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)場已成功投運(yùn)10臺同步電機(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，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，否則將導(dǎo)致失步。因此，同步電機(jī)變頻調(diào)速時必須時刻控制δ在允許的范圍內(nèi)變動。

同步電機(jī)運(yùn)行時，對應(yīng)于端壓U的氣隙合成總磁場拖著轉(zhuǎn)子勵磁磁場，兩者空間相距δ角、同步旋轉(zhuǎn)。但在轉(zhuǎn)子靜止條件下起動時，兩磁場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，必須采取起動措施。

三、現(xiàn)場應(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)場共五條生產(chǎn)線，應(yīng)用變頻設(shè)備10臺。公司自2012年7月起開始同步機(jī)變頻安裝，現(xiàn)10臺同步機(jī)已經(jīng)完全投入使用，現(xiàn)場設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行至今。以下是現(xiàn)場運(yùn)行情況：

現(xiàn)場早期4臺設(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)場生產(chǎn)需求，并延長其他有關(guān)設(shè)備的壽命。雖然現(xiàn)場運(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)場工藝流程及相關(guān)程序

1、現(xiàn)場主回路圖

2.現(xiàn)場連鎖及流程圖

五、同步電動機(jī)同步啟動方案

變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)起動整步過程主要分為以下幾個步驟：

第一步，勵磁裝置投勵。

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

第二步，OHZ運(yùn)行，定位過程。

啟動變頻器運(yùn)行后，在0HZ運(yùn)行一段時間。在這個時間內(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。（此時電流大小取決于變頻器的2個參數(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，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極異性端靠近。此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向可能與電機(jī)正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。

第三步，0-6HZ運(yùn)行，整步、強(qiáng)勵過程。

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，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，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)子在磁極定子磁場吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動過程完成。

六、同步變頻器在同步電動機(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，改善啟動轉(zhuǎn)矩，更適用于同步電機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)場：

Ø運(yùn)行頻率上升階段，6Hz時切換

Ø運(yùn)行頻率下降階段，5Hz時切換

2、現(xiàn)場變頻器的控制

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

七、結(jié)束語

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機(jī)的啟動應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場的實(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)行同步電動機(jī)系統(tǒng)中，變頻器具有啟動轉(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)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國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。