同步电动机变频启动和切换

　　图3-22所示为同步电动机变频启动系统。同步电动机参数为6000V、4000kW、1000rpm；变频器选用意大利ANSALDO公司的负载换向式SILCOVERTS型同步变频器。要求电动机由空载启动后切换到工频电源，在工频电源供电的情况下加载至额定负载。启动之前先选择电动机，假设现在选择电动机M1进行启动，启动过程如下。

　　（1）启动开始：变频器发出脉冲指令使励磁电源接通，为同步电动机提供100%的空载励磁电流，再保持此励磁电流不变的情况下，速度指令从零开始缓慢增加，电动机开始启动运转。

　　（2）加速运行：变频器保持U/f不变的特性下，频率和电压均呈线性增加，电动机逐步加速至48Hz。

　　（3）励磁模式切换：当频率达到48Hz时，励磁电流从恒磁模式切换到电压闭环调节模式。即励磁电流的给定值将由电动机电压与工频电源电压的误差进行调节，如图3-23所示。

　　图3-22 同步电动机控制主回路结构图

　　图3-23 励磁电流的闭环控制

　　由于励磁电流的变化可以调节功率因数并使同步电动机转矩角特性产生小量变化。因此，实际上就构成了电压反馈的电动机同步跟踪系统。当系统调整到稳定时，同步电动机的端电压和工频电源电压之差将以衰减振荡趋近于零变化。

　　（4）同步切换：当励磁系统电压调节器鉴别到电压误差小于1%时，进入同步切换控制，此时变频器计算电动机电压与工频电源电压的相位差。一旦相位差为0，发出切换信号。接通K1（或K2），断开K3（或K4），电动机转由工频电源供电。启动完成后，变频器再去启动另一台电动机M2。

　　进行变频器和工频电源之间切换时，最主要的要求是尽可能地减少切换过程对电网和变频器的冲击。为了实现性能和价格间的平衡，应根据电动机的功率和种类选择切换方案。同时，在选择变频器时，也要考虑该变频器是否具有切换控制所要求的功能。有的变频器可独立实现切换控制，有的变频器可能需要在PLC的配合下进行切换控制。

　　同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将静止的同步电动机励磁后直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间以同步转速。相对运动，转子受到交变的脉动转矩，其平均值为零，电机不能起动。所以必须借助其他方式来起动。

　　常用的起动方法有下列三种：

　　（1）辅助电动机起动通常选用和同步电动机极数相同的感应电动机（容量为主机的5％～15％）作为辅助电动机。先用辅助电动机将主机拖动到接近同步转速，然后用自整步法将其投入电网，再切断辅助电动机电源。这种方法只适用于空载起动，而且所需设备多，操作复杂。

　　（2）变频起动此法实质上是改变定于旋转磁场转速利用同步转矩来起动。在起动开始时，转子加上励磁，走子电源的频率调得很低，然后逐步增加到额定频率，使转子的转速随着走子旋转磁场的转速而同步上升，直到额定转速。采用此法须有变频电源，而且励磁机与电动机必须是非同轴的，否则在最初转速很低时无法产生所需的励磁电压。

　　（3）异步起动同步电动机多数在转子上装有类似于感应电动机的笼型起动绕组（即阻尼绕组）。起动时，先把励磁绕组接到约为励磁绕组电阻值10倍的附加电阻，然后用感应电动机起动方法将定于投入电网使之依靠异步转矩起动，当转速上升到接近同步转速时，再加入励磁电流，依靠同步电磁转矩将转子牵入同步。