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。2012年8月底合康高壓變頻器在河北安豐鋼鐵6300kW/10kV燒結(jié)同步電動機上再次投用。此應(yīng)用有效地提高了同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)可靠性，降低了同步電機變頻改造成本，加大了節(jié)能改造帶來的效益?，F(xiàn)場已成功投運10臺同步電機，總裝機容量達55MW，平均節(jié)電率5%，年節(jié)電大于20000000KWh，直接經(jīng)濟效益大于1千萬元每年。

二、技術(shù)原理

同步電機與普通異步電機運行上主要的區(qū)別是：同步電機運行時，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，否則將導致失步。因此，同步電機變頻調(diào)速時必須時刻控制δ在允許的范圍內(nèi)變動。

同步電機運行時，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)車間的主抽風機和冷卻風機上?，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月起開始同步機變頻安裝，現(xiàn)10臺同步機已經(jīng)完全投入使用，現(xiàn)場設(shè)備穩(wěn)定運行至今。以下是現(xiàn)場運行情況：

現(xiàn)場早期4臺設(shè)備運行至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)境下運行，并保證年故障率低于2次，所以經(jīng)過時間和實踐的考驗充分地證明合康變頻在大功率同步電機完美成功應(yīng)用。

四 、現(xiàn)場工藝流程及相關(guān)程序

1、現(xiàn)場主回路圖

圖1-1

2. 現(xiàn)場連鎖及流程圖

圖1-2

五、同步電動機同步啟動方案

變頻器驅(qū)動同步電動機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)向同步電機勵磁繞組通以一定勵磁電流，同步電機轉(zhuǎn)子上建立一定磁場。

第二步，OHZ運行，定位過程。

啟動變頻器運行后，在0HZ運行一段時間。在這個時間內(nèi)，變頻器向同步電機電樞繞組輸出適當電壓，起動電機，變頻器將同步電機的轉(zhuǎn)子、定子進行定位，同步電機上產(chǎn)生一定定子電流，并在定子上建立較強磁場。（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)動方向可能與電機正常運行時轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。

第三步，0-6HZ運行，整步、強勵過程。

變頻器定位成功后，變頻器運行在0-6HZ，此期間變頻器為恒電流方式運行。此時，電機轉(zhuǎn)子磁極被較強定子磁極可靠吸引，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，電機被變頻器強行拖進同步運行狀態(tài)，整步過程完成。

第四步，6HZ以上運行，電機同步運行。

合康變頻器在6HZ段會有恒電流運行方式與V/F運行方式的切換。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，同步電機轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值，然后電機轉(zhuǎn)子在磁極定子磁場吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機起動過程完成。

六、同步變頻器在同步電動機上的應(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，更適用于同步電機的運行現(xiàn)場：

● 運行頻率上升階段，6Hz時切換

● 運行頻率下降階段，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，加強了變頻器的安全運行。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，并可以實現(xiàn)電機的頻繁啟停。

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的啟動應(yīng)用，經(jīng)過現(xiàn)場的實踐應(yīng)用驗證，充分證明了單元串聯(lián)型大功率同步電機變頻器可以穩(wěn)定運行同步電動機系統(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。項目填補了國內(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、開拓起到了標桿作用。