1引言

高壓同步電動機以其功率因數(shù)高、運行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、低轉(zhuǎn)速設(shè)計簡單等優(yōu)點在高壓大功率電氣驅(qū)動領(lǐng)域有著大量的應用，如大功率風機、水泵、油泵等。對于大功率低速負載，如磨機、往復式壓縮機等，使用多極同步電動機不僅可以提高系統(tǒng)功率因數(shù)，更可以省去變速機構(gòu)，如齒輪變速箱，降低系統(tǒng)故障率，簡化系統(tǒng)維護。

由于同步電機物理過程復雜、控制難度高，以往的高壓同步電機調(diào)速系統(tǒng)必須安裝速度/位置傳感器，增加了故障率，系統(tǒng)的可靠性較低。

單元串聯(lián)多電平型變頻器由于具有成本低，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，網(wǎng)側(cè)電流諧波小，輸出電壓波形正弦、基本無畸變，可靠性高等特點，在高壓大容量異步電機變頻調(diào)速領(lǐng)域取得了非常廣泛的應用。將單元串聯(lián)多電平型變頻器應用于同步電動機將有效地提高同步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性，降低同步電機變頻改造的成本，提高節(jié)能改造帶來的效益，同時也為單元串聯(lián)多電平型變頻器打開一個廣闊的新市場。利德華福的技術(shù)人員經(jīng)過大量的理論分析、計算機仿真和物理系統(tǒng)實驗，解決了同步電機起動整步等關(guān)鍵問題，已于2006年4月底成功地將單元串聯(lián)多電平型高壓變頻器應用于巨化股份公司合成氨廠的1000kw/6kv同步電動機上。以下將簡要介紹實際應用中的主要技術(shù)問題。

2同步電動機的工頻起動投勵過程

為了更好的說明同步電機的運行特點，先對同步電機的工頻起動投勵過程進行簡要的介紹。

在電網(wǎng)電壓直接驅(qū)動同步電機工頻運行時，同步電動機的起動投勵是一個比較復雜的過程。當同步電機電樞繞組高壓合閘時，通過高壓斷路器的輔助觸點告知同步電機的勵磁裝置準備投勵。此時，勵磁裝置自動在同步電機的勵磁繞組上接入一個滅磁電阻，以防止勵磁繞組上感應出高壓，同時在起動時提供一部分起動轉(zhuǎn)矩。同步電機電樞繞組上電后，在起動繞組和連有滅磁電阻的勵磁繞組的共同作用下，電機開始加速。當速度到達95%的同步轉(zhuǎn)速時，勵磁裝置根據(jù)勵磁繞組上的感應電壓選擇合適的時機投入勵磁，電機被牽入同步速運行。如果同步電機的凸極效應較強、起動負載較低，則在勵磁裝置找到合適的投勵時機之前，同步電機已經(jīng)進入同步運行狀態(tài)。在這種情況下，勵磁裝置將按照延時投勵的準則進行投勵，即高壓合閘后15s強行投勵。

3變頻器驅(qū)動同步電動機時的起動整步過程

用變頻器驅(qū)動同步電機運行時，使用與上述方式不同的起動方式：帶勵起動。

在變頻器向同步電機定子輸出電壓之前，即啟動前，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，然后變頻器再向同步電機的電樞繞組輸出適當?shù)碾妷?，起動電機。

同步電機與普通異步電機運行上主要的區(qū)別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉(zhuǎn)子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內(nèi)，否則將導致系統(tǒng)失步。在電機起動之初，這二者的夾角是任意的，必須經(jīng)過適當?shù)恼竭^程將這一夾角控制到一定的范圍之內(nèi)，然后電機進入穩(wěn)定的同步運行狀態(tài)。因此，起動整步問題是變頻器驅(qū)動同步電動機運行的關(guān)鍵問題。

變頻器驅(qū)動同步電動機的起動整步過程主要分為以下幾個步驟：

(1)勵磁裝置投勵。勵磁系統(tǒng)向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，在同步電機轉(zhuǎn)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(chǎn)生一定的定子電流。此時，在同步電機上產(chǎn)生一定的定子電流，并在定子上建立較強的磁場。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開始轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。此時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向可能與電機正常運行時的轉(zhuǎn)向相同，也可能相反。