一、前言

合康變頻單元串聯(lián)多電平型變頻器在高壓大容量異步電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域已經(jīng)取得了非常廣泛應(yīng)用。其具有成本低，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，網(wǎng)側(cè)電流諧波小，輸出電壓波形正弦、基本無(wú)畸變，可靠性高等特點(diǎn)。2012年8月底合康高壓變頻器在河北安豐鋼鐵6300kW/10kV燒結(jié)同步電動(dòng)機(jī)上再次投用。此應(yīng)用有效地提高了同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性，降低了同步電機(jī)變頻改造成本，加大了節(jié)能改造帶來的效益?，F(xiàn)場(chǎng)已成功投運(yùn)10臺(tái)同步電機(jī)，總裝機(jī)容量達(dá)55MW，平均節(jié)電率5%，年節(jié)電大于20000000KWh，直接經(jīng)濟(jì)效益大于1千萬(wàn)元每年。

二、技術(shù)原理

同步電機(jī)與普通異步電機(jī)運(yùn)行上主要的區(qū)別是：同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角δ（功率角）必須在0～90?范圍內(nèi)變動(dòng)，否則將導(dǎo)致失步。因此，同步電機(jī)變頻調(diào)速時(shí)必須時(shí)刻控制δ在允許的范圍內(nèi)變動(dòng)。

同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)應(yīng)于端壓U的氣隙合成總磁場(chǎng)拖著轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)，兩者空間相距δ角、同步旋轉(zhuǎn)。但在轉(zhuǎn)子靜止條件下起動(dòng)時(shí)，兩磁場(chǎng)間不能形成有效的電磁轉(zhuǎn)矩，所以同步電機(jī)不能自行起動(dòng)，必須采取起動(dòng)措施。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

合康變頻應(yīng)用于河北安豐鋼鐵燒結(jié)車間的主抽風(fēng)機(jī)和冷卻風(fēng)機(jī)上?，F(xiàn)場(chǎng)共五條生產(chǎn)線，應(yīng)用變頻設(shè)備10臺(tái)。公司自2012年7月起開始同步機(jī)變頻安裝，現(xiàn)10臺(tái)同步機(jī)已經(jīng)完全投入使用，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行至今。以下是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況：

現(xiàn)場(chǎng)早期4臺(tái)設(shè)備運(yùn)行至2015年8月已有三年，設(shè)備的可靠性滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，并延長(zhǎng)其他有關(guān)設(shè)備的壽命。雖然現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境灰塵較多，但變頻器可持續(xù)在此惡劣環(huán)境下運(yùn)行，并保證年故障率低于2次，所以經(jīng)過時(shí)間和實(shí)踐的考驗(yàn)充分地證明合康變頻在大功率同步電機(jī)完美成功應(yīng)用。

四 、現(xiàn)場(chǎng)工藝流程及相關(guān)程序

1、現(xiàn)場(chǎng)主回路圖

圖1-1

2. 現(xiàn)場(chǎng)連鎖及流程圖

圖1-2

五、同步電動(dòng)機(jī)同步啟動(dòng)方案

變頻器驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)整步過程主要分為以下幾個(gè)步驟：

第一步，勵(lì)磁裝置投勵(lì)。

勵(lì)磁系統(tǒng)向同步電機(jī)勵(lì)磁繞組通以一定勵(lì)磁電流，同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上建立一定磁場(chǎng)。

第二步，OHZ運(yùn)行，定位過程。

啟動(dòng)變頻器運(yùn)行后，在0HZ運(yùn)行一段時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，變頻器向同步電機(jī)電樞繞組輸出適當(dāng)電壓，起動(dòng)電機(jī)，變頻器將同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子進(jìn)行定位，同步電機(jī)上產(chǎn)生一定定子電流，并在定子上建立較強(qiáng)磁場(chǎng)。（此時(shí)電流大小取決于變頻器的2個(gè)參數(shù)：轉(zhuǎn)矩提升、定子電阻。）轉(zhuǎn)子定、轉(zhuǎn)子間電磁力作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極異性端靠近。此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向可能與電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。

第三步，0-6HZ運(yùn)行，整步、強(qiáng)勵(lì)過程。

變頻器定位成功后，變頻器運(yùn)行在0-6HZ，此期間變頻器為恒電流方式運(yùn)行。此時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極被較強(qiáng)定子磁極可靠吸引，二者間角度少量有阻尼震蕩后，逐漸趨于一個(gè)較小常量。此期間，電機(jī)被變頻器強(qiáng)行拖進(jìn)同步運(yùn)行狀態(tài)，整步過程完成。

第四步，6HZ以上運(yùn)行，電機(jī)同步運(yùn)行。

合康變頻器在6HZ段會(huì)有恒電流運(yùn)行方式與V/F運(yùn)行方式的切換。6HZ以后變頻器會(huì)按照預(yù)先設(shè)定加速度和V/F曲線（即磁通給定），調(diào)節(jié)輸出電壓，逐漸加速到給定頻率。此時(shí)，同步電機(jī)轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值，然后電機(jī)轉(zhuǎn)子在磁極定子磁場(chǎng)吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動(dòng)過程完成。

六、同步變頻器在同步電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

1、變頻器的選用

硬件版本

采用主控板版本為VER: 4.3以上版本。增加低頻段電流控制功能，改善啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，更適用于同步電機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)：

● 運(yùn)行頻率上升階段，6Hz時(shí)切換

● 運(yùn)行頻率下降階段，5Hz時(shí)切換

2、現(xiàn)場(chǎng)變頻器的控制

現(xiàn)場(chǎng)變頻器啟動(dòng)，停止采用上位DCS控制，DCS信號(hào)送至變頻器信號(hào)采集端，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制變頻器啟動(dòng)停止和其它相關(guān)信號(hào)。勵(lì)磁的投勵(lì)和投勵(lì)電流大小以及滅磁由變頻器自身控制。該啟動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的參與，減少了人為的誤操作，加強(qiáng)了變頻器的安全運(yùn)行。同時(shí)變頻器的應(yīng)用啟動(dòng)減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的頻繁啟停。

七、結(jié)束語(yǔ)

合康變頻自主研發(fā)的大功率同步高壓變頻器在同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐應(yīng)用驗(yàn)證，充分證明了單元串聯(lián)型大功率同步電機(jī)變頻器可以穩(wěn)定運(yùn)行同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，變頻器具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、恒轉(zhuǎn)矩輸出、調(diào)速范圍寬、諧波小等顯著特點(diǎn)。項(xiàng)目填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國(guó)外持久以來的壟斷現(xiàn)狀，為民族產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新、開拓起到了標(biāo)桿作用。