高压变频器在同步电机上的运用

摘要：高压同步电动机以其功率因数高、作业转速安稳、低转速计划简略等利益高压大功率电气驱动范畴有着许多运用。但物理进程杂乱、操控难度高特征，一贯制约着同步电机变频运用。利德华福技能人员许多理论剖析、仿真、实验，处理了同步电机整步等要害疑问，已于2006年4月底成功将单元串联多电平型高压变频器运用于巨化股份公司构成氨厂1000kW/6kV同步电动机上，这篇文章将简明介绍运用有关状况。

1.导言

大功率低速负载，如磨机、往复式紧缩机等，运用多极同步电动机可早年进体系功率因数，更能够省去变速安排，如齿轮变速箱，降低体系缺点率，简化体系保护。

同步电机物理进程杂乱、操控难度高，高压同步电机调速体系有必要设备速度/方位传感器，添加了缺点率，体系牢靠性较低。

单元串联多电平型变频用具有本钱低，网侧功率因数高，网侧电流谐波小，输出电压波形正弦、根柢无畸变，牢靠性高档特征，高压大容量异步电机变频调速范畴取了十分广泛运用。将单元串联多电平型变频器运用于同步电动机将有用跋涉同步电机变频调速体系牢靠性，降低同步电机变频改构本钱，跋涉节能改造带来效益，一同也为单元串联多电平型变频器翻开一个宽广新商场。利德华福技能人员许多理论剖析、核算机仿真和物理体系实验，处理了同步电机起动整步等要害疑问，已于2006年4月底成功将单元串联多电平型高压变频器运用于巨化股份公司构成氨厂1000kW/6kV同步电动机上。以下将简明介绍实习运用中首要技能疑问。

2.同步电动机工频起动投励进程

十分好阐明同步电机作业特征，先对同步电机工频起动投励进程进行简明介绍。

电网电压直接驱动同步电机工频作业时，同步电动机起动投励是一个比照杂乱进程。当同步电机电枢绕组高压合闸时，高压断路器辅佐触点奉告同步电机励磁设备预备投励。此刻，励磁设备主动同步电机励磁绕组上接入一个灭磁电阻，止励磁绕组上感应出高压，一同起动时供应一有些起动转矩。同步电机电枢绕组上电后，起动绕组和连有灭磁电阻励磁绕组一同效果下，电机初步加快。当速度抵达95%同步转速时，励磁设备励磁绕组上感应电压挑选合当令机投入励磁，电机被牵入同步速作业。同步电机凸极效应较强、起动负载较低，则励磁设备找到适合投励机遇之前，同步电机现已进入同步作业状况。这种状况下，励磁设备将延时投励原则进行投励，即高压合闸后15秒强行投励。

3.变频器驱动同步电动机时起动整步进程

用变频器驱动同步电机作业时，运用与上述办法纷歧样起动办法：带励起动。

变频器向同步电机定子输出电压之前，即主张前，先由励磁设备向同步电机励磁绕组通以必定励磁电流，然后变频器再向同步电机电枢绕组输出恰当电压，起动电机。

同步电机与通常异步电机作业上首要区别是同步电机作业时，电枢电压矢量与转子磁极方位之间夹角有必要某一计划以内，不然将致使体系失步。电机起动之初，这二者夹角是恣意，有必要恰当整步进程将这一夹角操控到必定计划以内，然后电机进入安稳同步作业状况。，起动整步疑问是变频器驱动同步电动机作业要害疑问。

变频器驱动同步电动机起动整步进程首要分为以下几个进程：

榜首步，励磁设备投励。励磁体系向同步电机励磁绕组通以必定励磁电流，同步电机转子上树立必定磁场。

第二步，变频器向同步电机电枢绕组施加必定直流电压，发作必定定子电流。此刻，同步电机上发作必定定子电流，并定子上树立较强磁场。转子定、转子间电磁力效果下初步翻滚，使转子磁极逐渐向定子磁极异性端挨近。此刻转子翻滚方向或许与电机正常作业时转向一样，也或许相反。

第三步，变频器电机正常作业时翻滚方向，缓慢旋转其施加电枢绕组上电压矢量。同步电机转子翻滚和定子磁场旋转，转子磁极将某一时刻掠过定子异性磁极，转子磁极加快追上旋转定子磁极。此刻，电机转子磁极被较强定子磁极牢靠招引，二者间视点少数有阻尼哆嗦后，逐渐趋于一个较小常量。至此，同步电机进入同步作业状况，整步进程完毕。

第四步，变频器预先设定加快度和V/F曲线（即磁通给定），调度输出电压，逐渐加快到给定频率。此刻，同步电机转子比赛步拉大到某一常值，然后电机转子磁极定子磁场招引下逐渐加快至希望转速，同步电机起动进程完毕。

同步电机起动整步进程中，定、转子磁势巨细挑选和各进程间切换是操控要害疑问。挑选过低定子磁场，则定子磁极无法榜初度转子异性磁极时，将其牢靠吸牢，尔后转子同性磁极间斥力反向加快效果，下一次定子磁极时，二者将具有更大相对速度，定子磁场愈加无法有用牵引转子磁极，终究将致使起动整步失利。挑选过大定子磁场或许致使同步电机定子铁心丰满，进一步致使变频器输出过电流，电机起动失利。

4.变频器驱动同步电动机稳态作业与作业时励磁调度

变频器驱动同步电机时运用无需设备速度/方位传感器操控办法，而变频器输出波形为多电平PWM波形，与操控异步电机时波形一样，作业进程中，变频器能够彻底等效于一个正弦电压源，无转矩脉动，具有较高牢靠性。

同步电机无功电流仅电机和变频器间活动，不进入电网，无须对电机励磁电流进行准确操控。通常可电机作业典型工况下，手动调度其励磁电流，使变频器输出电流最小，输出功率因数近似为1，然后调速作业进程中坚持该电流不变即可。需求作业时实时调整励磁电流工况，变频器能够实测其输出给同步电机无功功率，向励磁设备下达励磁给定信号，调整励磁电流。

5.同步电动机缺点灭磁

正常停机时，变频器前驱动同步电机减速至停机转速，然后接连向电机电枢绕组输出电压。该转速下，最大励磁电流同步电机定子侧感应电压低于变频器输出侧长期耐受电压，电机往后安闲滑跋涉程中，坚持励磁电流不会对设备构成损害，不需求即时灭磁。

遇到缺点时，仅接连向其电枢绕组供电，而坚持其励磁电流，则旋转中同步电机将继续向其定子侧宣告三相沟通电压，损害设备安全，并或许构成事端拓宽。遇到严峻缺点需求停机时，变频器有必要告诉励磁设备进行灭磁。

同步电机灭磁物理进程如下：

灭磁之初，励磁设备效果下同步电机励磁电流活络降低，但同步电机主磁通无法骤变，阻尼绕组（起动绕组）上随即感应出较大电流，此刻旋转中同步电机向其定子机端（即变频器输出端）宣告较高三相沟通电压。随后，阻尼绕组上电流阻尼绕组内阻上逐渐衰减为零，同步电机宣告定子电压也随之逐渐衰减。这一衰减进程通常为数秒钟，变频器输出端有必要具有停机状况下接受短时过电压才调。