合康高压变频器在安丰钢铁烧结同步电动机上的应用

一、前言

合康变频单元串联多电平型变频器在高压大容量异步电机变频调速领域已经取得了非常广泛应用。其具有成本低，网侧功率因数高，网侧电流谐波小，输出电压波形正弦、基本无畸变，可靠性高等特点。2012年8月底合康高压变频器在河北安丰钢铁6300kW/10kV烧结同步电动机上再次投用。此应用有效地提高了同步电机变频调速系统可靠性，降低了同步电机变频改造成本，加大了节能改造带来的效益。现场已成功投运10台同步电机，总装机容量达55MW，平均节电率5%，年节电大于20000000KWh，直接经济效益大于1千万元每年。

二、技术原理

同步电机与普通异步电机运行上主要的区别是：同步电机运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角δ（功率角）必须在0～90�范围内变动，否则将导致失步。因此，同步电机变频调速时必须时刻控制δ在允许的范围内变动。

同步电机运行时，对应于端压U的气隙合成总磁场拖着转子励磁磁场，两者空间相距δ角、同步旋转。但在转子静止条件下起动时，两磁场间不能形成有效的电磁转矩，所以同步电机不能自行起动，必须采取起动措施。

三、现场应用情况

合康变频应用于河北安丰钢铁烧结车间的主抽风机和冷却风机上。现场共五条生产线，应用变频设备10台。公司自2012年7月起开始同步机变频安装，现10台同步机已经完全投入使用，现场设备稳定运行至今。以下是现场运行情况：

现场早期4台设备运行至2015年8月已有三年，设备的可靠性满足现场生产需求，并延长其他有关设备的寿命。虽然现场运行环境灰尘较多，但变频器可持续在此恶劣环境下运行，并保证年故障率低于2次，所以经过时间和实践的考验充分地证明合康变频在大功率同步电机完美成功应用。

四 、现场工艺流程及相关程序

1、现场主回路图

图1-1

2. 现场连锁及流程图

图1-2

五、同步电动机同步启动方案

变频器驱动同步电动机起动整步过程主要分为以下几个步骤：

第一步，励磁装置投励。

励磁系统向同步电机励磁绕组通以一定励磁电流，同步电机转子上建立一定磁场。

第二步，OHZ运行，定位过程。

启动变频器运行后，在0HZ运行一段时间。在这个时间内，变频器向同步电机电枢绕组输出适当电压，起动电机，变频器将同步电机的转子、定子进行定位，同步电机上产生一定定子电流，并在定子上建立较强磁场。（此时电流大小取决于变频器的2个参数：转矩提升、定子电阻。）转子定、转子间电磁力作用下开始转动，使转子磁极逐渐向定子磁极异性端靠近。此时转子转动方向可能与电机正常运行时转向相同，也可能相反。

第三步，0-6HZ运行，整步、强励过程。

变频器定位成功后，变频器运行在0-6HZ，此期间变频器为恒电流方式运行。此时，电机转子磁极被较强定子磁极可靠吸引，二者间角度少量有阻尼震荡后，逐渐趋于一个较小常量。此期间，电机被变频器强行拖进同步运行状态，整步过程完成。

第四步，6HZ以上运行，电机同步运行。

合康变频器在6HZ段会有恒电流运行方式与V/F运行方式的切换。6HZ以后变频器会按照预先设定加速度和V/F曲线（即磁通给定），调节输出电压，逐渐加速到给定频率。此时，同步电机转子角逐渐拉大到某一常值，然后电机转子在磁极定子磁场吸引下逐渐加速至期望转速，同步电机起动过程完成。

六、同步变频器在同步电动机上的应用

1、变频器的选用

硬件版本

采用主控板版本为VER: 4.3以上版本。增加低频段电流控制功能，改善启动转矩，更适用于同步电机的运行现场：

● 运行频率上升阶段，6Hz时切换

● 运行频率下降阶段，5Hz时切换

2、现场变频器的控制

现场变频器启动，停止采用上位DCS控制，DCS信号送至变频器信号采集端，根据现场控制变频器启动停止和其它相关信号。励磁的投励和投励电流大小以及灭磁由变频器自身控制。该启动系统的优势减少了现场操作人员的参与，减少了人为的误操作，加强了变频器的安全运行。同时变频器的应用启动减少了启动电流对电网的冲击，并可以实现电机的频繁启停。

七、结束语

合康变频自主研发的大功率同步高压变频器在同步电动机的启动应用，经过现场的实践应用验证，充分证明了单元串联型大功率同步电机变频器可以稳定运行同步电动机系统中，变频器具有启动转矩大、恒转矩输出、调速范围宽、谐波小等显著特点。项目填补了国内相关技术领域的空白，打破了国外持久以来的垄断现状，为民族产业的创新、开拓起到了标杆作用。