1 引言

　　同步電動(dòng)機(jī)以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)不敏感等良好的運(yùn)行性能在大功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域獨(dú)占螯頭，是驅(qū)動(dòng)大型風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)的首選機(jī)型。但大型同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題。如果用減壓起動(dòng)，不但需要很大的變壓器、電機(jī)結(jié)構(gòu)又相對(duì)復(fù)雜，且起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)有較大的沖擊。而利用負(fù)載換相同步電動(dòng)機(jī)的原理，對(duì)大型同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻起動(dòng)，是比較理想的方法。本文以寶鋼三燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)的起動(dòng)裝置為例，介紹同步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)的原理、過程以及典型故障及處理方法。

2 起動(dòng)裝置的基本組成及主要參數(shù)

　　寶鋼三期燒結(jié)于1998年建成投產(chǎn)，兩臺(tái)主排氣風(fēng)機(jī)的電氣裝置由rolls-royce公司提供。

　　2.1 起動(dòng)裝置的特點(diǎn)

　?。?） 沒有盤車裝置，真正實(shí)現(xiàn)靜止起動(dòng);

　?。?） 采用無刷勵(lì)磁，維護(hù)檢修方便;

　?。?） 數(shù)字化控制系統(tǒng)，調(diào)試方便，提高了系統(tǒng)的可靠性;

　　（4） 電動(dòng)機(jī)在同步狀態(tài)并網(wǎng)，對(duì)馬達(dá)、電網(wǎng)的沖擊小。

　　2.2 主電路的結(jié)構(gòu)

　　主回路由降壓變壓器、三相全控橋整流電路、直流電抗器、晶閘管逆變器、升壓變壓器及同步電動(dòng)機(jī)組成。整流器控制系統(tǒng)為速度、電流負(fù)反饋雙閉環(huán)系統(tǒng);逆變器控制系統(tǒng)由光電編碼器（ope）和間接式（ops）轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，用于投網(wǎng)控制的整步微調(diào)和同步并網(wǎng)。系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示。

　　2.3 主回路部分主要設(shè)備的參數(shù)

　　主回路部分主要設(shè)備的參數(shù)如表1所示。

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　　直流電抗器（dc-l）的作用是將整流輸出的直流脈動(dòng)值限制在一定數(shù)值之下，以保證逆變器的工作穩(wěn)定。考慮到晶閘管的阻斷電壓和額定電流，系統(tǒng)使用了降壓變壓器、升壓變壓器。由于變流回路的電壓等級(jí)降低，使整流、逆變每橋臂只使用了一個(gè)晶閘管。

3 起動(dòng)過程

　　從起動(dòng)指令發(fā)出到起動(dòng)完畢同步并網(wǎng)，經(jīng)歷了升壓變旁路－接通切換，“強(qiáng)制（斷續(xù)）－自然換相”切換、整步微調(diào)和同步并網(wǎng)等過程，其間有3次電流限制值切換。

　　發(fā)出起動(dòng)指令后，先投入勵(lì)磁，然后合上起動(dòng)裝置的輸入、輸出開關(guān)，使其投入運(yùn)行，開始起動(dòng)。表2顯示起動(dòng)加速過程中，控制方式和主要狀態(tài)的變化。

　　表2 起動(dòng)加速過程中，控制方式和主要狀態(tài)的變化

　　由于變壓器在低頻時(shí)效率較低，不足以帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)，同步電動(dòng)機(jī)從靜止開始起動(dòng)時(shí)，升壓變壓器處于旁路狀態(tài)，直到額定轉(zhuǎn)速的8％（4hz），斷開旁路開關(guān)，接通升壓變壓器。當(dāng)轉(zhuǎn)速提升到10％（5hz）時(shí)，電流限幅由20％切換到50％。這期間是采用強(qiáng)制換相法，斷流時(shí)將整流側(cè)延遲角α推到135°，同時(shí)導(dǎo)通續(xù)流晶閘管，從而不至于因電抗器的能量釋放而影響逆變器的斷流，快速關(guān)斷主回路斷流，然后在減小α角的同時(shí)，輸入電流開始增加時(shí)，電抗器兩端的極性改變，續(xù)流晶閘管v0自動(dòng)關(guān)斷。當(dāng)主回路電流降到零后，經(jīng)延時(shí)釋放整流器與逆變器的晶閘管。在強(qiáng)迫換流階段，主要通過編碼器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，從而觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管，使得逆變器的晶閘管超前角為零，提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

　　當(dāng)電機(jī)加速到額定轉(zhuǎn)速的10％到14％（5hz到7hz）時(shí)，逆變換流方式由強(qiáng)制換流切換到反電動(dòng)勢(shì)自然換相，完成了換相方式的轉(zhuǎn)換。即通過間接檢測(cè)同步電動(dòng)機(jī)定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的間接計(jì)算轉(zhuǎn)子位置，這樣可以較高的控制精度。

　　同步電動(dòng)機(jī)在低速段運(yùn)行時(shí)，逆變橋晶閘管的持續(xù)導(dǎo)通時(shí)間比較長，容易過熱。鑒于風(fēng)機(jī)低速時(shí)負(fù)載較輕，直流電流限制值設(shè)定在晶閘管額定電流的20％。待轉(zhuǎn)速上升到10％升壓變壓器處于接通狀態(tài)時(shí)，電流限制切換到50％，當(dāng)轉(zhuǎn)速提升到17％以后，將電流限制值切換到額定電流值上，在此同時(shí)，為了提高系統(tǒng)的效率和平均轉(zhuǎn)矩，勵(lì)磁方式由勵(lì)磁電流保持恒定，改為磁通保持恒定。同步電動(dòng)機(jī)加速到額定轉(zhuǎn)速的95％時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入整步微調(diào)控制階段。裝置從起動(dòng)指令發(fā)出到開始自動(dòng)整步微調(diào)歷時(shí)約90s。

　　進(jìn)入整步微調(diào)控制階段后，同步繼電器根據(jù)電網(wǎng)電壓和同步電動(dòng)機(jī)端電壓兩者頻率上的差值（δf），產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速微調(diào)信號(hào)，自動(dòng)地調(diào)整整流器輸出的直流電壓的高低，對(duì)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作微調(diào)，以使兩者的頻率差減小到目標(biāo)值以內(nèi)。與此同時(shí)，勵(lì)磁電流也由同步繼電器控制，以使同步電動(dòng)機(jī)端電壓和電網(wǎng)電壓的幅值差達(dá)到目標(biāo)值。

　　通過對(duì)同步電動(dòng)機(jī)端電壓的幅值、頻率的微調(diào)，使得同步電動(dòng)機(jī)定子端電壓和電網(wǎng)電壓之差值達(dá)到下述指標(biāo)時(shí)：δf《1/4hz、δu《2％un、δsγ≈0（δsγ為相位差），同步并網(wǎng)條件即告成立。系統(tǒng)封鎖整流器和逆變器的全部觸發(fā)脈沖，輸出電流下降到零。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng)，隨后起動(dòng)裝置的#p#分頁標(biāo)題#e#電源側(cè)和負(fù)載側(cè)開關(guān)分?jǐn)?，結(jié)束起動(dòng)過程。整步微調(diào)階段歷時(shí)約20s到40s。