背景

同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比具有功率因數(shù)高、效率高等特點(diǎn)，運(yùn)行在過勵(lì)狀態(tài)時(shí)，可使功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)輸送無功功率，從而提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。大功率同步電機(jī)直接起動(dòng)電流很大，在配備電力變壓器時(shí)要求充分的儲(chǔ)備容量，給電網(wǎng)帶來了極大的電能浪費(fèi)。過大的起動(dòng)電流還會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，影響同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常運(yùn)行，可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成跳閘事故。

因此，大部分高壓大功率電機(jī)都配套了軟起動(dòng)裝置，以限制起動(dòng)電流，降低對(duì)電網(wǎng)沖擊，相比傳統(tǒng)裝置，采用軟起動(dòng)裝置能夠降低大功率電機(jī)起動(dòng)過程中電網(wǎng)的壓降和諧波，減小電機(jī)起動(dòng)過程對(duì)電網(wǎng)的干擾，能夠減小電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)及其負(fù)載設(shè)備的機(jī)械沖擊力，通過減少起動(dòng)電流能夠保護(hù)電機(jī)，延長電機(jī)的使用壽命。

介紹

隨著高壓大功率同步電機(jī)的普遍應(yīng)用，其起動(dòng)問題逐漸成為大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部電力網(wǎng)的一個(gè)主要矛盾。起動(dòng)方式的選擇不僅影響工程的一次性投資大小，而且也影響到今后電力網(wǎng)和設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

變頻軟起動(dòng)是采用變頻器作為軟起動(dòng)器來控制電機(jī)起動(dòng)，其工作原理是通過功率器件的有序開關(guān)，形成各種頻率和電壓的PWM電壓波形施加于電機(jī)端。起動(dòng)過程中，頻率改變的同時(shí)保證電機(jī)磁通近似不變，即電壓頻率之比為常數(shù)。當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后將電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)恒速運(yùn)行。

變頻軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，一般不超過電機(jī)額定電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，系統(tǒng)較簡單，維護(hù)方便，控制性能好，輸出波形質(zhì)量高，對(duì)電網(wǎng)污染?。黄饎?dòng)和并網(wǎng)時(shí)間短，易于自動(dòng)控制。

案例

某公司高爐鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為一拖二變頻軟起動(dòng)控制系統(tǒng)，包括兩臺(tái)27,000 KW同步電機(jī)和兩臺(tái)AV71軸流風(fēng)機(jī)，該高壓變頻軟起動(dòng)裝置為高級(jí)聯(lián)型，采用變壓器移相技術(shù)，功率單元直接串聯(lián)結(jié)構(gòu)；功率單元與主控系統(tǒng)采用光纖連接，具有高可靠性及快速性，可實(shí)現(xiàn)無沖擊同步切換。當(dāng)電機(jī)達(dá)到工頻后切過程中變頻器能自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)的頻率、電壓和相位，實(shí)現(xiàn)同頻、同壓、同相位切換，切換過程平穩(wěn)，電流波動(dòng)小；另外，變頻器可進(jìn)行PLC編程。因此該變頻器用于同步電機(jī)軟起動(dòng)具有很大的優(yōu)越性。

變頻器起動(dòng)時(shí)，其輸出頻率一般從0 Hz或一極小頻率開始運(yùn)行，此時(shí)變頻器發(fā)出投勵(lì)運(yùn)行信號(hào)、通過4~20 mA模擬量信號(hào)端子發(fā)送勵(lì)磁電流給定信號(hào)至勵(lì)磁裝置。勵(lì)磁裝置立即投勵(lì)，并根據(jù)所給定的勵(lì)磁電流輸出勵(lì)磁電流。隨著變頻器輸出頻率增加，電機(jī)的速度逐漸升高，變頻器自動(dòng)計(jì)算勵(lì)磁給定值并發(fā)送勵(lì)磁電流給定信號(hào)，勵(lì)磁裝置跟隨變頻器的勵(lì)磁電流給定值并工作在恒流勵(lì)磁狀態(tài)，達(dá)到同步起動(dòng)過程中定子電流最小的起動(dòng)要求。在起動(dòng)過程中如果變頻器發(fā)生故障，勵(lì)磁裝置立即封鎖勵(lì)磁輸出并通過滅磁回路進(jìn)行續(xù)流滅磁，將勵(lì)磁繞組中的能量以發(fā)熱形式消耗掉。

目的

變頻軟起動(dòng)的整個(gè)控制過程由變頻器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，變頻器監(jiān)視外圍工作環(huán)境，若不滿足工作條件，變頻器將禁止啟動(dòng)。若遇到緊急情況，變頻器自動(dòng)跳高壓，直到啟動(dòng)條件恢復(fù)后，方可重新合閘并運(yùn)行。DCS只需發(fā)變頻器預(yù)充電和起動(dòng)2個(gè)指令，操作簡單明了。工頻切換過程中變頻器自動(dòng)跟蹤輸出頻率、電壓和相位角并將其鎖定，切換過程非常平穩(wěn)；沖擊電流較小，電網(wǎng)幾乎感覺不到任何波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了完全無沖擊的軟起動(dòng)。