变频与工频切换功能的实现方式

1.需要进行变频和工频的切换的几种情况

1）故障切换。有些生产机械在运行过程中不允许停机，对于这些生产机械，当变频器由于发生故障而跳闸时，应能自动切换为工频运行，使生产机械不停机，同时进行声光报警。

2）程序切换。有的机械根据工艺特点，要求交替进行全速运行和低速运行。从节能的角度出发，全速运行时以切换为工频运行为宜。

3）运行切换。有的电动机在变频起动后，需要长期在工频频率下运行。另外，用户为了节省投资，常常采用一台变频器控制两台或多台电动机。这些都要求切换变频器的变频电源和工频电源。

①对于图6-4-8所示的主电路，QF为进线开关；KM₁将三相电源接至变频器的输入端；KM₃将变频器的输出端接至电动机M；KM₂将三相工频电源直接接至电动机M；FR为热继电器，用于工频运行时的过载保护。

切换的动作顺序，应先断开KM₃，使电动机脱离变频器，经适当延时后，再合上KM₂，将电动机接至工频电源。由于变频器的输出端是不允许与三相电源直接相连接的，因此KM₃和KM₂绝对不允许同时接通，相互之间必须有可靠的互锁。同时从KM₃断开到KM₂接通之间的延时时间是必要的，通常称为“切换时间”。

切换控制的基本要求：运行切换是从变频50Hz切换工频50Hz，切换前的转速应等于或接近于额定转速。

由于电动机具有在工频运行的可能性，因此必须接熔断器FU和热继电器FR；在进行控制时，变频器的输出接触器和工频接触器之间必须有可靠的互锁，防止工频电源与变频器输出端直接相连而损坏变频器。

变频器与工频电源的切换有手动和自动两种，都需要配外加电路。对于手动切换，在需要切换时用人工实现，控制电路简单。对于自动切换，控制电路较复杂，还需要对变频器进行参数预置。

变频器出现故障报警时，变频器的控制回路使电动机自动脱离变频器，称为故障报警时的变频器/工频电源切换。电动机需要长期在工频频率下运行时，变频器起动电动机运行达到工频频率后，使电动机自动脱离变频器，改由工频电源为电动机供电，称为自动变频器/工频电源切换。

②一台变频器控制多台电动机的主电路。例如在供水系统中，为了减少设备投资费用，常用一台变频器控制两台或三台水泵，如图6-4-9所示的主电路，QF₀为进线开关；KM₀将三相电源接至变频器的输入端；KM₂、KM₄、KM₆分别将变频器的输出端接至电动机M₁、M₂、M₃；KM₁、KM₃、KM₅分别将三相工频电源直接接至电动机M₁、M₂、M₃；FR₁、FR₂、FR₃为热继电器，用于工频运行时的过载保护。其加泵与减泵过程为：首先由1#泵在变频情况下工作；当用水量增大，1#泵工作频率已经达到49Hz或50Hz，而供水量尚不足时，经过短暂延时，确认需要加泵时，将1#泵切换为工频工作；同时变频器的输出频率迅速变为0Hz，然后将2#泵接至变频器，开始变频运行……反之，当用水量减少，水压偏高时，则关闭2#泵，仅由1#泵进行变频运行。

2.切换注意事项

切换电路如图6-4-8所示，变频切换到工频时首先使KM₃断开，然后再将KM₂闭合，即将变频运行切换到工频运行。

在切换过程中，首先变频器要停止输出，KM₃才能切换。由于变频器在工作中，电动机定子绕组中有电流，电动机又是一个感性负载，感性负载在通有电流时，要存储磁场能量，电场能量的大小为W=1/2Li²。如果变频器不停止输出，在切换的瞬间，这个磁场能量要通过KM₂的触点释放，因为切换时间很短，将产生很大的瞬时电弧功率，造成KM₃的触点熔化，并危及变频器的安全。因此，热切换是非常危险的。

当在切换前变频器停止了输出，电动机中电流为零，再切换就安全多了。当变频器停止输出后，电动机水泵因受到水的阻力，转速下降很快，如果切换时间较长，电动机的转速已经下降得较低，在切换到工频电源后将会增加电动机的起动电流。

基于以上分析，在变频—工频切换时，要考虑以下几点：

图6-4-8 切换控制的主电路

图6-4-9 一台变频器控制多台电动机的主电路

1）电动机从变频器切出前变频器必须停止输出，在停止输出后至少延迟0.1s，KM₃才能动作，不允许变频器停止输出和KM₃同时动作。

2）切换前变频器输出频率要达到50Hz，电动机切换到工频电源时要有一定延时，但其转速不要低于额定转速的80%。KM₃断开到KM₂闭合的切换延迟时间控制在0.2～0.4s。

3）变频器的输出相序和电动机的相序要相同（在安装调整时可能会使变频器的相序和工频电源的相序不同）。

3.变频与工频切换功能参数预置

切换控制电路如图6-4-10所示。若切换功能是在外部运行模式（Pr.79=2）时，必须为端子R₁、S₁提供独立的电源或接在KM₁的进线处。

接触器KM₁～KM₃的作用见表6-4-1，且KM₂与KM₃之间必须有机械互锁。

要实现工频与变频的切换必须正确地设置相关参数及有关端子功能。

（1）预置操作模式

通过功能预置和选择相应的控制端子，完成切换工作。由于变频器的切换功能只能在外部运行下有效，因此必须对运行模式进行预置：

Pr.79—预置为“2”，使变频器进入“外部运行模式”。即变频器的频率和起动、停止均由外部信号控制。(www.xing528.com)

图6-4-10 变频—工频切换控制电路

表6-4-1 接触器KM₁～KM₃的作用

Pr.79—预置为“3”，使变频器进入“组合运行模式”。即变频器的频率由PU单元控制，而起动、停止均由外部信号控制。

（2）对切换功能进行预置

工频与变频切换有关参数功能及设置值见表6-4-2。

表6-4-2 工频与变频切换有关参数功能及设置值

（续）

（3）部分输入/输出端子的功能设置

调整部分输入/输出端子的功能（多功能端子）：Pr.180～Pr.186—输入端子功能选择、Pr.190～Pr.195—输出端子功能选择。

部分输入/输出端子的功能设置见表6-4-3。

表6-4-3 部分输入/输出端子的功能设置

由图中可见，变频—工频切换接触器KM₁、KM₂、KM₃是由变频器的3个集电极开路输出端子（IPF、OL、FU）控制的，这3个端子是多功能输出端子，必须重新通过功能设置为接触器切换端子。

变频—工频切换是由CS端子控制的，该端子闭合，变频器运行；而断开时，工频运行。该端子也要重新设置。

R₁、S1端子是变频器供电电源输入端子，不管变频运行还是工频运行，变频器的控制电路都在工作，因此，该端子必须接在KM₁之前，当KM₁断开时，能保证变频器控制电路的正常供电。

变频器内部已经内置复杂的顺序控制功能，用于变频—工频的切换控制。因此，当设置了相关的控制端子和功能参数，只要输入起动、停止或自动切换选择信号，变频器便能自动地进行切换和实现电磁接触器的互锁。

在图6-4-10的控制端子中，MRS为切换允许控制，当该端子为ON时，允许切换；为OFF时，不允许切换。STF为运行控制端子，控制变频器运行或停止。OH端子为外部故障输入端子，当电动机过热时由该端子控制变频器跳闸停机。RES为复位端子，当变频器故障排除后由该端子复位。

4.各输入信号对输出的影响

当选择了切换功能有效，即Pr.135=“1”后，各输入信号的状态、功能与接触器ON/OFF状态的对应关系见表6-4-4。

表6-4-4 输入信号与接触器ON/OFF状态的对应关系

注：1.MRS=“ON”时，CS才能动作。MRS与CSAA同时为“ON”时，SFT（STF）才能动作，变频器才能运行。

2.如果MRS没用接通，既不能进行工频运行，也不能进行变频运行。

3.RES信号可以根据复位选择（Pr.75）来选择复位输入接受与否。