包鋼是國家在“一五”期間建設的156個重點項目之一，是我國重要的鋼鐵工業(yè)基地和最大的稀土工業(yè)基地，是內蒙古自治區(qū)最大的工業(yè)企業(yè)，擁有“包鋼股份”和“稀土高科”兩個上市公司。包鋼1954年建廠，1998年改制為公司制企業(yè)。截至2004年末，總資產達到351億元，目前，包鋼鋼鐵產業(yè)已形成一、二煉鋼兩大體系，板、管、軌、線四條生產線的格局，具備年產鋼850萬噸以上的能力，鋼鐵產品包括冷軋薄板、熱軋薄板、無縫鋼管、重軌及大型材、高速線材等63個品種1970個規(guī)格，是全國三大鋼軌生產基地之一和品種規(guī)格較為齊全的無縫鋼管生產基地。2005年包鋼下屬鋼聯(lián)股份薄板坯連鑄連軋廠二煉鋼針對該廠二次除塵風機進行調研，該廠二次除塵風機的電機是一臺GE公司生產的同步電動機，額定頻率60Hz，由于工頻運行不能達到60Hz，除塵風機的出力受到限制，為了解決此問題，包鋼通過多方的考察、調研，最終選用我公司生產的無速度傳感器矢量控制、同步機高壓變頻調速系統(tǒng)。

東方日立同步電機變頻調速的啟動過程

同步電機與普通異步電機運行上主要的區(qū)別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內，否則將導致系統(tǒng)失步。因此在變頻器向同步電機轉子輸出電壓之前，先由勵磁裝置向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，將這一夾角控制到一定的范圍之內，然后變頻器再向同步電機的電樞繞組輸出適當?shù)碾妷海饎与姍C進入同步運行狀態(tài)。步驟如下：

（1）勵磁裝置投勵。勵磁系統(tǒng)向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，在同步電機定子上建立一定的磁場。

（2）變頻器向同步電機的電樞繞組施加一定的直流電壓，產生轉子電流。此時，在同步電機上產生的轉子電流在轉子上建立較強的磁場。轉子在定、轉子間電磁力的作用下開始轉動，使轉子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。

（3）變頻器按照電機正常運行時的轉動方向，隨著同步電機轉子的轉動和定子磁場的旋轉，二者間的角度經(jīng)過少量有阻尼的震蕩后，逐漸趨于一個較小的常量。至此，同步電機進入同步運行狀態(tài)。

（4）變頻器按照預先設定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時，同步電機的轉子角逐漸拉大到某一常值，電機轉子磁極在定子磁場的吸引下逐漸加速至期望轉速，同步電機起動過程完成。同步電機高壓變頻調速裝置電路接線圖如圖1所示。

圖1 包鋼同步電機高壓變頻調速裝置電路接線圖

在同步電機的起動過程中，定、轉子磁勢大小的選擇是關鍵問題。如果選擇過低的定子磁場，最終將導致系統(tǒng)失步。選擇過大的定子磁場可能導致同步電機的定子鐵心飽和，進一步導致變頻器輸出過電流，電機起動失敗。

技術參數(shù)

同步電機高壓變頻調速裝置技術參數(shù)如附表所示。

附表 同步電機高壓變頻調速裝置技術參數(shù)

東方日立同步機變頻器技術特點

（1）采用魯棒型無速度傳感器矢量控制技術。無速度傳感器矢量控制可以獲得接近閉環(huán)控制的性能，同時省去了速度傳感器，具有較低的維護成本。無速度傳感器矢量控制可以獲得改進的低速運行特性，變負載下的速度調節(jié)能力亦得到改善，同時還可獲得高的起動轉矩，這在高摩擦與慣性負載的起動中有明顯的優(yōu)勢。這種技術除了具有傳統(tǒng)的矢量控制技術所具備的優(yōu)點外，還具有極高的抗干擾能力以及系統(tǒng)自恢復能力。

（2）東方日立變頻器具備“飛車”啟動功能，傳統(tǒng)的變頻器在啟動時一般要求電機完全停止后才能啟動，而日立變頻器無需等待電機停止，在電機旋轉的情況下，可直接啟動變頻器。

（3）東方日立變頻器具備瞬時停電再啟動功能，一般來說工業(yè)電源均具備兩段母線，在兩段母線相互切換時，有一個掉電的瞬間。另外，母線上大電機啟動或成組電機啟動時均會造成母線電壓瞬降，在這種情況下，一般的變頻器會在5個周波內停止輸出，而東方日立變頻器由于具備瞬時停電再啟動功能，因此不會造成任何影響。

（4）東方日立變頻器采用軟充電技術。采用軟充電技術，改善電容的充電特性后配合IGBT智能驅動技術可將電容壽命延長至15年。

（5）東方日立變頻器采用IGBT智能驅動技術。IGBT智能驅動技術為東方日立公司專利技術，通過改善IGBT的驅動特性可大大降低變頻器對外的射頻干擾，同時提高IGBT及電容器壽命。

（6）東方日立變頻器具有低壓整機調試功能，變頻器在安裝調試時，或在工頻旁通運行情況下，對變頻器進行維護時，一般的變頻器需用戶多次上下高壓，很多現(xiàn)場管理嚴格的用戶對于上下高壓有著嚴格的規(guī)定及監(jiān)督措施，因而造成調試時工作效率低下。尤其是變頻器處于工頻旁通運行時，根本無法提供變頻器調試所需的高壓電源。低壓調試功能就是針這種情況設置的。只需一路380V電源即可完成變頻器的整機靜態(tài)調試。

（7）東方日立變頻器為八級單元串聯(lián)，更高的單元串聯(lián)級數(shù)，不僅保證了輸出波形的質量，降低dv/dt、脈動轉矩和di/dt。

包鋼同步電機高壓變頻調速裝置的外觀圖如圖2所示。

圖2 包鋼同步電機高壓變頻調速裝置的外觀圖

結束語

東方日立同步電動機高壓變頻調速系統(tǒng)采用先進的無速度傳感器矢量控制技術，通過在包鋼成功的應用，擴展了高壓變頻器產業(yè)的應用領域，為國內同步電機進行變頻調速翻開了新的篇章，為我國建設節(jié)約型社會提供了更多的技術保障。