同步電動機變頻啟動和切換
2021-01-08 電子發燒友佚名 發表於 2019-11-06 09:29:58
圖3-22所示為同步電動機變頻啟動系統。同步電動機參數為6000V、4000kW、1000rpm；變頻器選用義大利ANSALDO公司的負載換向式SILCOVERTS型同步變頻器。要求電動機由空載啟動後切換到工頻電源，在工頻電源供電的情況下加載至額定負載。啟動之前先選擇電動機，假設現在選擇電動機M1進行啟動，啟動過程如下。
（1）啟動開始：變頻器發出脈衝指令使勵磁電源接通，為同步電動機提供100%的空載勵磁電流，再保持此勵磁電流不變的情況下，速度指令從零開始緩慢增加，電動機開始啟動運轉。
（2）加速運行：變頻器保持U/f不變的特性下，頻率和電壓均呈線性增加，電動機逐步加速至48Hz。
（3）勵磁模式切換：當頻率達到48Hz時，勵磁電流從恆磁模式切換到電壓閉環調節模式。即勵磁電流的給定值將由電動機電壓與工頻電源電壓的誤差進行調節，如圖3-23所示。
圖3-22 同步電動機控制主迴路結構圖
圖3-23 勵磁電流的閉環控制
由於勵磁電流的變化可以調節功率因數並使同步電動機轉矩角特性產生小量變化。因此，實際上就構成了電壓反饋的電動機同步跟蹤系統。當系統調整到穩定時，同步電動機的端電壓和工頻電源電壓之差將以衰減振蕩趨近於零變化。
（4）同步切換：當勵磁系統電壓調節器鑑別到電壓誤差小於1%時，進入同步切換控制，此時變頻器計算電動機電壓與工頻電源電壓的相位差。一旦相位差為0，發出切換信號。接通K1（或K2），斷開K3（或K4），電動機轉由工頻電源供電。啟動完成後，變頻器再去啟動另一臺電動機M2。
進行變頻器和工頻電源之間切換時，最主要的要求是儘可能地減少切換過程對電網和變頻器的衝擊。為了實現性能和價格間的平衡，應根據電動機的功率和種類選擇切換方案。同時，在選擇變頻器時，也要考慮該變頻器是否具有切換控制所要求的功能。有的變頻器可獨立實現切換控制，有的變頻器可能需要在PLC的配合下進行切換控制。
同步電動機的起動方法同步電動機只有在定子旋轉磁場與轉子勵磁磁場相對靜止時，才能得到平均電磁轉矩。如將靜止的同步電動機勵磁後直接投入電網，這時定子旋轉磁場與轉子磁場間以同步轉速。相對運動，轉子受到交變的脈動轉矩，其平均值為零，電機不能起動。所以必須藉助其他方式來起動。
常用的起動方法有下列三種：
（1）輔助電動機起動通常選用和同步電動機極數相同的感應電動機（容量為主機的5％～15％）作為輔助電動機。先用輔助電動機將主機拖動到接近同步轉速，然後用自整步法將其投入電網，再切斷輔助電動機電源。這種方法只適用於空載起動，而且所需設備多，操作複雜。
（2）變頻起動此法實質上是改變定於旋轉磁場轉速利用同步轉矩來起動。在起動開始時，轉子加上勵磁，走子電源的頻率調得很低，然後逐步增加到額定頻率，使轉子的轉速隨著走子旋轉磁場的轉速而同步上升，直到額定轉速。採用此法須有變頻電源，而且勵磁機與電動機必須是非同軸的，否則在最初轉速很低時無法產生所需的勵磁電壓。
（3）異步起動同步電動機多數在轉子上裝有類似於感應電動機的籠型起動繞組（即阻尼繞組）。起動時，先把勵磁繞組接到約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻，然後用感應電動機起動方法將定於投入電網使之依靠異步轉矩起動，當轉速上升到接近同步轉速時，再加入勵磁電流，依靠同步電磁轉矩將轉子牽入同步。
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