高壓變頻器在同步電動機上應用（yòng）分析

高壓同步電動機以（yǐ）其功（gōng）率因數高、運行轉速穩定、低轉速（sù）設計簡單等優點在高壓大功（gōng）率電氣驅動領域有著大量的（de）應（yīng）用，如大功率風機、水泵、油泵等。對於（yú）大功率低（dī）速負載，如磨機、往複式（shì）壓（yā）縮機等，使用多極同步電動機不僅（jǐn）可以提高係統功率因數，更（gèng）可以省去變速機構，如齒輪（lún）變速箱，降低係（xì）統故障率，簡化係統維護（hù）。
    由於同步電機物理（lǐ）過程複雜、控製難度高，以往的高壓同步（bù）電機調速係（xì）統必須安裝速度/位（wèi）置傳感（gǎn）器，增（zēng）加（jiā）了故障率（lǜ），係統的可靠性較低。
   單元串聯多（duō）電平型變頻器由於具有成本低，網側功率因數高（gāo），網側電流諧波小，輸出（chū）電壓波形正弦（xián）、基本無畸（jī）變，可靠（kào）性高等特點，在高壓大容量異（yì）步電機（jī）變頻調速領域取得了非常廣泛的應用。將單元串聯多電平型變頻器應用於同步電動機將有效地提高同步電機變頻調（diào）速係統的可靠（kào）性，降低同步電機變頻（pín）改造的成本，提高節能改造帶來（lái）的效益（yì），同時也為單元串聯多電平型變頻器打開一個廣闊（kuò）的新市（shì）場（chǎng）。利德（dé）華福的技術人員經過大量的理論分析、計算機仿真和物理係統實驗，解（jiě）決了同步電機起動整步等關鍵問題，已於2006年4月底成功地將單元串聯（lián）多電平型高壓變（biàn）頻器應用於巨化股份公司合成氨廠的1000kw/6kv同步電動機上。以（yǐ）下將簡要介紹實（shí）際應用中的主要技術問題。
2同（tóng）步電動（dòng）機的（de）工頻起動投勵過程
   為了更好的說明同步電機的運行特點，先對同步電機的工頻起動投（tóu）勵過（guò）程（chéng）進行簡要的（de）介紹（shào）。
   在電網電壓直接驅動同步電機工頻運（yùn）行時，同步電動機的起動投勵是一個比較複雜的過程。當同步電機電樞繞組高壓（yā）合閘（zhá）時，通過高壓斷路器的輔助觸（chù）點告知同步電機的勵磁（cí）裝置準（zhǔn）備投勵。此時，勵磁裝置自動在同步電（diàn）機的勵磁（cí）繞組上接入一個滅磁電（diàn）阻，以防止勵（lì）磁繞組（zǔ）上感（gǎn）應出高壓，同（tóng）時在起動時提供一部（bù）分起（qǐ）動轉矩。同步電機電樞繞組上電後，在起動繞（rào）組和連有滅（miè）磁電阻的勵磁繞組的共同作用下，電機開始加速。當速度（dù）到達95%的同步轉（zhuǎn）速時，勵磁裝置根據勵磁繞組上的感應電壓選擇合適的（de）時機投入勵磁，電（diàn）機被牽入（rù）同步速運行。如（rú）果同步電機的凸極效應較強、起動負載（zǎi）較低，則在勵磁裝置找到合適的投勵時機之前，同步電機已（yǐ）經進入同步運行狀態。在這（zhè）種情況下，勵磁裝置將（jiāng）按照延（yán）時投勵的準則進行投勵，即高壓合閘後15s強行（háng）投勵。
3變頻器驅動同步電動機時的（de）起動整步過程
   用變頻（pín）器驅動同步電機運行時，使用與上述方（fāng）式不同的起動（dòng）方式：帶勵起動。
   在（zài）變頻器向同步電機定子輸出電壓之前，即啟動前，先（xiān）由勵磁（cí）裝置向同步電機的（de）勵（lì）磁繞組通以一定的勵磁電流，然後變頻器再向同（tóng）步電機的電樞繞組輸出適當的電壓，起動電（diàn）機（jī）。
   同步（bù）電機與普通異步電機運行上主要的區別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角必須在某一範圍之內，否則將導致係統失步。在電機起動之初，這二者的夾角是任意的，必須經（jīng）過適當的整步過程將這一夾角控製到一定的範圍之內，然後電機進入穩定的同步運行狀態（tài）。因此，起動整步問題（tí）是變（biàn）頻器（qì）驅動同步電動機運行的關鍵問題。
變頻器驅動同步電動機的起動整步過程主要分為以下幾個步驟：
   (1)勵磁裝置投勵。勵磁係統向同步電（diàn）機的勵磁繞組通以一定（dìng）的（de）勵磁電流，在同步電機轉子上建立一定的磁場    (2)變頻器向同步電機的電樞繞組施加一定的直流電（diàn）壓（yā），產生一定的定子電流。此時，在同步電機上產生一定的定子電流，並在定子上（shàng）建立較強的磁場。轉子在定（dìng）、轉子間電（diàn）磁力的作用下開始轉動，使轉子磁極逐漸向定子磁極的異性（xìng）端靠近。此時轉子的（de）轉動方向可能與電機正常（cháng）運行時的轉向相同，也可能相反。