浅谈同步电机高压变频调速装置在包钢中的应用

包钢是我国重要的钢铁工业基地和全国最大的稀土生产、科研基地，是内蒙古自治区最大的工业企业。1954年建厂，1998年改制为公司制企业。公司总部位于内蒙古自治区包头市河西工业区，中心厂区占地面积36平方公里。包钢拥有"包钢股份"和"包钢稀土"两个上市公司。2008年，包钢经济总量和主要技术经济指标达到历史最好水平，销售收入首次突破400亿元大关，达到432.64亿元，同比增加100亿元以上，增长31.7%;钢产量达到983.9万吨，同比增加100万吨，增长11.32%;上缴税金达到37.96亿元，同比增加10亿元以上，增长38.8%,为地方经济社会发展做出了应有的贡献。包钢，全称是包头钢铁(集团)公司，始建于1954年。它是集矿山开采、钢铁冶炼轧制、稀土科研和销售以及与之相关的化工、发电等配套企业于一体的特大型钢铁联合企业集团。在全国各大钢铁企业里排名第12位，总资产达到355亿元。公司主厂区占地面积36平方公里，目前拥有包钢股份和稀土高科两个上市公司，具备年生产商品坯材700万吨以上生产能力，可生产63个品种，1970个规格的钢材产品。产品广泛用于冶金、建筑、石油、化工、航天、造船、铁路、汽车、国防等行业。包头钢铁(集团)工业旅游区2005年被国家旅游局命名为全国工业旅游示范点。2005年包钢下属钢联股份薄板坯连铸连轧厂二炼钢针对该厂二次除尘风机进行调研，该厂二次除尘风机的电机是一台GE公司生产的同步电动机，额定频率60Hz,由于工频运行不能达到60Hz,除尘风机的出力受到限制，为了解决此问题，包钢通过多方的考察、调研，最终选用我公司生产的无速度传感器矢量控制、同步机高压变频调速系统。

东方日立同步电机变频调速的启动过程

同步电机与普通异步电机运行上主要的区别是同步电机在运行时，电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹角必须在某一范围之内，否则将导致系统失步。因此在变频器向同步电机转子输出电压之前，先由励磁装置向同步电机的励磁绕组通以一定的励磁电流，将这一夹角控制到一定的范围之内，然后变频器再向同步电机的电枢绕组输出适当的电压，起动电机进入同步运行状态。步骤如下：

(1)励磁装置投励。励磁系统向同步电机的励磁绕组通以一定的励磁电流，在同步电机定子上建立一定的磁场。

(2)变频器向同步电机的电枢绕组施加一定的直流电压，产生转子电流。此时，在同步电机上产生的转子电流在转子上建立较强的磁场。

(3)变频器按照电机正常运行时的转动方向，随着同步电机转子的转动和定子磁场的旋转，二者间的角度经过少量有阻尼的震荡后，逐渐趋于一个较小的常量。至此，同步电机进入同步运行状态。

(4)变频器按照预先设定的加速度，逐渐加速到给定频率。此时，同步电机的转子角逐渐拉大到某一常值，电机转子磁极在定子磁场的吸引下逐渐加速至期望转速，同步电机起动过程完成。

在同步电机的起动过程中，定、转子磁势大小的选择是关键问题。如果选择过低的定子磁场，最终将导致系统失步。

东方日立同步机变频器技术特点

(1)采用鲁棒型无速度传感器矢量控制技术。无速度传感器矢量控制可以获得接近闭环控制的性能，同时省去了速度传感器，具有较低的维护成本。无速度传感器矢量控制可以获得改进的低速运行特性，变负载下的速度调节能力亦得到改善，同时还可获得高的起动转矩，这在高摩擦与惯性负载的起动中有明显的优势。

(2)东方日立变频器具备"飞车"启动功能，传统的变频器在启动时一般要求电机完全停止后才能启动，而日立变频器无需等待电机停止，在电机旋转的情况下，可直接启动变频器。

(3)东方日立变频器具备瞬时停电再启动功能，一般来说工业电源均具备两段母线，在两段母线相互切换时，有一个掉电的瞬间。另外，母线上大电机启动或成组电机启动时均会造成母线电压瞬降。

(4)东方日立变频器采用软充电技术。采用软充电技术，改善电容的充电特性后配合IGBT智能驱动技术可将电容寿命延长至15年。

(5)东方日立变频器采用IGBT智能驱动技术。IGBT智能驱动技术为东方日立公司专利技术，通过改善IGBT的驱动特性可大大降低变频器对外的射频干扰，同时提高IGBT及电容器寿命。

(6)东方日立变频器具有低压整机调试功能，变频器在安装调试时，或在工频旁通运行情况下，对变频器进行维护时，一般的变频器需用户多次上下高压，很多现场管理严格的用户对于上下高压有着严格的规定及监督措施，因而造成调试时工作效率低下。

(7)东方日立变频器为八级单元串联，更高的单元串联级数，不仅保证了输出波形的质量，降低dv/dt、脉动转矩和di/dt.

结束语

东方日立同步电动机高压变频调速系统采用先进的无速度传感器矢量控制技术，通过在包钢成功的应用，扩展了高压变频器产业的应用领域，为国内同步电机进行变频调速翻开了新的篇章，为我国建设节约型社会提供了更多的技术保障。