高压同步电机变频调速技术及应用
梁安江， 张海燕，柳毅， 李建功
(上海发电设备成套设计研究院，上海200240)
摘要：着重阐述了高压同步电动机变频调速工程应片技术上的难点及解决措施，如同步电机起动、与励磁装置协调控制等。介绍了国产MAxF同步电机高压变频装置在滔塞式空压机上的应用情况和取得的良好效果。
关键词：同步电机；高压变频装置；变频调速
中图分类号：TM 921 51：TM 34l 文献标志码：A 文章编号：1673 6540(2010)05-0042 4
0 引 言
同步电机的调速是电气驱动领域的一大难题，从20世纪30年代后期，人们就开始研究同步电机的调速问题。20世纪70年代，随着交流电机磁场定向控制理论的产生及其技术的推广应用，世界各大电气公司都投人大量人力、物力对交流同步电机变频调速传动进行研究，期望将这一技术应用于高性能要求的轧机主传动及矿井提升机传动中。 迄今为止，世界上已有上下套交流变频装置应用于大功率同步电机调速系统：除了矿井提升机和轧机外，高压大功率的交一直一交变频器也广泛应用于高炉鼓风机、空压机及抽水蓄能电站的大型同步电机。
同步电机相对于异步电机来说，****的劣势就是存在失步现象，这也是制约同步电机应用变频装置的主要原因。若要使用变频调速，则要求变频装置必须解决以下问题：(1)同步电机的起动问题；(2)同步电机调速期间和励磁装置的协调问题，防止正常调速期问同步电机失步；(3)同步电机正常停机和故障灭磁问题。
由于交流同步电动机在可靠性与维护量、功率因数、电机尺寸与转动惯量、弱磁比等方面有其自身的优势，对于大容量电机，例如工业应用上大功率的空气压缩机、水泵、煤炭与有色金属行业中的大功率提升机和钢厂大容量轧钢机等均采用同步电机驱动。据统计，我国的高压同步电机大部分运行在低负荷区，能耗大、效率低，会造成电力的大量浪费，是变频改造效益最著的用户。实践表明：同步电机应用高压大功率变频凋速系统，经济效益良好，其可靠性也可得到保证。因此，我国高压同步电机变频调速装置将来的市场前景良好。
我国从20世纪70年代开始交流同步电机调速技术的研究，20世纪80年代初已研制成功交交变频同步电机的试验样机，但高压大功率交流变频调速装置直到20世纪90年代后期才得到发展。上海发电设备成套设计研究院自1999年开始通过对国内、外高压变频装置进行调研，确立总的技术方案，采取智能功率单元串联多电平方式，于2002年底，研制1 250 kW／6 kV高压变频装置样机，2003年7月通过由上海市经济委员会主持的产品技术鉴定，2003年9月正式投入运行，2005年底又成功研制生产了国产最火容量高压变频装置，容量5 000 kw，已在宁夏某药、有限公司成功投运。2006年，该公司开始着手研制容量9 600 k／lO kV的高压变频装置，2007年初申请获得国家高技术研究发展计划(863计划)专题课题。
1 同步电机变频调速技术分析
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O～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，而且在同步电机起动时应采取和异步电机不同的方式。以F将简要介绍同步电机变频调速过程遇到的难点及MAXF变频装置相应的解决措施。
1．1同步电机的起动
同步电机运行时，对应于端压u的气隙合成总磁场拖着转于励磁磁场，两者空间相距δ角、步旋转。1=f=l在转子静止条件下起动时，两磁场问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。通常同步电机起动方法有：辅助电动机起动、异步起动和变频起动等。
针对变频起动方法，又有很多种方式，有些同步电机变频起动均采用先投励，此时检测出转子位置，后根据此位置加入相应相位交流电起动。该方式常会由于转子位嚣判断不正确导致电机起动失败。MAxF变频装置采用先异步软起动后顺极性投励的方法，该方法可实现同步电机可靠起动。
对同步电机进行异步软起动，实现额定起动力矩，将同步电机起动到约8 Hz时进行顺极性投励，电动机转子磁场和定子磁场间夹角经过小量有阻尼振荡后，电机转子磁极被定子磁极可靠吸引，同步电机进入同步运行状态。具体所投励磁大小及投励时频率可根据不同应用场合调试确定。
|
