1 引言

　　同步電動機以其可調(diào)的功率因數(shù)和輸出轉(zhuǎn)矩對電網(wǎng)電壓波動不敏感等良好的運行性能在大功率電氣傳動領(lǐng)域獨占螯頭，是驅(qū)動大型風機、水泵、壓縮機的首選機型。但大型同步電動機的起動是個相當復雜的問題。如果用減壓起動，不但需要很大的變壓器、電機結(jié)構(gòu)又相對復雜，且起動對電網(wǎng)有較大的沖擊。而利用負載換相同步電動機的原理，對大型同步電動機進行變頻起動，是比較理想的方法。本文以寶鋼三燒結(jié)主排風機的起動裝置為例，介紹同步電動機變頻起動的原理、過程以及典型故障及處理方法。

2 起動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)，兩臺主排氣風機的電氣裝置由rolls-royce公司提供。

　　2.1 起動裝置的特點

　?。?） 沒有盤車裝置，真正實現(xiàn)靜止起動;

　?。?） 采用無刷勵磁，維護檢修方便;

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

　?。?） 電動機在同步狀態(tài)并網(wǎng)，對馬達、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機組成。整流器控制系統(tǒng)為速度、電流負反饋雙閉環(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值限制在一定數(shù)值之下，以保證逆變器的工作穩(wěn)定?？紤]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降低，使整流、逆變每橋臂只使用了一個晶閘管。

3 起動過程

　　從起動指令發(fā)出到起動完畢同步并網(wǎng)，經(jīng)歷了升壓變旁路－接通切換，“強制（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)出起動指令后，先投入勵磁，然后合上起動裝置的輸入、輸出開關(guān)，使其投入運行，開始起動。表2顯示起動加速過程中，控制方式和主要狀態(tài)的變化。

　　表2 起動加速過程中，控制方式和主要狀態(tài)的變化

　　由于變壓器在低頻時效率較低，不足以帶動電動機，同步電動機從靜止開始起動時，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。當轉(zhuǎn)速提升到10％（5hz）時，電流限幅由20％切換到50％。這期間是采用強制換相法，斷流時將整流側(cè)延遲角α推到135°，同時導通續(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，輸入電流開始增加時，電抗器兩端的極性改變，續(xù)流晶閘管v0自動關(guān)斷。當主回路電流降到零后，經(jīng)延時釋放整流器與逆變器的晶閘管。在強迫換流階段，主要通過編碼器來檢測轉(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，提高啟動轉(zhuǎn)矩。

　　當電機加速到額定轉(zhuǎn)速的10％到14％（5hz到7hz）時，逆變換流方式由強制換流切換到反電動勢自然換相，完成了換相方式的轉(zhuǎn)換。即通過間接檢測同步電動機定子繞組感應(yīng)電動勢的間接計算轉(zhuǎn)子位置，這樣可以較高的控制精度。

　　同步電動機在低速段運行時，逆變橋晶閘管的持續(xù)導通時間比較長，容易過熱。鑒于風機低速時負載較輕，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，電流限制切換到50％，當轉(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，為了提高系統(tǒng)的效率和平均轉(zhuǎn)矩，勵磁方式由勵磁電流保持恒定，改為磁通保持恒定。同步電動機加速到額定轉(zhuǎn)速的95％時，系統(tǒng)進入整步微調(diào)控制階段。裝置從起動指令發(fā)出到開始自動整步微調(diào)歷時約90s。

　　進入整步微調(diào)控制階段后，同步繼電器根據(jù)電網(wǎng)電壓和同步電動機端電壓兩者頻率上的差值（δf），產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)速微調(diào)信號，自動地調(diào)整整流器輸出的直流電壓的高低，對同步電動機轉(zhuǎn)速作微調(diào)，以使兩者的頻率差減小到目標值以內(nèi)。與此同時，勵磁電流也由同步繼電器控制，以使同步電動機端電壓和電網(wǎng)電壓的幅值差達到目標值。

　　通過對同步電動機端電壓的幅值、頻率的微調(diào)，使得同步電動機定子端電壓和電網(wǎng)電壓之差值達到下述指標時：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，電動機并入電網(wǎng)，隨后起動裝置的#p#分頁標題#e#電源側(cè)和負載側(cè)開關(guān)分斷，結(jié)束起動過程。整步微調(diào)階段歷時約20s到40s。