同步電動機變頻啟動和切換

　　圖3-22所示為同步電動機變頻啟動系統(tǒng)。同步電動機參數(shù)為6000V、4000kW、1000rpm；變頻器選用意大利ANSALDO公司的負(fù)載換向式SILCOVERTS型同步變頻器。要求電動機由空載啟動后切換到工頻電源，在工頻電源供電的情況下加載至額定負(fù)載。啟動之前先選擇電動機，假設(shè)現(xiàn)在選擇電動機M1進行啟動，啟動過程如下。

　　（1）啟動開始：變頻器發(fā)出脈沖指令使勵磁電源接通，為同步電動機提供100%的空載勵磁電流，再保持此勵磁電流不變的情況下，速度指令從零開始緩慢增加，電動機開始啟動運轉(zhuǎn)。

　　（2）加速運行：變頻器保持U/f不變的特性下，頻率和電壓均呈線性增加，電動機逐步加速至48Hz。

　?。?）勵磁模式切換：當(dāng)頻率達到48Hz時，勵磁電流從恒磁模式切換到電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)模式。即勵磁電流的給定值將由電動機電壓與工頻電源電壓的誤差進行調(diào)節(jié)，如圖3-23所示。

　　圖3-22 同步電動機控制主回路結(jié)構(gòu)圖

　　圖3-23 勵磁電流的閉環(huán)控制

　　由于勵磁電流的變化可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)并使同步電動機轉(zhuǎn)矩角特性產(chǎn)生小量變化。因此，實際上就構(gòu)成了電壓反饋的電動機同步跟蹤系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)整到穩(wěn)定時，同步電動機的端電壓和工頻電源電壓之差將以衰減振蕩趨近于零變化。

　?。?）同步切換：當(dāng)勵磁系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器鑒別到電壓誤差小于1%時，進入同步切換控制，此時變頻器計算電動機電壓與工頻電源電壓的相位差。一旦相位差為0，發(fā)出切換信號。接通K1（或K2），斷開K3（或K4），電動機轉(zhuǎn)由工頻電源供電。啟動完成后，變頻器再去啟動另一臺電動機M2。

　　進行變頻器和工頻電源之間切換時，最主要的要求是盡可能地減少切換過程對電網(wǎng)和變頻器的沖擊。為了實現(xiàn)性能和價格間的平衡，應(yīng)根據(jù)電動機的功率和種類選擇切換方案。同時，在選擇變頻器時，也要考慮該變頻器是否具有切換控制所要求的功能。有的變頻器可獨立實現(xiàn)切換控制，有的變頻器可能需要在PLC的配合下進行切換控制。

　　同步電動機只有在定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子勵磁磁場相對靜止時，才能得到平均電磁轉(zhuǎn)矩。如將靜止的同步電動機勵磁后直接投入電網(wǎng)，這時定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場間以同步轉(zhuǎn)速。相對運動，轉(zhuǎn)子受到交變的脈動轉(zhuǎn)矩，其平均值為零，電機不能起動。所以必須借助其他方式來起動。

　　常用的起動方法有下列三種：

　?。?）輔助電動機起動通常選用和同步電動機極數(shù)相同的感應(yīng)電動機（容量為主機的5％～15％）作為輔助電動機。先用輔助電動機將主機拖動到接近同步轉(zhuǎn)速，然后用自整步法將其投入電網(wǎng)，再切斷輔助電動機電源。這種方法只適用于空載起動，而且所需設(shè)備多，操作復(fù)雜。

　?。?）變頻起動此法實質(zhì)上是改變定于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速利用同步轉(zhuǎn)矩來起動。在起動開始時，轉(zhuǎn)子加上勵磁，走子電源的頻率調(diào)得很低，然后逐步增加到額定頻率，使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨著走子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速而同步上升，直到額定轉(zhuǎn)速。采用此法須有變頻電源，而且勵磁機與電動機必須是非同軸的，否則在最初轉(zhuǎn)速很低時無法產(chǎn)生所需的勵磁電壓。

　?。?）異步起動同步電動機多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似于感應(yīng)電動機的籠型起動繞組（即阻尼繞組）。起動時，先把勵磁繞組接到約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻，然后用感應(yīng)電動機起動方法將定于投入電網(wǎng)使之依靠異步轉(zhuǎn)矩起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到接近同步轉(zhuǎn)速時，再加入勵磁電流，依靠同步電磁轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步。