切換過程如下：

1)斷開接觸器KM2，切斷電動機與變頻器之間的聯系;

2)接通接觸器KM4，為電動機感應電動勢提供釋放通路;

3)斷開接觸器KM4;

4)接通接觸器KM3，將電動機投入到工頻電源上。

圖9 是接觸器KM4 作用之后對電動勢影響的對比圖。由圖9可以看出，KM4提供通路的作用時間約為300 ms，與一般狀態同一時刻的感應電動勢幅值相比小了很多。適當控制KM4的作用時間，讓其幅值減小到額定電壓的1/3 以下就可以了。這樣，即使由變頻切換至工頻電源時感應電動勢與工頻電源的相位相差180毅，吟U 也不會超出其許可的安全范圍了。

此方法簡單易行，安全可靠，成本增加較小，但仍存在不小的電流沖擊。通過試驗和現場測試，在KM4 的作用過程中，會加快電機的轉速下降，KM4 的作用對電機轉速的影響比對感應電動勢幅值的影響要明顯得多。所以此種切換方法的沖擊

電流約為額定電流的3~5倍。

3.2 在回路中串入電抗

在回路中串入電抗器的電路如圖10 所示。

切換過程如下：

1)斷開接觸器KM2，切斷電動機與變頻器之間的聯系;

2)接通接觸器KM4，在電源與電機間串入L;

3)接通接觸器KM3，將L 短路掉，將電動機投入到工頻電源上;

4)斷開接觸器KM4，完成切換。

通過合理設計參數L，就可以將電機分擔的電壓控制在允許范圍之內，順利完成切換。

此切換方法控制簡單，較為安全。但電抗器體積龐大，成本增加較多。沖擊電流峰值較大，但持續時間短。通過試驗和現場測試，此種切換方法的沖擊電流峰值約為額定電流的4~5.5倍。

3.3 相位檢測

該方法應首先保證在KM2斷開時刻，變頻器的輸出與工頻電源是同相位的。圖7 中C-E 時間的長短取決于感應電動勢頻率的變化，而感應電動勢的頻率是由電機的轉速決定的。斷電后電機及其拖動系統處于自由制動過程。根據電力拖動原理，在自由制動過程中，轉速的基本表達式是

按照過渡過程的一般規律，拖動系統的機械時間常數tp約為系統自由停機時間的1/3。各種系統自由停機的時間是不同的，有的為十幾s 的時間，而有的就長達十幾min 甚至幾十min。在停機時間較長的系統中，在同相位時，可以比較容易的在C-E時間段內完成斷開KM2接通KM3的過程，接觸器KM2、KM3的動作時間可以忽略。但在停機較快的系統中，必須考慮接觸器的動作時間。接觸器的動作時間往往決定著切換控制的成敗。

因感應電動勢的頻率與電機轉速是成正比關系，所以在自由制動過程中，電動機感應電動勢的基本表達式可依據公式(1)寫成

由式(2)分別作出tp=20 s、60 s、120 s時的電動機感應電動勢頻率衰減曲線，如圖11 所示。

由圖11 可以看出隨著時間的推移，感應電動勢的相位與工頻電源的相位逐漸拉開，tp 越小拉開越快，t1 時刻tp=20 s的相位僅比初始動作時間推遲了40 ms 的時間，但與工頻相比相位差幾乎達到了90毅，這時的吟U 就會較大，有可能造成切換的失敗;但tp=120 s的相位比初始動作時間推遲了80 ms 的時間，與工頻相比相位差只有60毅左右，吟U就不會超過工頻電源電壓，可以安全的切換。通過以上分析可知，該切換方法對停機過程較長的系統可以比較容易實現，而停機過程較短的系統就不太適用了。

4 JD-BP 系列變頻-工頻軟切換裝置

山東新風光電子科技發展有限公司在相位檢測的理論基礎上，開發出了JD-BP 系列變頻-工頻軟切換裝置。該裝置運用了提前切換的控制思想，在大量試驗和現場測試的基礎上成功解決了電動機變頻與工頻的切換問題。運用該裝置的大慣性的切換系統，在轉換瞬間幾乎看不到電流的波動，電動機及其拖動系統也無振動現象。在降速過程較快的供水系統中切換瞬間的最大沖擊電流的峰值也被控制到了1.5 倍的額定電流以下，取得了令人滿意的效果，本裝置已被國家知識產權

局評定為實用新型國家專利，現介紹如下。

4.1 提前切換的目的

該裝置對通過檢測相位的方法進行了完善，以提前動作的方法來彌補接觸器動作的延遲。變頻器的輸出和工頻電源如果都是絕對的50 Hz，那么兩者之間的相位差是固定不變的，這樣就談不上相同相位時刻的切換問題。即使由于兩者的誤差

而引起出現同相位的時刻，也會因其隨機性太大，而不能用到實際的控制中。在實際的應用中，將變

頻器的輸出頻率稍微調高一些，這樣就可以比較容易地得到它與工頻電源同相位的時刻了，并且保持在每一個同相位時刻來臨之前，使變頻器輸出的電壓相位總是超前于工頻電源相位。在該段時間的某一時刻斷開變頻器的輸出，則電動機的

感應電動勢的相位也是超前于工頻電源的。因此，隨著切換過程的推移，電動機感應電動勢的頻率逐漸下降，這樣就可在與工頻電源同相位時投入工頻電源，從而順利完成電動機從變頻運行到工頻運行的切換。雖然有些系統中提高電機的轉速會對系統產生影響，但由于頻率提升很小，而且切換過程短，所以其影響可忽略。

4.2 切換過程

當系統中的變頻器運行到50 Hz，并且經過確認需要向工頻切換時，軟切換裝置開始檢測工頻電源與變頻器輸出的相位，根據調試時的設定，升高變頻器的頻率，頻率到達后系統再向軟切換裝置發出切換命令。軟切換裝置在得到系統發出的切換指令后，捕捉到同相位時刻，命令系統斷開接觸器KM2，接通接觸器KM3。兩接觸器之間是互鎖的，但兩者之間并沒有人為的延時，得到的切換命令是同時的。

4.3 效果分析

圖12是tp=20 s 的電動機感應電動勢的等效曲線與工頻電源的相位比較圖。

圖12 中等效曲線的t0-t1 階段是變頻器輸出在50.5 Hz 時的等效曲線，t1 右側是斷開變頻器后電動機感應電動勢的頻率衰減曲線。由此圖可以看出t1時刻兩者的相位差也只有60毅左右，t3時刻兩者的相位差不到60毅，考慮到接觸器動作的延遲，在t3 時刻之前投入工頻電源是安全的。通過調整我們可以在t2時刻前后投入工頻電源，這樣可以將吟U降到最小。同時由于整個過程沒有延時，切換時間短，再加上頻率的升高，電機轉速下降極少，更有利于減小沖擊電流。

5 結語

該裝置電路簡單，附屬電路少，抗干擾能力強，切換效果好，可適用于各種變頻-工頻轉換的系統。