变频器在诸多场合得到了广泛的应用，它不仅可以解决大惯量负载启动时的电机启动困难问题，同时也解决了一些特殊场合下电机的启动困难问题，例如油田稠油中潜油泵的启动，避免了电机在长时间、大电流作用下可能带来的损害。出于节约和可靠性方面的考虑，实际应用中有时采用变频启动然后切换到工频上的办法。切换有两种，一种是重叠切换，一种是非重叠切换。两者的主要区别是工频电源与变频电源有没有交叠，如果有则为重叠切换，反之则为非重叠切换。无论是哪一种，所要求的条件基本一致，也就是变频与工频电源必须保持电压、频率、相位一致。

　　有一个简单的方法可以得到工频与变频的同步状态：调整变频电源，使它的输出频率与工频电源的基本一致。这样经过一定时间后，两者的相位就会相同，基本上可以满足切换条件。在这种结构中，如果两个电源的频率相差很小或者较大，对同步都有不利的影响：若频率完全一致、相角差为90*，则同步发生在时间上的无穷远处，因此不现实；当频率相差较大时，两个相位一致的时刻相隔较小，因此，切冯志华（1%4-），男，副教授、硕士，主要从事设备状态监测及工业自动化方面的工作；刘志刚（1971-），男，博士研究生。

　　换过程的延迟将加大相角差，从而带来切换的电流冲击，因此，这种方式下的切换取得好的效果比较难。

　　如果能使变频器的输出跟踪工频电源变化而变化同时使两者的相位差为零，则可以大大提高切换的可靠性，同时提高切换的速度。依据这种考虑本高达500：1的频率跟踪范围，使环路在各种不同的起始条件下，都能锁定，因而比频率捕获范围仅有*30%的鉴相器PDI有更广泛的应用。

　　锁相环的跟踪特性可以用线性反馈控制系统的一般理论来研究。当相角差较小的情况下，环路的传递函数可依据分析得到，表示为：文给出了设计方案。

　　2锁相环路分析设计方案的方框图见。当需要切换的时候，变频器的输出频率能自动调整到与工频电源一致，并能长期保持，即锁定。这样就彻底解决了上述方案存在的问题。这里的频率跟踪是通过反馈环实现的，利用了锁相环的原理。

　　变频器的反馈同步控制原理为了使变频器的输出能跟踪工频电源的变化而变化，需要使用锁相环回路。一般锁相环可以用表示。它主要由鉴相器（PD）、压控振荡器（VC0）、低通滤波器（LPF）三部分组成。

　　压控振荡器（VC0）的输出C/.接至相位比较器的一个输人端，其输出频率的高低由低通滤波器上建立起来的平均电压％大小决定。施加于相位比较器另一个输入端的外部输入信号与来自压控振荡器的输出信号R相比较，比较结果产生的误差输出电压％正比于f/，和f/.两个信号的相位差，经过低通滤波器滤除高频分量和噪音后，得到一个平均值电压％。这个平均值电压％将缩小VC0输出频率和输人频率之差，直至VC0输出频率和输人信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同，两相位差保持恒定，称同步或相位锁定状态。VC0可在某一范围内自动跟踪输人信号的变化。如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化，锁相环能捕捉到输人信号频率，并强迫VC0锁定在这个频率上。

　　鉴相器有两种形式以常用的CD4046为例，它具有两个独立的鉴相器PDI与PDD.PDn是数字式鉴频鉴相器，用脉冲后沿触发来进行工作，属边沿触发型电路。pdn的特点是可保证环路具有足够的捕获范围，使环路在各种不同的起始条件下都能锁定。采用鉴频鉴相器pdn可保证环路具有其中札（s）=灯（s）j.而滤波器的传递函数根据具体形式有很多种，理想二阶环为：在方案中，VC0就是变频器（VFD），希望它的频率能锁定在工频频率上。

　　基本锁相环的传递函数3同步系统构成及其分析一个实际的、可用在强干扰下的变频切换系统如所示。其中VFD为变频器，Cl、C2为真空接触器，IS01、IS02为电压隔离器件，LPF1、LPF2、LPF3为低通滤波器，M为电机，VS为电平转换电路。

　　切换系统工作原理框图这里使用变频器的压控工作模式，通过外部控制电压控制变频器的输出。由于鉴相器的输出为0~5V，可以通过变频器的参数设置，使它在这个范围内的输出频率为0~50Hz.这样就存在一个问题：如果将鉴相器的输出直接反馈到变频器的控制同步跟踪相角误差结语本系统将锁相环和变频器有机地结合在一起，（下转第442页端，那么变频器的输出频率将会在从围内变化，。

　　传递函数经整理后可得H（S）=这里K=.系统稳定的充分必要条件可以看到，滤波器2的引人对系统的稳定性有不利的影响。当a=时，系统一般是稳定的。在已知的中，对滤波器2都没有进行分析，这实际上是不完善的。几乎所有的变频器，它的输出都不能直接拿来输入到鉴相器使用，因此它的波形比较复杂，不是方波或者正弦波。

　　本文对由组成的系统进行了实验。系统中使用的变频器为SIEMENSMICROMASTER，它是控制三相交流电机转速的矢量控制变频器。设定的跟踪范围为48HZ到52Hz.从启动变频器到跟踪锁定时间测量了1次，平均约为。1s.同步系统的传递函数为一次实验的结果。曲线表示的是变频电源与工频电源之间的相位差在同步过程中的变化情况。

　　在锁定之前的一段时间内，相角差从一个较大的值被拉到了一较小的值（在实验中约在±4.以内）。

　　果和仿真曲线可以看出，基于DSP的此装置对初级故障的检测是十分有效的。