交流同步电机 高压变频调速装置 成功投运及技术浅析

1、引言
　　
由于交流同步电机（简称同步电机）在可靠性与维护量、功率因数、电机尺寸与转动惯量、控制精度、弱
磁比等方面有其自身的优势，对于大容量电机，世界各国已基本趋向于使用同步电机。比如工业应用上
大功率空气压缩机、水泵、煤炭与有色金属行业中的大功率提升机和钢厂大容量轧钢机等均采用同步电
机驱动。
　　
交流同步电机的调速是电气驱动领域的一大难题，我国从 20 世纪 70 年代开始进行交流同步电机调速
技术的研究，80

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年代初已研制成功交 交变频同步电机的实验样机，但大功率交流变频调速装置直到

90 年代后期才得到发展。
　　
目前国产大功率变频装置成功应用于同步电机的实例很少，都是国外品牌一统天下。目前我国大型同步
电机应用变频调速虽然刚刚起步，但国外已经广泛使用。通过他们长期的运行实践表明：应用高压大功
率变频调速系统的经济效益良好、其可靠性也可以得到保证。因此我国高压同步电机变频调速装置将来
的市场前景巨大。
　　
上海发电设备成套设计研究院电气所自 1999 年开始通过对国内外高压变频装置进行广泛的调研，同时
收集资料进行比较，确立了总的技术方案，采取单元串联多电平方式。经过几年不懈努力，2002 年底
1250kw/6kv 高压变频装置样机研制成功，2003 年 7 月通过由上海市经委主持的产品技术鉴定。2003 年 9
月正式投入运行，产品一经推出，获得诸多荣誉。2005 年底，我公司成功研制生产了国产最大容量高压
变频装置，容量 5000kw，在宁夏多维药业有限公司成功投运。2006 年，我公司开始着手研制容量
9600kw/10kv 的高压变频装置，2007 年初已成功申请获得国家高技术研究发展计划（863 计划）专题课
题。目前公司已成功研制出 maxf 同步电机高压变频调速装置，于 2007 年 10 月在河南心连心化肥有限公

 

司空压机同步电机上成功投运。
2、同步电机变频调速技术的难点分析
　　
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。因此同步电机变频调速时必须时刻控制这一夹角在
允许的范围内变动，这一点就是同步电机变频和异步电机变频的主要区别。以下将简要介绍同步电机变
频调速过程遇到的难点及 maxf 变频装置相应解决措施：
（1）同步电机的启动投励过程
　　
通常同步电机启动有两种方式：一种先投励，同步启动；一种异步启动，后顺极性投励。对于同步电机
变频启动均采用先投励，同步启动，但常会出现转子位置判断不正确导致电机启动失败。针对同步电机
变频调速改造，很容易采用异步启动，顺极性投励方式，所以 maxf 变频装置对同步电机进行异步软启
动，实现额定启动力矩，将同步电机启动到 8hz 左右进行顺极性投励，具体所投励磁大小及投励时频
率可以根据不同应用场合调试确定。至此，电动机转子磁场和定子磁场间夹角经过小量有阻尼震荡后，