给出相应提示。

　　（2）无扰动切换的实现 以ABB公司的ACS401型变频器和SIEMENS（西门子）公司的CPU224型可编程序控制器组成的变频器循环运行方式为例，来介绍无扰动切换的实现，电路原理图如图2所示。

　　系统由变频器、监频监相控制器、可编程序控制器和接触器、继电器、转换开关及运行旋钮等组成。在用水量增大，变频器输出频率升至工频电源频率时，系统进入切换等待时期，当变频器输出相位与工频电源相位一致时，监频监相控制器输出同相信号，可编程序控制器通过切换接触器把变频泵从变频电源切换到工频电源，实现无扰动切换。在实际应用中，有以下几个问题值得注意：

　　1）在进行切换时，不宜直接从变频器输出侧断开运行中的电动机（水泵），因为断开瞬间的电流电压冲击不利于变频器中的功率开关器件，不仅会减损其寿命，甚至会导致其损坏。在保护功能比较完善的高品质变频器中，直接从输出侧断开运行中的电动机（水泵），会导致变频器故障停机，如ABB的ACS600系列变频器，此时会提示OVERCURRENT（过电流）而停机。切换的步骤一般应为：第一步使变频器停机，第二步在其输出侧进行切换操作，第三步是在切换完成后，变频器带另一台水泵重新起动。以图2中变频泵由2号泵转为3号泵为例，第一步继电器KA断开，变频器自由停机；第二步断开接触器KM3，闭合KM4，2号水泵切换至工频电源；第三步闭合KM5，闭合KA，变频器带3号水泵开始运行。

　　2）在变频器输出频率和工频电源的频率基本相同时，同相信号出现的频率是工频电网的频率与变频器输出频率之间差值的倒数，即

　                                   　fT＝1/|（fcomN-fvAR）|

具有无扰动切换功能的 
      
　　图2    具有无扰动切换功能的
　　变频泵循环运行方式原理图

　　式中fT——同相信号出现的频率；

 　　fCON——工频电网的电源频率；

     　fVAR——变频器的输出频率。

　　如果变频器输出频率和工频电源的频率相差为0.01 Hz，则同相信号100s出现一次。在实际应用中，可对变频器最大输出频率进行调整，以调整同相信号出现的频率。

　　3）在变频器输出电压和工频电源同频同相，进行变频泵向工频电网的切换时，切换动作一定要迅速，以免相位偏离增大，导致切换时扰动增大。一般把切换过渡过程控制在20ms以内。