刘澄宇

石化企业重催装置主风机電机为6000V/21000KW的同步电动机，该同步电动机的起动方式采用了目前国际上比较先进的变频软起动方式。该变频软启动器设备中运用了很多当今世界领先的一些新技术，使大型同步电动机组实现了真正意义上的软启动，经过实践检验该软启动器性能优良、运行可靠，不仅减少了电机起动过程中对供电系统的冲击，提高了供电系统运行的稳定性。

关键词：同步电机、变频、软启动、励磁

一.同步电机变频软起动方面应用的新技术

重催主风机电动机为6000V/21000KW的同步电动机，采用的变频启动方式采用一种比较独特的变频软启动方式，与传统变频软启动的差别主要存在于该变频软启动设备没有专设转子位置检测器，而是通过在起动前励磁机对同步机转子加入励磁电流在定子绕组上感应出来的电势来确定转子的初始位置。在电机起动过程中，转子的位置检测通过软件计算来进行控制。由于变频软起动只是作为同步电动机起动，起动过程时间很短只有几分钟，因此这种方法较之采用传统的转子位置检测器更为简单、可靠。下面就将这种新技术做一具体介绍。其原理简图如图1所示。

从图中可以看出在起动前西门子励磁机6SG70对电动机转子绕组加入60%的额定直流励磁电流，在电磁感应的作用下，与同步电动机转子绕组位置相近的定子绕组上就会产生相应的感应电动势（约1V左右），该感应电动势通过降压变压器断路器及降压变压器送至高灵敏度电压变送器， 变频器控制单元对变送器输出的信号进行采集处理，计算出同步电动机转子的大概位置，然后针对转子的位置对同步电动机定子加入变频电源，并通过软件计算出起动过程中不同频率下转子的位置，逐步增加电源频率直到额定频率完成变频软启动的过程。

二.励磁控制方面采用的新技术

主机所采用的同步机也为无刷励磁同步机。该套变频软启动设备采用了一种国内并不常见的励磁控制方式。其原理简图如图2所示。

它采用西门子6SG70双向可控硅调压软启动器作为同步机的励磁电源，6SG70软启动器的输出接至一个3相变6相的旋转变压器，旋转变压器的二次绕组及旋转整流盘与电机转子同轴旋转，旋转变压器输出的六相双向可控硅调压软启动器→旋转变压器→旋转整流盘就直接实现了交流→直流的变化过程。其次可靠性高，该励磁装置采用直接通过调节6SG70调压软启动器双向可控硅的触发角来改变6SG70的输出电压来达到调节励磁电流的目的，较之国内常用的三相半控桥调压方式不存在半控桥失控情况的发生。

三.变频软起动变工频切换方面采用的新技术

在同步机软起动至额定频率后，下一步工作就是要进行变工频切换，将同步电动机由变频运行切换至工频运行。在工变频切换时必须保证两个电源（电网电源、变频器输出电源）在相位、频率、电压幅值三个方面尽量保持一致才能进行切换，否则对供电电网造成很大的冲击，该套变频软启动设备采用了SIEMENS公司生产的7VE51并行切换器来实现变工频的切换功能。该并行切换器通过判断电网电源、变频器输出电源在相位、频率、电压幅值是否满足切换要求，它采取的是一种模糊控制判别法。以判别电压幅值举例，7VE51通过两组电压互感器分别对电网电源、变频器输出电源的电压幅值采样，它始终以电网电源的参数做为基准参考，如变频器输出电源电压幅值高了或低了，它就通过控制接点输出至变频器，告诉变频器输出的电压幅值高或低了，变频器就适当调整输出电压的幅值，通过多次这样的找寻过程使两个电源的电压幅值控制在切换条件范围内。最终通过这样的方式使两个电源的相位、频率、电压幅值满足切换要求，在这些条件满足后7VE51对该套变频软启动设备的控制核心S7-300PLC发出切换条件满足的的指令，S7-300 PLC接受到指令后发出切换指令进行变工频切换。切换过程的波形图如图3所示。图中的正波形为ΔU12波形，ΔU12=U1（电网电源）-U2（变频器输出电源）。从图中可以看出在X1坐标处2#机进行工变频切换，电机断路器合闸。从X1-X2坐标段的波形可以看出在进行工变频切换时对电源电网的冲击非常小，对电网基本上没什么影响。因此可以看出该套变频软启动设备的工变频切换功能非常可靠，真正做到了不间断，无冲击切换。

结论：

重催装置主风机软启动器中所应用的这些新技术，使大型同步电动机组实现了真正意义上的软启动，经过实践检验该软启动器性能优良、运行可靠，不仅减少了电机起动过程中对供电系统的冲击，提高了供电系统的运行稳定性，而且很好的保障了重催装置的安全运行。

参考文献：

1. 《电力电子技术》王兆安、刘进军编著，机械工业出版社出版

2. 《实用变频器调速技术培训教程》张燕宾、胡纲衡、唐瑞球编著，机械工业出版社出版

3. 《电机学》张广溢、郭前刚编著，重庆大学出版社

4. 《西门子变频软启动装置使用说明书》