摘  要： 2012年8月底合康高壓變頻器在河北安豐鋼鐵6300kW/10kV燒結同步電動(dòng)機上再次投用。本文總結了現場(chǎng)調試過(guò)程中的經(jīng)驗和注意事項，同時(shí)還介紹了PLC和繼電器兩種控制方式對同步電機勵磁電流的投勵和滅磁。

關(guān)鍵詞：高壓同步電動(dòng)機  PLC  合康高壓變頻器

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速領(lǐng)域已經(jīng)取得了非常廣泛應用。其具有成本低，網(wǎng)側功率因數高，網(wǎng)側電流諧波小，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燒結同步電動(dòng)機上再次投用。此應用有效地提高了同步電機變頻調速系統可靠性，降低了同步電機變頻改造成本，加大了節能改造帶來(lái)的效益?，F場(chǎng)已成功投運10臺同步電機，總裝機容量達55MW，平均節電率5%，年節電大于20000000KWh，直接經(jīng)濟效益大于1千萬(wàn)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別是：同步電機運行時(shí)，電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角δ（功率角）必須在0～90°范圍內變動(dòng)，否則將導致失步。因此，同步電機變頻調速時(shí)必須時(shí)刻控制δ在允許的范圍內變動(dòng)。

同步電機運行時(shí)，對應于端壓U的氣隙合成總磁場(chǎng)拖著(zhù)轉子勵磁磁場(chǎng)，兩者空間相距δ角、同步旋轉。但在轉子靜止條件下起動(dòng)時(shí)，兩磁場(chǎng)間不能形成有效的電磁轉矩，所以同步電機不能自行起動(dòng)，必須采取起動(dòng)措施。

三、現場(chǎng)應用情況

合康變頻應用于河北安豐鋼鐵燒結車(chē)間的主抽風(fēng)機和冷卻風(fēng)機上?，F場(chǎng)共五條生產(chǎn)線(xiàn)，應用變頻設備10臺。公司自2012年7月起開(kāi)始同步機變頻安裝，現10臺同步機已經(jīng)完全投入使用，現場(chǎng)設備穩定運行至今。以下是現場(chǎng)運行情況：

現 場(chǎng)早期4臺設備運行至2015年8月已有三年，設備的可靠性滿(mǎn)足現場(chǎng)生產(chǎn)需求，并延長(cháng)其他有關(guān)設備的壽命。雖然現場(chǎng)運行環(huán)境灰塵較多，但變頻器可持續在此 惡劣環(huán)境下運行，并保證年故障率低于2次，所以經(jīng)過(guò)時(shí)間和實(shí)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用。

四 、現場(chǎng)工藝流程及相關(guān)程序

1、現場(chǎng)主回路圖

圖1-1

2. 現場(chǎng)連鎖及流程圖

圖1-2

五、同步電動(dòng)機同步啟動(dòng)方案

變頻器驅動(dòng)同步電動(dòng)機起動(dòng)整步過(guò)程主要分為以下幾個(gè)步驟：

第一步，勵磁裝置投勵。

勵磁系統向同步電機勵磁繞組通以一定勵磁電流，同步電機轉子上建立一定磁場(chǎng)。

第二步，OHZ運行，定位過(guò)程。

啟動(dòng)變頻器運行后，在0HZ運行一段時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間內，變頻器向同步電機電樞繞組輸出適當電壓，起動(dòng)電機，變頻器將同步電機的轉子、定子進(jìn)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(chǎng)。（此時(shí)電流大小取決于變頻器的2個(gè)參數：轉矩提升、定子電阻。）轉子定、轉子間電磁力作用下開(kāi)始轉動(dòng)，使轉子磁極逐漸向定子磁極異性端靠近。此時(shí)轉子轉動(dòng)方向可能與電機正常運行時(shí)轉向相同，也可能相反。

第三步，0-6HZ運行，整步、強勵過(guò)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(shí)，電機轉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(gè)較小常量。此期間，電機被變頻器強行拖進(jìn)同步運行狀態(tài)，整步過(guò)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(huì )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(huì )按照預先設定加速度和V/F曲線(xiàn)（即磁通給定），調節輸出電壓，逐漸加速到給定頻率。此時(shí)，同步電機轉子角逐漸拉大到某一常值，然后電機轉子在磁極定子磁場(chǎng)吸引下逐漸加速至期望轉速，同步電機起動(dòng)過(guò)程完成。

六、同步變頻器在同步電動(dòng)機上的應用

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)轉矩，更適用于同步電機的運行現場(chǎng)：

運行頻率上升階段，6Hz時(shí)切換

運行頻率下降階段，5Hz時(shí)切換

2、現場(chǎng)變頻器的控制

現 場(chǎng)變頻器啟動(dòng)，停止采用上位DCS控制，DCS信號送至變頻器信號采集端，根據現場(chǎng)控制變頻器啟動(dòng)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(dòng)系統的優(yōu)勢減少了現場(chǎng)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(shí)變頻器的應用啟動(dòng)減少了啟動(dòng)電流對電網(wǎng) 的沖擊，并可以實(shí)現電機的頻繁啟停。

七、結束語(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)機的啟動(dòng)應用，經(jīng)過(guò)現場(chǎng)的實(shí)踐應用驗證，充分證明了單元串聯(lián)型大功率同步電機變頻器可以穩定運行同步電動(dòng) 機系統中，變頻器具有啟動(dòng)轉矩大、恒轉矩輸出、調速范圍寬、諧波小等顯著(zhù)特點(diǎn)。項目填補了國內相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白，打破了國外持久以來(lái)的壟斷現狀，為民族 產(chǎn)業(yè)的創(chuàng )新、開(kāi)拓起到了標桿作用。