同步電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)和切換

　　圖3-22所示為同步電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)系統(tǒng)。同步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)由空載啟動(dòng)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(dòng)之前先選擇電動(dòng)機(jī)，假設(shè)現(xiàn)在選擇電動(dòng)機(jī)M1進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)過(guò)程如下。

　　（1）啟動(dòng)開(kāi)始：變頻器發(fā)出脈沖指令使勵(lì)磁電源接通，為同步電動(dòng)機(jī)提供100%的空載勵(lì)磁電流，再保持此勵(lì)磁電流不變的情況下，速度指令從零開(kāi)始緩慢增加，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　（2）加速運(yùn)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(dòng)機(jī)逐步加速至48Hz。

　　（3）勵(lì)磁模式切換：當(dāng)頻率達(dá)到48Hz時(shí)，勵(lì)磁電流從恒磁模式切換到電壓閉環(huán)調(diào)節(jié)模式。即勵(lì)磁電流的給定值將由電動(dòng)機(jī)電壓與工頻電源電壓的誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖3-23所示。

　　圖3-22 同步電動(dòng)機(jī)控制主回路結(jié)構(gòu)圖

　　圖3-23 勵(lì)磁電流的閉環(huán)控制

　　由于勵(lì)磁電流的變化可以調(diào)節(jié)功率因數(shù)并使同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩角特性產(chǎn)生小量變化。因此，實(shí)際上就構(gòu)成了電壓反饋的電動(dòng)機(jī)同步跟蹤系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)整到穩(wěn)定時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)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。

　　（4）同步切換：當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器鑒別到電壓誤差小于1%時(shí)，進(jìn)入同步切換控制，此時(shí)變頻器計(jì)算電動(dòng)機(jī)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(hào)。接通K1（或K2），斷開(kāi)K3（或K4），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)由工頻電源供電。啟動(dòng)完成后，變頻器再去啟動(dòng)另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M2。

　　進(jìn)行變頻器和工頻電源之間切換時(shí)，最主要的要求是盡可能地減少切換過(guò)程對(duì)電網(wǎng)和變頻器的沖擊。為了實(shí)現(xiàn)性能和價(jià)格間的平衡，應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率和種類(lèi)選擇切換方案。同時(shí)，在選擇變頻器時(shí)，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(dú)立實(shí)現(xiàn)切換控制，有的變頻器可能需要在PLC的配合下進(jìn)行切換控制。

　　同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

　　同步電動(dòng)機(jī)只有在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)相對(duì)靜止時(shí)，才能得到平均電磁轉(zhuǎn)矩。如將靜止的同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁后直接投入電網(wǎng)，這時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間以同步轉(zhuǎn)速。相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子受到交變的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其平均值為零，電機(jī)不能起動(dòng)。所以必須借助其他方式來(lái)起動(dòng)。

　　常用的起動(dòng)方法有下列三種：

　　（1）輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)通常選用和同步電動(dòng)機(jī)極數(shù)相同的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（容量為主機(jī)的5％～15％）作為輔助電動(dòng)機(jī)。先用輔助電動(dòng)機(jī)將主機(jī)拖動(dòng)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(dòng)機(jī)電源。這種方法只適用于空載起動(dòng)，而且所需設(shè)備多，操作復(fù)雜。

　　（2）變頻起動(dòng)此法實(shí)質(zhì)上是改變定于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速利用同步轉(zhuǎn)矩來(lái)起動(dòng)。在起動(dòng)開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子加上勵(lì)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(chǎng)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(lì)磁機(jī)與電動(dòng)機(jī)必須是非同軸的，否則在最初轉(zhuǎn)速很低時(shí)無(wú)法產(chǎn)生所需的勵(lì)磁電壓。

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