利德华福高压变频器在同步电动机上的应用

  摘要:高压同步电动机以其功率因数高、运行转速稳定、低转速设计简单等优点在高压大功率电气驱动领域有着大量的应用。但物理过程复杂、控制难度高的特点,一直制约着同步电机的变频应用。利德华福技术人员经过大量的理论分析、仿真、实验,解决了同步电机整步等关键问题,已于2006年4月底成功地将单元串联多电平型高压变频器应用于巨化股份公司合成氨厂的1000kW/6kV同步电动机上,本文将简要介绍应用的相关情况。

一、引言

高压同步电动机以其功率因数高、运行转速稳定、低转速设计简单等优点在高压大功率电气驱动领域有着大量的应用,如大功率风机、水泵、油泵等。对于大功率低速负载,如磨机、往复式压缩机等,使用多极同步电动机不仅可以提高系统功率因数,更可以省去变速机构,如齿轮变速箱,降低系统故障率,简化系统维护。

由于同步电机物理过程复杂、控制难度高,以往的高压同步电机调速系统必须安装速度/位置传感器,增加了故障率,系统的可靠性较低。

单元串联多电平型变频器由于具有成本低,网侧功率因数高,网侧电流谐波小,输出电压波形正弦、基本无畸变,可靠性高等特点,在高压大容量异步电机变频调速领域取得了非常广泛的应用。将单元串联多电平型变频器应用于同步电动机将有效地提高同步电机变频调速系统的可靠性,降低同步电机变频改造的成本,提高节能改造带来的效益,同时也为单元串联多电平型变频器打开一个广阔的新市场。利德华福的技术人员经过大量的理论分析、计算机仿真和物理系统实验,解决了同步电机起动整步等关键问题,已于2006年4月底成功地将单元串联多电平型高压变频器应用于巨化股份公司合成氨厂的1000kW/6kV同步电动机上。以下将简要介绍实际应用中的主要技术问题。

二、同步电动机的工频起动投励过程

为了更好的说明同步电机的运行特点,先对同步电机的工频起动投励过程进行简要的介绍。

在电网电压直接驱动同步电机工频运行时,同步电动机的起动投励是一个比较复杂的过程。当同步电机电枢绕组高压合闸时,通过高压断路器的辅助触点告知同步电机的励磁装置准备投励。此时,励磁装置自动在同步电机的励磁绕组上接入一个灭磁电阻,以防止励磁绕组上感应出高压,同时在起动时提供一部分起动转矩。同步电机电枢绕组上电后,在起动绕组和连有灭磁电阻的励磁绕组的共同作用下,电机开始加速。当速度到达95%的同步转速时,励磁装置根据励磁绕组上的感应电压选择合适的时机投入励磁,电机被牵入同步速运行。如果同步电机的凸极效应较强、起动负载较低,则在励磁装置找到合适的投励时机之前,同步电机已经进入同步运行状态。在这种情况下,励磁装置将按照延时投励的准则进行投励,即高压合闸后15秒强行投励。