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同步电机变频调速技术的难点分析
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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。因此同步电机变频调速时必须时刻控制这一夹角在允许的范围内变动,这一点就是同步电机变频和异步电机变频的主要区别。以下将简要介绍同步电机变频调速过程遇到的难点及maxf变频装置相应解决措施:

(1)同步电机的启动投励过程

通常同步电机启动有两种方式:一种先投励,同步启动;一种异步启动,后顺极性投励。对于同步电机变频启动均采用先投励,同步启动,但常会出现转子位置判断不正确导致电机启动失败。针对同步电机变频调速改造,很容易采用异步启动,顺极性投励方式,所以maxf变频装置对同步电机进行异步软启动,实现额定启动力矩,将同步电机启动到8hz左右进行顺极性投励,具体所投励磁大小及投励时频率可以根据不同应用场合调试确定。至此,电动机转子磁场和定子磁场间夹角经过小量有阻尼震荡后,电机转子磁极被定子磁极可靠吸引,同步电机进入同步运行状态。变频器按照预先设定的加速度,逐渐加速到给定频率。此时,同步电机电枢电压矢量与转子磁极位置之间的夹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。

针对要求重载启动的工况,为了启动力矩更大,可以适当提高变频装置输出电压和同步电机的励磁电流。

(2)同步电机稳态调速和励磁调节过程

变频器驱动同步电机调速时,为了解决变频装置和同步电机间的配合,电机速度改变同时变频装置也会协同调节当前励磁电流大小和改变输出电压对应值(不是简单的恒v/f控制)。在某一设定频率点以上范围运行,变频器采集同步电机功率因素,通过内置pid控制器实时控制同步电动机的励磁电流,实现恒功率因数调节,功率因数0.90(超前),变频器通过发4~20ma指令给同步电机的励磁调节器调节励磁电流;在此频率以下范围运行时,励磁电流由变频器根据当前运行工况,输出4~20ma信号给励磁调节器去调节,采用变频变励磁电流调节。调节方式切换由变频器自动完成,而且调节方式的切换点频率可以通过参数设置。加装变频器后,同步电动机的无功电流仅在同步电机和变频器间流动,不进入电网,因而变频调速时励磁电流的调节无需关心同步电机的无功电流。

(3)同步电机正常停机和故障灭磁过程

在正常停机时,变频器驱动同步电动机转速至停机,然后停止变频器输出即可。减速过程中,在恒功率因素频率点以上运行,励磁电流根据恒功率因素来调节,在频率点以下范围运行,采用变频变励磁电流方式运行。此过程不需要进行灭磁。
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