高压变频器在大功率同步电动机上的应用（高压变频器在大功率同步电动机上的应用有哪些）

一、简介

高压同步电机由于功率因数高、运行稳定，在高压大功率电气传动领域有大量应用，如大功率风机、水泵、油泵等。速度，简单的低速设计。对于大功率低速负载，如磨机、往复式压缩机等，采用多极同步电机不仅可以提高系统功率因数，而且可以省去变速箱等传动机构，减少系统故障率并简化系统维护。

由于同步电机物理过程复杂、控制难度高，以往的高压同步电机调速系统必须配备速度/位置传感器，这增加了故障率，系统可靠性较差。

单元串联多电平逆变器具有成本低、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。应用于高压大容量异步电机变频调速领域。它已被广泛使用。将单元串联多电平变频器应用于同步电机，将有效提高同步电机变频调速系统的可靠性，降低同步电机变频改造成本，提高节能改造带来的效益。扁平型逆变器开辟了广阔的新市场。经过我公司技术人员大量的理论分析、计算机仿真和物理系统实验，解决了同步电机启动步骤等关键问题，并最终将单元串联多电平高压变频器成功应用于河北2013年11月，某钢铁集团4#烧结同步主排风机8000kW/10kV电机。

2、同步电机工频起动励磁过程

为了更好地说明同步电机的运行特性，简单介绍同步电机的工频起动励磁过程。

当电网电压直接驱动同步电机工频运行时，同步电机的启动和励磁是一个相对复杂的过程。当同步电机电枢绕组高压闭合时，高压断路器辅助触头通知同步电机励磁装置准备励磁。此时，励磁装置自动在同步电机的励磁绕组上连接励磁电阻，防止励磁绕组上感应出高电压，同时在启动时提供一部分启动转矩。同步电动机的电枢绕组通电后，电动机在起动绕组和连接励磁电阻的励磁绕组的共同作用下开始加速。当转速达到同步转速的95%时，励磁装置根据励磁绕组上的感应电压选择适当的时间起励，将电机拉入同步转速运行。如果同步电机的凸极效应较强，且启动负载较低，则在励磁装置找到合适的励磁时序之前，同步电机已进入同步运行状态。此时，励磁装置将按照延时励磁原理进行励磁，即高压闭合15秒后强制励磁。

3、变频器驱动同步电机时的整个启动过程

当使用变频器驱动同步电动机时，采用与上述不同的启动方法：励磁启动。在变频器向同步电机定子输出电压之前，即启动前，励磁装置首先向同步电机的励磁绕组通一定的励磁电流，然后变频器向电枢输出适当的电压同步电机的绕组来启动电机。

同步电机运行与普通异步电机的主要区别在于，同步电机运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置的夹角必须在一定范围内，否则系统将不同步。电机启动之初，两者之间的角度是任意的。必须通过适当的逐步过程将该角度控制在一定范围内，然后电机才能进入稳定的同步运行状态。因此，起动阶跃问题是变频器驱动同步电机运行中的关键问题。

第一步是激活激励装置。励磁系统向同步电机的励磁绕组通一定的励磁电流，在同步电机转子上建立一定的磁场。

第二步，变频器向同步电机的电枢绕组施加一定的直流电压，产生一定的定子电流。此时，同步电机上会产生一定的定子电流，并在定子上建立强磁场。转子在定子和转子之间的电磁力的作用下开始旋转，使转子磁极逐渐接近定子磁极的相对两端。此时，转子的旋转方向可以与电机正常运行时的旋转方向相同，也可以相反。

第三步，变频器根据正常运行期间电机的旋转方向缓慢旋转其施加到电枢绕组的电压矢量。当同步电机转子旋转，定子磁场旋转时，转子磁极会在某一时刻越过定子相反的磁极，或者转子磁极会加速追上旋转的定子磁极。此时，电机的转子磁极被较强的定子磁极可靠地吸引，它们之间的夹角经过少量的阻尼振荡后逐渐趋于较小的常数。至此，同步电机进入同步运行状态，整个过程完成。

第四步，变频器根据预设的加速度和V/F曲线（即磁通给定）调整输出电压，逐渐加速到给定频率。此时，同步电动机的转子角逐渐增大到某一恒定值，然后电动机转子磁极在定子磁场的吸引下逐渐加速到所需的转速，同步电动机的启动过程为完全的。

在同步电机的整个启动过程中，定转子磁势大小的选择以及各步之间的切换是控制的关键问题。如果选择的定子磁场太低，则定子磁极在第一次经过转子的异磁极时无法可靠地吸引它们。此后，转子受到同磁极间排斥力的反向加速。下一次经过定子磁极时，两个磁极将彼此产生较大的相对速度，定子磁场将不太能有效地拉动转子磁极，最终导致电机故障。整个起始步骤。选择过大的定子磁场可能会导致同步电机定子铁芯饱和，进而导致变频器输出过电流，电机无法启动。

4、变频同步电机运行过程中的稳态运行及励磁调节

由于变频器采用驱动同步电机时不需要安装速度/位置传感器的控制方式，且变频器输出波形为多电平PWM波形，与控制同步电机时的波形相同。异步电机，因此在运行过程中，变频器可以完全等待。它作为正弦电压源工作，无转矩脉动，可靠性高。

由于同步电机的无功电流只在电机和逆变器之间流动，不进入电网，因此不需要精确控制电机的励磁电流。一般情况下，在电机的典型工况下，可以手动调节励磁电流，使变频器的输出电流最小，输出功率因数约为1，然后在调速时保持电流不变。对于运行过程中需要实时调节励磁电流的工况，变频器可以实际测量输出到同步电机的无功功率，向励磁装置发出励磁给定信号，调节励磁电流。

5. 简介

整个切换方案由原变频器软启动器、KA1、KA2、QF、原励磁柜、新变频器、手动刀闸QS1、QS2组成。变频运行时，QS1闭合，QS2断开。当变频器出现故障时，用户原有的软启动部分启动，然后工频运行。此时QS2闭合，QS1断开。 QS1和QS2电气联锁可保证五区联防要求。

变频运行时，QS2 断开，QS1 闭合。逆变器上电时，用户开关闭合。延时约15秒后，励磁装置向同步电机输入励磁电流，然后从现场向变频器发出“启动”命令。变频器按照预设逻辑向同步电机输出电压，同步电机启动。

停止变频时，从现场给变频器“停止”命令，变频器驱动同步电机减速到停机频率，然后停止输出电压。最后，现场断开用户开关，其辅助触点通知励磁装置消磁。退磁完成后，关闭励磁装置的电源。

六、总结

单元系列多电平逆变器在大功率同步电机上的成功应用，拓展了高压逆变器行业的应用领域，拓展了落实国家节能政策的途径，为我国建设节能型国家提供了更多机遇。导向的社会。技术支援。