高压变频器（qì）在同（tóng）步电（diàn）动机上应用分析

高压同步电动机以（yǐ）其功率因数高、运行转速稳定（dìng）、低转速设计简单等优点在高压大（dà）功率电气驱动领域有着大量的应用，如大功率风机、水（shuǐ）泵、油泵等。对于大功率低速负载，如磨机、往复式压缩机等，使用多极同步电动机不仅可以提高系统功率因数，更可以省去变速机构，如齿轮变速箱，降低系统故障（zhàng）率，简（jiǎn）化系统维护。
    由于同步电（diàn）机物理过程复杂（zá）、控制难度高，以往的高压同步电机调速系（xì）统必须安（ān）装速度/位置传感器（qì），增加了故障率，系统（tǒng）的可靠性较（jiào）低。
   单元串联多电平型（xíng）变频器由（yóu）于具有成本低，网侧功率因（yīn）数高，网侧电流谐波小，输出电压波形正弦、基本无（wú）畸（jī）变，可靠性高等特点，在高压大容量异步电机变（biàn）频调速领域（yù）取得（dé）了非常广泛的应用。将单（dān）元串联多电平型变频器应用于（yú）同步电动机将有效地提高（gāo）同步电机变频（pín）调速系统（tǒng）的可靠性，降低同步电机变频改造的成本，提高（gāo）节能改造带来的效益，同时也为单元（yuán）串联多电平型（xíng）变频器打开一个广阔的新市（shì）场。利德华（huá）福的（de）技术人员经过大量的理论分析、计（jì）算机仿真和物理系统实验，解决了同步电（diàn）机起动整步等（děng）关键问题，已于2006年4月底成（chéng）功地将单元串联多电平型（xíng）高压变频器应用于巨化股份公司合成氨厂的1000kw/6kv同（tóng）步电动机上。以下（xià）将（jiāng）简（jiǎn）要介绍实际应用中的主要技术问题。
2同步电动机的工频起动投励过程（chéng）
   为了更好的说明同步电机（jī）的运行特（tè）点，先对同（tóng）步电机的工频起动投励（lì）过程进行简要的介绍。
   在电网电压直接驱动同（tóng）步电机工频运行时，同步电动机的起动投励是一个比较复（fù）杂的过程。当同步电机电枢绕组高压合闸时，通过高压断路器（qì）的辅助（zhù）触点告知同步电机的励磁装置准备投（tóu）励。此时，励磁装置（zhì）自动在同步电机的励磁绕组上接入一个灭磁（cí）电阻，以防止励磁绕组上感应出高压，同时（shí）在起动时提供一部分起动转矩。同步电机电（diàn）枢绕组上电后，在起动绕组和连有灭磁电阻的励磁绕组的共（gòng）同作用下，电机开（kāi）始加速。当速（sù）度到达95%的同步转速（sù）时，励磁装置根（gēn）据励磁绕组上的感（gǎn）应电压选择合适的时机投入励磁，电（diàn）机被牵入同（tóng）步速运（yùn）行。如果同步电机的（de）凸极效（xiào）应较强、起动负（fù）载较（jiào）低，则在励磁装置（zhì）找到合适的投励时（shí）机之前，同步电（diàn）机已经进入同步运行状态。在这种情况下，励磁装置将按照延时投励的准则进（jìn）行投励，即高压合闸后15s强（qiáng）行投励。
3变频器驱动同步电动机时（shí）的起动（dòng）整步（bù）过程
   用变频器驱动同步电机运行时，使用与上述方式不同的起动（dòng）方式：带励起动。
   在变频器向同步电机（jī）定子输出电压之前，即（jí）启动前，先由励磁装置向（xiàng）同步（bù）电机（jī）的励磁绕组通以一定（dìng）的励磁电流，然后变频器再向同步电机的电枢绕组输出适（shì）当的电压，起动电机。
   同步电（diàn）机与普通异步电机运行上主要的区别是同步电机在运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹（jiá）角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步。在电机起动之初，这二者的夹角（jiǎo）是（shì）任意的，必须（xū）经过适当的整步过程将这一夹（jiá）角控制到一定的范围之内，然后电机进入稳定（dìng）的同步运行状态。因此，起动整步问题是变频器驱动同步电动机运行的关键问题（tí）。
变频器驱动同步电动机的起动整步过程主要分为以下几个步骤（zhòu）：
   (1)励磁（cí）装置投励。励磁系统向同步（bù）电机的励磁绕组通（tōng）以一定的励磁电流，在同步电机转子上建立一定的磁场    (2)变（biàn）频器向同步电机的（de）电枢绕组（zǔ）施加一定的直流电压，产生一定的定子电流。此时，在同步电机上产生一定的定（dìng）子电流（liú），并在定子上建立较强的磁场。转子在定、转子间电磁力的（de）作用下开始转动，使（shǐ）转（zhuǎn）子磁极逐（zhú）渐向定子磁极的异性（xìng）端靠近。此时转子的转动方向可能与电机正常运行时（shí）的转向相同，也可能相反。