石化企業重催裝置主風機變頻軟啟動控制技術的應用

劉澄宇

石化企業重催裝置主風機電機為6000V/21000KW的同步電動機，該同步電動機的起動方式采用了目前國際上比較先進的變頻軟起動方式。該變頻軟啟動器設備中運用了很多當今世界領先的一些新技術，使大型同步電動機組實現了真正意義上的軟啟動，經過實踐檢驗該軟啟動器性能優良、運行可靠，不僅減少了電機起動過程中對供電系統的沖擊，提高了供電系統運行的穩定性。

關鍵詞：同步電機、變頻、軟啟動、勵磁

一.同步電機變頻軟起動方面應用的新技術

重催主風機電動機為6000V/21000KW的同步電動機，采用的變頻啟動方式采用一種比較獨特的變頻軟啟動方式，與傳統變頻軟啟動的差別主要存在于該變頻軟啟動設備沒有專設轉子位置檢測器，而是通過在起動前勵磁機對同步機轉子加入勵磁電流在定子繞組上感應出來的電勢來確定轉子的初始位置。在電機起動過程中，轉子的位置檢測通過軟件計算來進行控制。由于變頻軟起動只是作為同步電動機起動，起動過程時間很短只有幾分鐘，因此這種方法較之采用傳統的轉子位置檢測器更為簡單、可靠。下面就將這種新技術做一具體介紹。其原理簡圖如圖1所示。

從圖中可以看出在起動前西門子勵磁機6SG70對電動機轉子繞組加入60%的額定直流勵磁電流，在電磁感應的作用下，與同步電動機轉子繞組位置相近的定子繞組上就會產生相應的感應電動勢（約1V左右），該感應電動勢通過降壓變壓器斷路器及降壓變壓器送至高靈敏度電壓變送器， 變頻器控制單元對變送器輸出的信號進行采集處理，計算出同步電動機轉子的大概位置，然后針對轉子的位置對同步電動機定子加入變頻電源，并通過軟件計算出起動過程中不同頻率下轉子的位置，逐步增加電源頻率直到額定頻率完成變頻軟啟動的過程。

二.勵磁控制方面采用的新技術

主機所采用的同步機也為無刷勵磁同步機。該套變頻軟啟動設備采用了一種國內并不常見的勵磁控制方式。其原理簡圖如圖2所示。

它采用西門子6SG70雙向可控硅調壓軟啟動器作為同步機的勵磁電源，6SG70軟啟動器的輸出接至一個3相變6相的旋轉變壓器，旋轉變壓器的二次繞組及旋轉整流盤與電機轉子同軸旋轉，旋轉變壓器輸出的六相雙向可控硅調壓軟啟動器→旋轉變壓器→旋轉整流盤就直接實現了交流→直流的變化過程。其次可靠性高，該勵磁裝置采用直接通過調節6SG70調壓軟啟動器雙向可控硅的觸發角來改變6SG70的輸出電壓來達到調節勵磁電流的目的，較之國內常用的三相半控橋調壓方式不存在半控橋失控情況的發生。

三.變頻軟起動變工頻切換方面采用的新技術

在同步機軟起動至額定頻率后，下一步工作就是要進行變工頻切換，將同步電動機由變頻運行切換至工頻運行。在工變頻切換時必須保證兩個電源（電網電源、變頻器輸出電源）在相位、頻率、電壓幅值三個方面盡量保持一致才能進行切換，否則對供電電網造成很大的沖擊，該套變頻軟啟動設備采用了SIEMENS公司生產的7VE51并行切換器來實現變工頻的切換功能。該并行切換器通過判斷電網電源、變頻器輸出電源在相位、頻率、電壓幅值是否滿足切換要求，它采取的是一種模糊控制判別法。以判別電壓幅值舉例，7VE51通過兩組電壓互感器分別對電網電源、變頻器輸出電源的電壓幅值采樣，它始終以電網電源的參數做為基準參考，如變頻器輸出電源電壓幅值高了或低了，它就通過控制接點輸出至變頻器，告訴變頻器輸出的電壓幅值高或低了，變頻器就適當調整輸出電壓的幅值，通過多次這樣的找尋過程使兩個電源的電壓幅值控制在切換條件范圍內。最終通過這樣的方式使兩個電源的相位、頻率、電壓幅值滿足切換要求，在這些條件滿足后7VE51對該套變頻軟啟動設備的控制核心S7-300PLC發出切換條件滿足的的指令，S7-300 PLC接受到指令后發出切換指令進行變工頻切換。切換過程的波形圖如圖3所示。圖中的正波形為ΔU12波形，ΔU12=U1（電網電源）-U2（變頻器輸出電源）。從圖中可以看出在X1坐標處2#機進行工變頻切換，電機斷路器合閘。從X1-X2坐標段的波形可以看出在進行工變頻切換時對電源電網的沖擊非常小，對電網基本上沒什么影響。因此可以看出該套變頻軟啟動設備的工變頻切換功能非常可靠，真正做到了不間斷，無沖擊切換。

結論：

重催裝置主風機軟啟動器中所應用的這些新技術，使大型同步電動機組實現了真正意義上的軟啟動，經過實踐檢驗該軟啟動器性能優良、運行可靠，不僅減少了電機起動過程中對供電系統的沖擊，提高了供電系統的運行穩定性，而且很好的保障了重催裝置的安全運行。

參考文獻：

1. 《電力電子技術》王兆安、劉進軍編著，機械工業出版社出版

2. 《實用變頻器調速技術培訓教程》張燕賓、胡綱衡、唐瑞球編著，機械工業出版社出版

3. 《電機學》張廣溢、郭前剛編著，重慶大學出版社

4. 《西門子變頻軟啟動裝置使用說明書》