同步电机高压变频调速装置在包钢的应用

1 引言 
     
 　　包钢是国家在“一五”期间建设的156个重点项目之一，是我国重要的钢铁工业基地和最大的稀土工业基地，是内蒙古自治区最大的工业企业，拥有“包钢股份”和“稀土高科”两个上市公司。包钢1954年建厂，1998年改制为公司制企业。截至2004年末，总资产达到351亿元，目前，包钢钢铁产业已形成一、二炼钢两大体系，板、管、轨、线四条生产线的格局，具备年产钢850万吨以上的能力，钢铁产品包括冷轧薄板、热轧薄板、无缝钢管、重轨及大型材、高速线材等63个品种1970个规格，是全国三大钢轨生产基地之一和品种规格较为齐全的无缝钢管生产基地。2005年包钢下属钢联股份薄板坯连铸连轧厂二炼钢针对该厂二次除尘风机进行调研，该厂二次除尘风机的电机是一台GE公司生产的同步电动机，额定频率60Hz，由于工频运行不能达到60Hz，除尘风机的出力受到限制，为了解决此问题，包钢通过多方的考察、调研，最终选用我公司生产的无速度传感器矢量控制、同步机高压变频调速系统。

2 东方日立同步电机变频调速的启动过程 
     
    同步电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角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步。因此在变频器向同步电机转子输出电压之前，先由励磁装置向同步电机的励磁绕组通以一定的励磁电流，将这一夹角控制到一定的范围之内，然后变频器再向同步电机的电枢绕组输出适当的电压，起动电机进入同步运行状态。步骤如下： 
（1）励磁装置投励。励磁系统向同步电机的励磁绕组通以一定的励磁电流，在同步电机定子上建立一定的磁场。      
（2）变频器向同步电机的电枢绕组施加一定的直流电压，产生转子电流。此时，在同步电机上产生的转子电流在转子上建立较强的磁场。转子在定、转子间电磁力的作用下开始转动，使转子磁极逐渐向定子磁极的异性端靠近。
（3）变频器按照电机正常运行时的转动方向，随着同步电机转子的转动和定子磁场的旋转，二者间的角度经过少量有阻尼的震荡后，逐渐趋于一个较小的常量。至此，同步电机进入同步运行状态。
（4）变频器按照预先设定的加速度，逐渐加速到给定频率。此时，同步电机的转子角逐渐拉大到某一常值，电机转子磁极在定子磁场的吸引下逐渐加速至期望转速，同步电机起动过程完成。同步电机高压变频调速装置电路接线图如图1所示。      

                                  图1 包钢同步电机高压变频调速装置电路接线图

    在同步电机的起动过程中，定、转子磁势大小的选择是关键问题。如果选择过低的定子磁场，最终将导致系统失步。选择过大的定子磁场可能导致同步电机的定子铁心饱和，进一步导致变频器输出过电流，电机起动失败。

3 技术参数  

    
同步电机高压变频调速装置技术参数如附表所示。

附表 同步电机高压变频调速装置技术参数

4 东方日立同步机变频器技术特点      

（1）采用鲁棒型无速度传感器矢量控制技术。无速度传感器矢量控制可以获得接近闭环控制的性能，同时省去了速度传感器，具有较低的维护成本。无速度传感器矢量控制可以获得改进的低速运行特性，变负载下的速度调节能力亦得到改善，同时还可获得高的起动转矩，这在高摩擦与惯性负载的起动中有明显的优势。这种技术除了具有传统的矢量控制技术所具备的优点外，还具有极高的抗干扰能力以及系统自恢复能力。      
（2）东方日立变频器具备“飞车”启动功能，传统的变频器在启动时一般要求电机完全停止后才能启动，而日立变频器无需等待电机停止，在电机旋转的情况下，可直接启动变频器。
（3）东方日立变频器具备瞬时停电再启动功能，一般来说工业电源均具备两段母线，在两段母线相互切换时，有一个掉电的瞬间。另外，母线上大电机启动或成组电机启动时均会造成母线电压瞬降，在这种情况下，一般的变频器会在5个周波内停止输出，而东方日立变频器由于具备瞬时停电再启动功能，因此不会造成任何影响。      
（4）东方日立变频器采用软充电技术。采用软充电技术，改善电容的充电特性后配合IGBT智能驱动技术可将电容寿命延长至15年。      
（5）东方日立变频器采用IGBT智能驱动技术。IGBT智能驱动技术为东方日立公司专利技术，通过改善IGBT的驱动特性可大大降低变频器对外的射频干扰，同时提高IGBT及电容器寿命。
（6）东方日立变频器具有低压整机调试功能，变频器在安装调试时，或在工频旁通运行情况下，对变频器进行维护时，一般的变频器需用户多次上下高压，很多现场管理严格的用户对于上下高压有着严格的规定及监督措施，因而造成调试时工作效率低下。尤其是变频器处于工频旁通运行时，根本无法提供变频器调试所需的高压电源。低压调试功能就是针这种情况设置的。只需一路380V电源即可完成变频器的整机静态调试。      
（7）东方日立变频器为八级单元串联，更高的单元串联级数，不仅保证了输出波形的质量，降低dv/dt、脉动转矩和di/dt。      

包钢同步电机高压变频调速装置的外观图如图2所示。