高壓變頻器在同步電動機(jī)上應(yīng)用分析_河北發(fā)電機(jī)組設(shè)備有限公司

高壓變頻器在同步電動機(jī)上應(yīng)用分析

文章來源：發(fā)電機(jī)組點擊：1321 發(fā)布時間：2017-06-23

高壓同步電動機(jī)以其功率因數(shù)高、運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、低轉(zhuǎn)速設(shè)計簡單等優(yōu)點在高壓大功率電氣驅(qū)動領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用，如大功率風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。對于大功率低速負(fù)載，如磨機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)等，使用多極同步電動機(jī)不僅可以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，更可以省去變速機(jī)構(gòu)，如齒輪變速箱，降低系統(tǒng)故障率，簡化系統(tǒng)維護(hù)。
    由于同步電機(jī)物理過程復(fù)雜、控制難度高，以往的高壓同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)必須安裝速度/位置傳感器，增加了故障率，系統(tǒng)的可靠性較低。
   單元串聯(lián)多電平型變頻器由于具有成本低，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，在高壓大容量異步電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域取得了非常廣泛的應(yīng)用。將單元串聯(lián)多電平型變頻器應(yīng)用于同步電動機(jī)將有效地提高同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，降低同步電機(jī)變頻改造的成本，提高節(jié)能改造帶來的效益，同時也為單元串聯(lián)多電平型變頻器打開一個廣闊的新市場。利德華福的技術(shù)人員經(jīng)過大量的理論分析、計算機(jī)仿真和物理系統(tǒng)實驗，解決了同步電機(jī)起動整步等關(guān)鍵問題，已于2006年4月底成功地將單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器應(yīng)用于巨化股份公司合成氨廠的1000kw/6kv同步電動機(jī)上。以下將簡要介紹實際應(yīng)用中的主要技術(shù)問題。
2同步電動機(jī)的工頻起動投勵過程
   為了更好的說明同步電機(jī)的運(yùn)行特點，先對同步電機(jī)的工頻起動投勵過程進(jìn)行簡要的介紹。
   在電網(wǎng)電壓直接驅(qū)動同步電機(jī)工頻運(yùn)行時，同步電動機(jī)的起動投勵是一個比較復(fù)雜的過程。當(dāng)同步電機(jī)電樞繞組高壓合閘時，通過高壓斷路器的輔助觸點告知同步電機(jī)的勵磁裝置準(zhǔn)備投勵。此時，勵磁裝置自動在同步電機(jī)的勵磁繞組上接入一個滅磁電阻，以防止勵磁繞組上感應(yīng)出高壓，同時在起動時提供一部分起動轉(zhuǎn)矩。同步電機(jī)電樞繞組上電后，在起動繞組和連有滅磁電阻的勵磁繞組的共同作用下，電機(jī)開始加速。當(dāng)速度到達(dá)95%的同步轉(zhuǎn)速時，勵磁裝置根據(jù)勵磁繞組上的感應(yīng)電壓選擇合適的時機(jī)投入勵磁，電機(jī)被牽入同步速運(yùn)行。如果同步電機(jī)的凸極效應(yīng)較強(qiáng)、起動負(fù)載較低，則在勵磁裝置找到合適的投勵時機(jī)之前，同步電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。在這種情況下，勵磁裝置將按照延時投勵的準(zhǔn)則進(jìn)行投勵，即高壓合閘后15s強(qiáng)行投勵。
3變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)時的起動整步過程
   用變頻器驅(qū)動同步電機(jī)運(yùn)行時，使用與上述方式不同的起動方式：帶勵起動。
   在變頻器向同步電機(jī)定子輸出電壓之前，即啟動前，先由勵磁裝置向同步電機(jī)的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，然后變頻器再向同步電機(jī)的電樞繞組輸出適當(dāng)?shù)碾妷海饎与姍C(jī)。
   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)在運(yùn)行時，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導(dǎo)致系統(tǒng)失步。在電機(jī)起動之初，這二者的夾角是任意的，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼竭^程將這一夾角控制到一定的范圍之內(nèi)，然后電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定的同步運(yùn)行狀態(tài)。因此，起動整步問題是變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵問題。
變頻器驅(qū)動同步電動機(jī)的起動整步過程主要分為以下幾個步驟：
   (1)勵磁裝置投勵。勵磁系統(tǒng)向同步電機(jī)的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，在同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上建立一定的磁場    (2)變頻器向同步電機(jī)的電樞繞組施加一定的直流電壓，產(chǎn)生一定的定子電流。此時，在同步電機(jī)上產(chǎn)生一定的定子電流，并在定子上建立較強(qiáng)的磁場。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開始轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向可能與電機(jī)正常運(yùn)行時的轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。