变频器在永磁同步电机上的应用--韩伟.doc

变频软起动器在900KW永磁同步电机上的应用
韩伟
摘要：
本文介绍了大力电工襄阳股份有限公司生产的软起动器在900KW永磁同步电机上的应用,分析了永磁同步电机的软起动特点以及在氧压机负载下的起动效果。提供了永磁同步电机起动的具体运行数据，同步电机成功启动并投运，产品得到了厂家高度的认可。
关键词：
大力电工襄阳股份有限公司 高压变频软起动器 永磁同步电机

一、概述
天津荣程联合钢铁集团有限公司是以钢铁为主业，兼营物流贸易、资源开发等为一体的大型联合企业。是国家确定的千家节能减排重点监控企业之一，天津市30家节能减排重点考核单位之一。为了更好的达到节能效果，公司领导决定将制氧厂的普通同步电机更换为北京明诚最新研制的永磁同步电机，以达到节能效果。
由于直接电网起动永磁同步电机，瞬间电流能达到额定的14倍以上，因此需要通过软起动的方式来起动永磁同步电机，并在起动完成后能够同步并网切换。公司领导经过多次市场调研，最终选用了大力电工襄阳股份有限公司研发的HVFS-900/10A高压变频软起动器。

二、起动情况介绍
天津荣程选用TYKK630三相永磁同步电动机用于制氧压缩机上使用，主要因为以下原因可以达到节电的效果：
1、和直流电机相比，没有直流电机的换向器和电刷等缺点；
2、和异步电机相比，它由于不需要无功励磁电流，因而效率高，功率因数高，力矩惯量比大，定子电流和定子电阻损耗减小，且转子参数可测、控制性能好；
3、和普通同步电机相比，它省去了励磁装置，简化了结构，提高了效率可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高响应速度）；
4、和开关磁阻电机（SR）相比，它没有低速转矩脉动大的问题，早已实现了低速稳定运行，因此适合快速、高精度的控制场合。
因此厂家选用永磁同步电机来更换普通同步电机，但是同时由于永磁同步电机没有励磁柜，本身转子是永磁铁，因此它在直接电网起动的瞬间起动力矩非常大，而且需要达到整步的时间也比普通同步电机要长，导致不能直接电网起动永磁同步电机。
大力电工襄阳股份有限公司研发的高压变频软起动器HVFS-900/10A，专门用于软起动大容量同步电机，通过平滑输出指定频率和电压，能够在起动和并网切换过程中控制电流在额定以内，因此用于永磁同步电机的起动和无扰动切换。
装置选型如下所示：
型号： HVFS-900/10A 执行标准：Q/XDL J01-016-2012
适配电机容量： 900KW 重量：5500kg
输出电压： 0-10KV 出厂编号：14080480HQ01
防护等级： IP 2
制造日期： 2014年08月

2.1 一次方案说明
由于永磁同步电机需要软起动后并网切换，因此采用以下一次方案，起动时通过闭合4KM1, 4KM2来起动永磁同步电机，起动完成锁相成功后，通过闭合4KM3短接变频器，并分断4KM1, 4KM2脱开变频器和电网、电机之间的连接。如下图所示：

4KM1:10KV进线开关
4KM2：变频器到电机的开关
4KM3：工频合闸开关

2.2 起动切换逻辑

三、技术特点
1、可以准确检测出转子位置，保证起动过程中不会出现失步状态
2、稳定输出指定频率和电压，根据不同工艺情况快速进入同步状态
3、通过锁相环技术，可以控制装置的输出电压和电网电压在指定范围内（相位差<0.1°，频差<0.01hz，幅值差<150V）
4、装置通过系统保护和硬件电路保护能很好的保护整个装置起动中的各种风险，能及时分断高压，并保护装置器件以及同步电机。

四、实测数据
高压变频软起动器于2014年9月20号成功起动永磁同步电机，并顺利切换并网。
经过现场检测，整个启动过程中，同步电机整步需要3s的时间，转子可以达到同步状态，现场通过指定频压方式启动，设定启动时间为50s；锁相成功后装置顺利并网，检测并网冲击电流为小于2倍额定电流。
用户根据不同的工艺条件测试启动过程如下所示：
1、将氧压机管道排空，然后空载启动，压力为最小，负载最轻，通过高压变频软起动器每次都能成功切换，冲击电流为2倍以内。
2、将氧压机管道冲入氮气（避免管道内出现火星引起意外），最大氮气负载有6到8公斤，相当于带负载起动，现场测试5次，可以成功切换，并网冲击电流在2倍以内。
3、直接连接整个管网，带氧气启动（现场有4台，如果都起动的话，整个负载压力有18公斤左右），现场测试3次成功，并网冲击电流在2倍以内。

五、结论
通过HVFS-900/10A高压变频软起动器在永磁同步电机上的应用，说明大力电工襄阳股份有限公司生产的高压软起动器在永磁同步电机起动切换是可行的，满足了用户的各种功能需求，同时软起动装置的稳定性和可靠性也得到了厂家领导的高度的认可，有必要进行大力推广。

作者简介
韩伟(hanwei)，男，1981年出生，毕业于华中科技大学计算机系。主要研究方向：嵌入式电子电路研发，DSP数字技术与信号处理,是高压变频软起动器主要研制者之一。