同步電機高壓變頻調速裝置在包鋼的應用

包鋼是國家在“一五”期間建設的156個重點項目之一，是我國重要的鋼鐵工業基地和最大的稀土工業基地，是內蒙古自治區最大的工業企業，擁有“包鋼股份”和“稀土高科”兩個上市公司。包鋼1954年建廠，1998年改制為公司制企業。截至2004年末，總資產達到351億元，目前，包鋼鋼鐵產業已形成一、二煉鋼兩大體系，板、管、軌、線四條生產線的格局，具備年產鋼850萬噸以上的能力，鋼鐵產品包括冷軋薄板、熱軋薄板、無縫鋼管、重軌及大型材、高速線材等63個品種1970個規格，是全國三大鋼軌生產基地之一和品種規格較為齊全的無縫鋼管生產基地。2005年包鋼下屬鋼聯股份薄板坯連鑄連軋廠二煉鋼針對該廠二次除塵風機進行調研，該廠二次除塵風機的電機是一臺GE公司生產的同步電動機，額定頻率60Hz，由于工頻運行不能達到60Hz，除塵風機的出力受到限制，為了解決此問題，包鋼通過多方的考察、調研，最終選用我公司生產的無速度傳感器矢量控制、同步機高壓變頻調速系統。

東方日立同步電機變頻調速的啟動過程

同步電機與普通異步電機運行上主要的區別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內，否則將導致系統失步。因此在變頻器向同步電機轉子輸出電壓之前，先由勵磁裝置向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，將這一夾角控制到一定的范圍之內，然后變頻器再向同步電機的電樞繞組輸出適當的電壓，起動電機進入同步運行狀態。步驟如下：

（1）勵磁裝置投勵。勵磁系統向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，在同步電機定子上建立一定的磁場。

（2）變頻器向同步電機的電樞繞組施加一定的直流電壓，產生轉子電流。此時，在同步電機上產生的轉子電流在轉子上建立較強的磁場。轉子在定、轉子間電磁力的作用下開始轉動，使轉子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。

（3）變頻器按照電機正常運行時的轉動方向，隨著同步電機轉子的轉動和定子磁場的旋轉，二者間的角度經過少量有阻尼的震蕩后，逐漸趨于一個較小的常量。至此，同步電機進入同步運行狀態。

（4）變頻器按照預先設定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時，同步電機的轉子角逐漸拉大到某一常值，電機轉子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉速，同步電機起動過程完成。同步電機高壓變頻調速裝置電路接線圖如圖1所示。

圖1 包鋼同步電機高壓變頻調速裝置電路接線圖

在同步電機的起動過程中，定、轉子磁勢大小的選擇是關鍵問題。如果選擇過低的定子磁場，最終將導致系統失步。選擇過大的定子磁場可能導致同步電機的定子鐵心飽和，進一步導致變頻器輸出過電流，電機起動失敗。

技術參數

同步電機高壓變頻調速裝置技術參數如附表所示。

附表 同步電機高壓變頻調速裝置技術參數

東方日立同步機變頻器技術特點

（1）采用魯棒型無速度傳感器矢量控制技術。無速度傳感器矢量控制可以獲得接近閉環控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節能力亦得到改善，同時還可獲得高的起動轉矩，這在高摩擦與慣性負載的起動中有明顯的優勢。這種技術除了具有傳統的矢量控制技術所具備的優點外，還具有極高的抗干擾能力以及系統自恢復能力。

（2）東方日立變頻器具備“飛車”啟動功能，傳統的變頻器在啟動時一般要求電機完全停止后才能啟動，而日立變頻器無需等待電機停止，在電機旋轉的情況下，可直接啟動變頻器。

（3）東方日立變頻器具備瞬時停電再啟動功能，一般來說工業電源均具備兩段母線，在兩段母線相互切換時，有一個掉電的瞬間。另外，母線上大電機啟動或成組電機啟動時均會造成母線電壓瞬降，在這種情況下，一般的變頻器會在5個周波內停止輸出，而東方日立變頻器由于具備瞬時停電再啟動功能，因此不會造成任何影響。

（4）東方日立變頻器采用軟充電技術。采用軟充電技術，改善電容的充電特性后配合IGBT智能驅動技術可將電容壽命延長至15年。

（5）東方日立變頻器采用IGBT智能驅動技術。IGBT智能驅動技術為東方日立公司專利技術，通過改善IGBT的驅動特性可大大降低變頻器對外的射頻干擾，同時提高IGBT及電容器壽命。

（6）東方日立變頻器具有低壓整機調試功能，變頻器在安裝調試時，或在工頻旁通運行情況下，對變頻器進行維護時，一般的變頻器需用戶多次上下高壓，很多現場管理嚴格的用戶對于上下高壓有著嚴格的規定及監督措施，因而造成調試時工作效率低下。尤其是變頻器處于工頻旁通運行時，根本無法提供變頻器調試所需的高壓電源。低壓調試功能就是針這種情況設置的。只需一路380V電源即可完成變頻器的整機靜態調試。

（7）東方日立變頻器為八級單元串聯，更高的單元串聯級數，不僅保證了輸出波形的質量，降低dv/dt、脈動轉矩和di/dt。

包鋼同步電機高壓變頻調速裝置的外觀圖如圖2所示。

圖2 包鋼同步電機高壓變頻調速裝置的外觀圖

結束語

東方日立同步電動機高壓變頻調速系統采用先進的無速度傳感器矢量控制技術，通過在包鋼成功的應用，擴展了高壓變頻器產業的應用領域，為國內同步電機進行變頻調速翻開了新的篇章，為我國建設節約型社會提供了更多的技術保障。