變頻器在諸多場合得到了廣泛的應用，它不僅可以解決大慣量負載啟動時的電機啟動困難問題，同時也解決了一些特殊場合下電機的啟動困難問題，例如油田稠油中潛油泵的啟動，避免了電機在長時間、大電流作用下可能帶來的損害。出于節(jié)約和可靠性方面的考慮，實際應用中有時采用變頻啟動然后切換到工頻上的辦法。切換有兩種，一種是重疊切換，一種是非重疊切換。兩者的主要區(qū)別是工頻電源與變頻電源有沒有交疊，如果有則為重疊切換，反之則為非重疊切換。無論是哪一種，所要求的條件基本一致，也就是變頻與工頻電源必須保持電壓、頻率、相位一致。

　　有一個簡單的方法可以得到工頻與變頻的同步狀態(tài)：調(diào)整變頻電源，使它的輸出頻率與工頻電源的基本一致。這樣經(jīng)過一定時間后，兩者的相位就會相同，基本上可以滿足切換條件。在這種結(jié)構(gòu)中，如果兩個電源的頻率相差很小或者較大，對同步都有不利的影響：若頻率完全一致、相角差為90*，則同步發(fā)生在時間上的無窮遠處，因此不現(xiàn)實；當頻率相差較大時，兩個相位一致的時刻相隔較小，因此，切馮志華（1%4-），男，副教授、碩士，主要從事設備狀態(tài)監(jiān)測及工業(yè)自動化方面的工作；劉志剛（1971-），男，博士研究生。

　　換過程的延遲將加大相角差，從而帶來切換的電流沖擊，因此，這種方式下的切換取得好的效果比較難。

　　如果能使變頻器的輸出跟蹤工頻電源變化而變化同時使兩者的相位差為零，則可以大大提高切換的可靠性，同時提高切換的速度。依據(jù)這種考慮本高達500：1的頻率跟蹤范圍，使環(huán)路在各種不同的起始條件下，都能鎖定，因而比頻率捕獲范圍僅有*30%的鑒相器PDI有更廣泛的應用。

　　鎖相環(huán)的跟蹤特性可以用線性反饋控制系統(tǒng)的一般理論來研究。當相角差較小的情況下，環(huán)路的傳遞函數(shù)可依據(jù)分析得到，表示為：文給出了設計方案。

　　2鎖相環(huán)路分析設計方案的方框圖見。當需要切換的時候，變頻器的輸出頻率能自動調(diào)整到與工頻電源一致，并能長期保持，即鎖定。這樣就徹底解決了上述方案存在的問題。這里的頻率跟蹤是通過反饋環(huán)實現(xiàn)的，利用了鎖相環(huán)的原理。

　　變頻器的反饋同步控制原理為了使變頻器的輸出能跟蹤工頻電源的變化而變化，需要使用鎖相環(huán)回路。一般鎖相環(huán)可以用表示。它主要由鑒相器（PD）、壓控振蕩器（VC0）、低通濾波器（LPF）三部分組成。

　　壓控振蕩器（VC0）的輸出C/.接至相位比較器的一個輸人端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓％大小決定。施加于相位比較器另一個輸入端的外部輸入信號與來自壓控振蕩器的輸出信號R相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓％正比于f/，和f/.兩個信號的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量和噪音后，得到一個平均值電壓％。這個平均值電壓％將縮小VC0輸出頻率和輸人頻率之差，直至VC0輸出頻率和輸人信號頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩相位差保持恒定，稱同步或相位鎖定狀態(tài)。VC0可在某一范圍內(nèi)自動跟蹤輸人信號的變化。如果輸入信號頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相環(huán)能捕捉到輸人信號頻率，并強迫VC0鎖定在這個頻率上。

　　鑒相器有兩種形式以常用的CD4046為例，它具有兩個獨立的鑒相器PDI與PDD.PDn是數(shù)字式鑒頻鑒相器，用脈沖后沿觸發(fā)來進行工作，屬邊沿觸發(fā)型電路。pdn的特點是可保證環(huán)路具有足夠的捕獲范圍，使環(huán)路在各種不同的起始條件下都能鎖定。采用鑒頻鑒相器pdn可保證環(huán)路具有其中札（s）=燈（s）j.而濾波器的傳遞函數(shù)根據(jù)具體形式有很多種，理想二階環(huán)為：在方案中，VC0就是變頻器（VFD），希望它的頻率能鎖定在工頻頻率上。

　　基本鎖相環(huán)的傳遞函數(shù)3同步系統(tǒng)構(gòu)成及其分析一個實際的、可用在強干擾下的變頻切換系統(tǒng)如所示。其中VFD為變頻器，Cl、C2為真空接觸器，IS01、IS02為電壓隔離器件，LPF1、LPF2、LPF3為低通濾波器，M為電機，VS為電平轉(zhuǎn)換電路。

　　切換系統(tǒng)工作原理框圖這里使用變頻器的壓控工作模式，通過外部控制電壓控制變頻器的輸出。由于鑒相器的輸出為0~5V，可以通過變頻器的參數(shù)設置，使它在這個范圍內(nèi)的輸出頻率為0~50Hz.這樣就存在一個問題：如果將鑒相器的輸出直接反饋到變頻器的控制同步跟蹤相角誤差結(jié)語本系統(tǒng)將鎖相環(huán)和變頻器有機地結(jié)合在一起，（下轉(zhuǎn)第442頁端，那么變頻器的輸出頻率將會在從圍內(nèi)變化，。

　　傳遞函數(shù)經(jīng)整理后可得H（S）=這里K=.系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件可以看到，濾波器2的引人對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有不利的影響。當a=時，系統(tǒng)一般是穩(wěn)定的。在已知的中，對濾波器2都沒有進行分析，這實際上是不完善的。幾乎所有的變頻器，它的輸出都不能直接拿來輸入到鑒相器使用，因此它的波形比較復雜，不是方波或者正弦波。

　　本文對由組成的系統(tǒng)進行了實驗。系統(tǒng)中使用的變頻器為SIEMENSMICROMASTER，它是控制三相交流電機轉(zhuǎn)速的矢量控制變頻器。設定的跟蹤范圍為48HZ到52Hz.從啟動變頻器到跟蹤鎖定時間測量了1次，平均約為。1s.同步系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為一次實驗的結(jié)果。曲線表示的是變頻電源與工頻電源之間的相位差在同步過程中的變化情況。

　　在鎖定之前的一段時間內(nèi)，相角差從一個較大的值被拉到了一較小的值（在實驗中約在±4.以內(nèi)）。

　　果和仿真曲線可以看出，基于DSP的此裝置對初級故障的檢測是十分有效的。