2010，
37 （5 ）
变频与调速
EMCA
方式，于 2002 年底，研制出 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大容量
高压变频装置，容量 5 000 kW，已在宁夏某药业
有限公司成功投运。2006 年，该公司开始着手研
制容量 9 600 kW /10 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 0 ～ 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
下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
总磁场拖着转子励磁磁场，两者空间相距 δ 角、同
步旋转。但在转子静止条件下起动时，两磁场间
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置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。
变频装置按照预先设定的加速曲线，逐渐加
速到给定频率。在调速过程中，端压 U 的气隙合
成总磁场和转子励磁磁场之间的夹角逐渐拉大到
某一常值，电机转子磁极在气隙合成总磁场的吸
引下逐渐加速至期望转速。通过大量 MATLAB
仿真和工程实践经验，得出：针对重载起动的场
合，为获得更大起动力矩，可适当提高变频装置输
出电压和同步电机的励磁电流。
1. 2
同步电机调速
变频装置驱动同步电动机调速时，为了解决
变频装置和同步电机间的配合，电机速度改变，同
时变频装置也会协同调节当前励磁电流大小，以
及改变输 出 电 压 对 应 值 （ 不 是 简 单 的 恒 U / f 控
制） 。
在某一设定频率范围运行，变频装置通过内
置 PID 控制器，实时控制同步电动机的励磁电流，
实现恒功率因数方式调节；在某一设定的频率范
围内运行时，励磁电流由变频装置根据当前运行
工况，输出 4 ～ 20 mA 信号给励磁调节器，采用变
频变励磁电流方式调节。调节方式切换由变频装
置自动完成，且调节方式的频率范围可以通过参
数设置。
同步电机调速瞬间，气隙合成磁场和转子励
磁磁场间功率角 δ 会变动。同步电机功率角 δ 在
运行期间不能变化过大，尤其不能让 δ > 90°，这
样同步机将进入不稳定状态。因此，同步电机变
频调速时，频率变化速率减小，这样有利于系统工
作稳定。
1. 3
同步电机正常停机和故障灭磁
在正常停机时，变频装置驱动同步电机至停
机转速，然后停止变频装置输出即可。减速过程
中，在恒功率因数频率点以上运行，励磁电流根据
恒功率因数来调节，在频率点以下范围运行，采用
变频变励磁电流方式运行。
运行期间若变频装置外系统出问题，需要紧
急停机，可以直接跳开高压侧输入开关 QF，通过
高压开关辅助节点连跳励磁装置。若变频装置系
统出问题要紧急停机时，变频装置立刻停止输出，
通过故障信号跳开高压侧输入开关，再通过高压
开关辅助节点连跳励磁装置。
灭磁初期，由于同步电机的主磁通无法突变，
在阻尼绕组上感应出很大电流，此时旋转中的同
步电机定子端会出现较高的三相交流电压。因
—
3
4
—