10000kw 同步电动机变频起动系统

    1 概述
    太钢 15000m3 制氧机，是引进乌克兰成套设备，其中 10000kw 同步电动机，作为空压
机的原动机，在起动时，利用变频起动装置，改变了传统的降低异步起动方式。通过变频
起动装置输出的可变三相交流电压，同时加一定的励磁电流，即异步起动，同步加速，
将同步电动机从静止状态，起动加速到同步转速，理想的解决了起动问题。变频起动具有
以下特点：
   （1

 

） 同步电动机变频起动的过程，是近于线性的同步加速过程，其定子电流小于

0.5Ie，到同步状态切换并网，因而对电网不存在电流冲击。
   （2

 

） 设备安装简便，不需要特殊的机械基础。

   （3

 

） 在有多台同步电动机的场合，可以用一台起动装置，依次起动几台同步电动机。

   （4

 

） 属于静止起动装置，维护、检修方便，可以不受时间与电网负荷的限制，便于调

试，检修试车，故障处理。
    2 系统的基本构成框图与功能控制
    2.1 构成框图
    整流器（B）和逆变器(N)是由普通 SCR 可控硅组成的三相桥式线路。在整流器和逆变
器之间串有平波电抗器 L

— —

。变频起动装置的主电路是典型的交 直 交电流型变频线路。

工作时，10kv 的三相交流电源，通过交流输入电抗器，加到整流器 B，其输出的直流电
压送给逆变器 N，而逆变器 N 的输出是一频率，幅值可变的三相交流电，供给同步电动
机定子。
    控制系统紧紧围绕整流与逆变的工作，分别组成各自的控制环节。在变频起动的全过程
中，分为两个状态。当电动机从 n=0 起动，f2≤5Hz 低速运转时，由于同步机定子绕组受转
子磁场作用而产生的感应电势很小，不足以使逆变器 SCR 元件关断，因此采用人工换流
方式（即：断续换流）。因不投入励磁，是异步起动，称为 P 状态。
    当逆变桥的输出频率达到 5Hz，这时投入同步电动机励磁。逆变器 SCR 元件换流靠同步
机定子的反电势来关断，即采用自控式调频控制的方式，称为 D 状态。这种状态一直持续
到 0.9ne，同步加速逐渐减小，系统转入自动整步微调控制，最后完成同步并网。变频起
动的全过程结束。
    2.2 变频起动装置调压调速的基本原理
    u1 是恒压恒频 10kv 交流，u2 是电压频率可变的交流电压，Ud 为整流器 B 的输出直流
电 压 ， 其 值 为 Ud=1.35u1cosα 。 而 同 步 电 动 机 转 速 的 公 式 为 n=60f/p, 感 应 电 势 为
E0=KnΦ0（近似等于 U2, Φ0 为主磁通）。逆变角为 β，令 UR 为逆变器输入直流电压，则
UR=1.35Ecosβ,将 E0=KnΦ0 代入，则 UR=1.35KnΦ0cosβ，若忽略平波电抗器上的压降，

 

那么 Ud=UR

 

，所以 1.35u 1cosα=1.35KnΦ0cosβ,故 n=U1cosα/KΦ0cosβ，实际工作中，逆变

角 β=0-600，事实上 β 角整定为 β=400，且固定不变,即 cosβ=C(常数)而 u1 也是定值,则 n
正比于 cosα,即 n 正比于 Ud ,因此,改变整流电压可达到调速的目的.
    2.3 逆变器的换流控制
    2.3.1 人工换流(断续换流)
    P 状态下,由于反电势小,换流将不可靠,所以采用人工换流。每当换流时刻，把整流桥推
入逆变状态，使 α=1400。瞬时整流电压极性变反，使逆变器输入电流迅速下降到零。逆变
器中的 6 个可控硅全部断流以致关断，在出现零电流信号，确认可控硅确已关断了，立
即解除整流桥的推逆变信号，恢复整流状态；同时触发逆变器对应可控硅元件导通，使
之安照 A、B、C 三相 N1、N2、N3、N4、N5、N6 的规律动作。完成逆变器可控硅桥臂的换相，