包鋼是國(guó)家在“一五”期間建設(shè)的156個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，是我國(guó)重要的鋼鐵工業(yè)基地和最大的稀土工業(yè)基地，是內(nèi)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(gè)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(chǎn)達(dá)到351億元，目前，包鋼鋼鐵產(chǎn)業(yè)已形成一、二煉鋼兩大體系，板、管、軌、線四條生產(chǎn)線的格局，具備年產(chǎn)鋼850萬(wàn)噸以上的能力，鋼鐵產(chǎn)品包括冷軋薄板、熱軋薄板、無(wú)縫鋼管、重軌及大型材、高速線材等63個(gè)品種1970個(gè)規(guī)格，是全國(guó)三大鋼軌生產(chǎn)基地之一和品種規(guī)格較為齊全的無(wú)縫鋼管生產(chǎn)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(duì)該廠二次除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)研，該廠二次除塵風(fēng)機(jī)的電機(jī)是一臺(tái)GE公司生產(chǎn)的同步電動(dòng)機(jī)，額定頻率60Hz，由于工頻運(yùn)行不能達(dá)到60Hz，除塵風(fēng)機(jī)的出力受到限制，為了解決此問(wèn)題，包鋼通過(guò)多方的考察、調(diào)研，最終選用我公司生產(chǎn)的無(wú)速度傳感器矢量控制、同步機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。

東方日立同步電機(jī)變頻調(diào)速的啟動(dòng)過(guò)程

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

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

（2）變頻器向同步電機(jī)的電樞繞組施加一定的直流電壓，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流。此時(shí)，在同步電機(jī)上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流在轉(zhuǎn)子上建立較強(qiáng)的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子在定、轉(zhuǎn)子間電磁力的作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。

（3）變頻器按照電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，隨著同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)和定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)，二者間的角度經(jīng)過(guò)少量有阻尼的震蕩后，逐漸趨于一個(gè)較小的常量。至此，同步電機(jī)進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。

（4）變頻器按照預(yù)先設(shè)定的加速度，逐漸加速到給定頻率。此時(shí)，同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角逐漸拉大到某一常值，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極在定子磁場(chǎng)的吸引下逐漸加速至期望轉(zhuǎn)速，同步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成。同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置電路接線圖如圖1所示。

圖1 包鋼同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置電路接線圖

在同步電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中，定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)大小的選擇是關(guān)鍵問(wèn)題。如果選擇過(guò)低的定子磁場(chǎng)，最終將導(dǎo)致系統(tǒng)失步。選擇過(guò)大的定子磁場(chǎng)可能導(dǎo)致同步電機(jī)的定子鐵心飽和，進(jìn)一步導(dǎo)致變頻器輸出過(guò)電流，電機(jī)起動(dòng)失敗。

技術(shù)參數(shù)

同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)參數(shù)如附表所示。

附表 同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)參數(shù)

東方日立同步機(jī)變頻器技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用魯棒型無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)。無(wú)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(shí)省去了速度傳感器，具有較低的維護(hù)成本。無(wú)速度傳感器矢量控制可以獲得改進(jìn)的低速運(yùn)行特性，變負(fù)載下的速度調(diào)節(jié)能力亦得到改善，同時(shí)還可獲得高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這在高摩擦與慣性負(fù)載的起動(dòng)中有明顯的優(yōu)勢(shì)。這種技術(shù)除了具有傳統(tǒng)的矢量控制技術(shù)所具備的優(yōu)點(diǎn)外，還具有極高的抗干擾能力以及系統(tǒng)自恢復(fù)能力。

（2）東方日立變頻器具備“飛車”啟動(dòng)功能，傳統(tǒng)的變頻器在啟動(dòng)時(shí)一般要求電機(jī)完全停止后才能啟動(dòng)，而日立變頻器無(wú)需等待電機(jī)停止，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下，可直接啟動(dòng)變頻器。

（3）東方日立變頻器具備瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能，一般來(lái)說(shuō)工業(yè)電源均具備兩段母線，在兩段母線相互切換時(shí)，有一個(gè)掉電的瞬間。另外，母線上大電機(jī)啟動(dòng)或成組電機(jī)啟動(dòng)時(shí)均會(huì)造成母線電壓瞬降，在這種情況下，一般的變頻器會(huì)在5個(gè)周波內(nèi)停止輸出，而東方日立變頻器由于具備瞬時(shí)停電再啟動(dòng)功能，因此不會(huì)造成任何影響。

（4）東方日立變頻器采用軟充電技術(shù)。采用軟充電技術(shù)，改善電容的充電特性后配合IGBT智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)可將電容壽命延長(zhǎng)至15年。

（5）東方日立變頻器采用IGBT智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)。IGBT智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)為東方日立公司專利技術(shù)，通過(guò)改善IGBT的驅(qū)動(dòng)特性可大大降低變頻器對(duì)外的射頻干擾，同時(shí)提高IGBT及電容器壽命。

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

（7）東方日立變頻器為八級(jí)單元串聯(lián)，更高的單元串聯(lián)級(jí)數(shù)，不僅保證了輸出波形的質(zhì)量，降低dv/dt、脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和di/dt。

包鋼同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置的外觀圖如圖2所示。

圖2 包鋼同步電機(jī)高壓變頻調(diào)速裝置的外觀圖

結(jié)束語(yǔ)

東方日立同步電動(dòng)機(jī)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用先進(jìn)的無(wú)速度傳感器矢量控制技術(shù)，通過(guò)在包鋼成功的應(yīng)用，擴(kuò)展了高壓變頻器產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，為國(guó)內(nèi)同步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速翻開(kāi)了新的篇章，為我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)提供了更多的技術(shù)保障。