1 引言
同步電動機以其可調的功率因數和輸出轉矩對電網電壓波動不敏感等良好的運行性能在大功率電氣傳動領域獨占螯頭，是驅動大型風機、水泵、壓縮機的首選機型。但大型同步電動機的起動是個相當復雜的問題。如果用減壓起動，不但需要很大的變壓器、電機結構又相對復雜，且起動對電網有較大的沖擊。而利用負載換相同步電動機的原理，對大型同步電動機進行變頻起動，是比較理想的方法。本文以寶鋼三燒結主排風機的起動裝置為例，介紹同步電動機變頻起動的原理、過程以及典型故障及處理方法。
2 起動裝置的基本組成及主要參數
寶鋼三期燒結于1998年建成投產，兩臺主排氣風機的電氣裝置由rolls-royce公司提供。
2.1 起動裝置的特點
（1） 沒有盤車裝置，真正實現靜止起動;
（2） 采用無刷勵磁，維護檢修方便;
（3） 數字化控制系統，調試方便，提高了系統的可靠性;
（4） 電動機在同步狀態并網，對馬達、電網的沖擊小。
2.2 主電路的結構
主回路由降壓變壓器、三相全控橋整流電路、直流電抗器、晶閘管逆變器、升壓變壓器及同步電動機組成。整流器控制系統為速度、電流負反饋雙閉環系統;逆變器控制系統由光電編碼器（ope）和間接式（ops）轉子位置檢測器，用于投網控制的整步微調和同步并網。系統的基本構成如圖1所示。
2.3 主回路部分主要設備的參數
主回路部分主要設備的參數如表1所示。
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直流電抗器（dc-l）的作用是將整流輸出的直流脈動值限制在一定數值之下，以保證逆變器的工作穩定。考慮到晶閘管的阻斷電壓和額定電流，系統使用了降壓變壓器、升壓變壓器。由于變流回路的電壓等級降低，使整流、逆變每橋臂只使用了一個晶閘管。
3 起動過程
從起動指令發出到起動完畢同步并網，經歷了升壓變旁路－接通切換，“強制（斷續）－自然換相”切換、整步微調和同步并網等過程，其間有3次電流限制值切換。
發出起動指令后，先投入勵磁，然后合上起動裝置的輸入、輸出開關，使其投入運行，開始起動。表2顯示起動加速過程中，控制方式和主要狀態的變化。
表2 起動加速過程中，控制方式和主要狀態的變化
由于變壓器在低頻時效率較低，不足以帶動電動機，同步電動機從靜止開始起動時，升壓變壓器處于旁路狀態，直到額定轉速的8％（4hz），斷開旁路開關，接通升壓變壓器。當轉速提升到10％（5hz）時，電流限幅由20％切換到50％。這期間是采用強制換相法，斷流時將整流側延遲角α推到135°，同時導通續流晶閘管，從而不至于因電抗器的能量釋放而影響逆變器的斷流，快速關斷主回路斷流，然后在減小α角的同時，輸入電流開始增加時，電抗器兩端的極性改變，續流晶閘管v0自動關斷。當主回路電流降到零后，經延時釋放整流器與逆變器的晶閘管。在強迫換流階段，主要通過編碼器來檢測轉子位置，從而觸發相應的晶閘管，使得逆變器的晶閘管超前角為零，提高啟動轉矩。
當電機加速到額定轉速的10％到14％（5hz到7hz）時，逆變換流方式由強制換流切換到反電動勢自然換相，完成了換相方式的轉換。即通過間接檢測同步電動機定子繞組感應電動勢的間接計算轉子位置，這樣可以較高的控制精度。
同步電動機在低速段運行時，逆變橋晶閘管的持續導通時間比較長，容易過熱。鑒于風機低速時負載較輕，直流電流限制值設定在晶閘管額定電流的20％。待轉速上升到10％升壓變壓器處于接通狀態時，電流限制切換到50％，當轉速提升到17％以后，將電流限制值切換到額定電流值上，在此同時，為了提高系統的效率和平均轉矩，勵磁方式由勵磁電流保持恒定，改為磁通保持恒定。同步電動機加速到額定轉速的95％時，系統進入整步微調控制階段。裝置從起動指令發出到開始自動整步微調歷時約90s。
進入整步微調控制階段后，同步繼電器根據電網電壓和同步電動機端電壓兩者頻率上的差值（δf），產生一個轉速微調信號，自動地調整整流器輸出的直流電壓的高低，對同步電動機轉速作微調，以使兩者的頻率差減小到目標值以內。與此同時，勵磁電流也由同步繼電器控制，以使同步電動機端電壓和電網電壓的幅值差達到目標值。
通過對同步電動機端電壓的幅值、頻率的微調，使得同步電動機定子端電壓和電網電壓之差值達到下述指標時：δf《1/4hz、δu《2％un、δsγ≈0（δsγ為相位差），同步并網條件即告成立。系統封鎖整流器和逆變器的全部觸發脈沖，輸出電流下降到零。與此同時，電動機并入電網，隨后起動裝置的#p#分頁標題#e#電源側和負載側開關分斷，結束起動過程。整步微調階段歷時約20s到40s。
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