楊旭，榮萬(wàn)里

（哈爾濱同為電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

基于LCI的大功率同步電機(jī)自控變頻軟啟動(dòng)控制技術(shù)研究

楊旭，榮萬(wàn)里

（哈爾濱同為電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

在諸多同步電機(jī)啟動(dòng)方式中，自控變頻軟啟動(dòng)方式是技術(shù)含量最高，性價(jià)比最優(yōu)的啟動(dòng)方式，是同步電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向。針對(duì)無(wú)位置傳感器的自控變頻式同步電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)中的低速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，加載啟動(dòng)，準(zhǔn)同期并網(wǎng)等幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行理論分析和實(shí)踐驗(yàn)證，并在抽水蓄能電站實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行測(cè)試，取得了很好的啟動(dòng)效果。

電勵(lì)磁同步電機(jī)；自控變頻；無(wú)位置傳感器；軟啟動(dòng)；低速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)；加載啟動(dòng)；準(zhǔn)同期

電勵(lì)磁同步電機(jī)具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在冶金領(lǐng)域（高爐鼓風(fēng)機(jī)），礦業(yè)領(lǐng)域（球磨機(jī)），發(fā)電領(lǐng)域（抽水蓄能）等大功率工業(yè)場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。

目前，主流的啟動(dòng)方式有4種，分別為全壓異步直接啟動(dòng)、磁控電抗器啟動(dòng)、液阻啟動(dòng)和自控變頻啟動(dòng)。4種啟動(dòng)的性能比較如表1所示。

由表1可見(jiàn)自控變頻啟動(dòng)方式有其他啟動(dòng)方式無(wú)法比擬的性能優(yōu)勢(shì)。但目前國(guó)內(nèi)大功率電勵(lì)磁同步電機(jī)啟動(dòng)裝置主要還是依靠進(jìn)口，尤其是變頻軟啟動(dòng)器，雖然我國(guó)的自控變頻啟動(dòng)技術(shù)取得了一定的成果，但目前還沒(méi)有形成完善的應(yīng)用性產(chǎn)品，因此研究自控變頻方式同步電機(jī)軟啟動(dòng)裝置具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。

表1　同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式性能比較Tab.1　Comparision among different starting mode performances of synchronous motors

本文給出自控變頻式同步電機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的理論分析，并給出了實(shí)際系統(tǒng)及運(yùn)行解決方案。

1　同步電機(jī)軟啟動(dòng)器原理及關(guān)鍵技術(shù)

1.1同步電機(jī)軟啟動(dòng)器原理

同步電機(jī)軟啟動(dòng)器的工作主要基于自控式同步電動(dòng)機(jī)原理。自控式同步電動(dòng)機(jī)主要由交-直-交電流型晶閘管變流器、同步電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器及控制回路構(gòu)成，如圖1所示。

圖1　自控變頻式同步電機(jī)軟啟動(dòng)原理圖Fig.1　The illustration of synchronous motor automatic control variable frequency soft starting system

變流器的主回路由整流橋、直流平波電抗器和逆變橋組成。逆變橋的換相點(diǎn)由同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置決定，并通過(guò)整流橋的電流閉環(huán)進(jìn)行調(diào)速控制。

1.2同步電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器啟動(dòng)方法

本文采用分段測(cè)量電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的方法實(shí)現(xiàn)了同步電動(dòng)機(jī)的全程無(wú)位置傳感器啟動(dòng)。通過(guò)突加勵(lì)磁的方法檢測(cè)轉(zhuǎn)子初始位置，通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)深度濾波的方法獲得低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)子位置，通過(guò)測(cè)量電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)獲得中高速時(shí)的轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)了全程無(wú)位置傳感器的啟動(dòng)。

1.2.1初始轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)

轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)本質(zhì)上就是利用檢測(cè)突加的勵(lì)磁電流在電樞感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)其與轉(zhuǎn)子位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)獲得實(shí)際的轉(zhuǎn)子位置。

突加勵(lì)磁引起的三相定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系表式達(dá)式為

利用三角公式將式（1）化簡(jiǎn)整理得：

即轉(zhuǎn)子位置與突加勵(lì)磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系為

由式（3）可知，轉(zhuǎn)子位置可以通過(guò)檢測(cè)三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值來(lái)計(jì)算，因此只要在突加勵(lì)磁后檢測(cè)三相反電動(dòng)勢(shì)的幅值關(guān)系，即可得到轉(zhuǎn)子位置信息。

圖2為突加勵(lì)磁后在電機(jī)端感應(yīng)出來(lái)的真實(shí)反電動(dòng)勢(shì)，只要對(duì)照?qǐng)D3中突加勵(lì)磁對(duì)應(yīng)反電勢(shì)關(guān)系，即可判斷轉(zhuǎn)子位置扇區(qū)。

圖2　突加勵(lì)磁三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的實(shí)際波形Fig.2　Three-phase inductive emf waveform with sudden applied excitation

圖3　突加勵(lì)磁對(duì)應(yīng)反電勢(shì)關(guān)系Fig.3　The relation between sudden applied excitation and back emf

1.2.2反電動(dòng)勢(shì)深度濾波的低速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)

由于電機(jī)在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其真實(shí)反電動(dòng)勢(shì)淹沒(méi)在勵(lì)磁電流脈動(dòng)（300 Hz）所感應(yīng)出的電壓噪聲中，無(wú)法直接測(cè)量。如圖4所示。

圖4　低速時(shí)的真實(shí)反電動(dòng)勢(shì)Fig.4　The back emf with low speed

因此本文采用硬件的深度低通濾波器和軟件的窗口均值濾波結(jié)合的方式來(lái)獲取真實(shí)的反電動(dòng)勢(shì)，并通過(guò)軟件補(bǔ)償進(jìn)行換相，解決了低速轉(zhuǎn)子位置脈動(dòng)的問(wèn)題。

由于此時(shí)低通濾波器的導(dǎo)通頻率和截止頻率較低。不可避免地在濾波器當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)較大容值的電容，而較大容值的電容則會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的相移過(guò)大，影響換相點(diǎn)的判斷。

為了解決這一矛盾，并保證可靠換相。本文設(shè)計(jì)的濾波器在0～20 Hz之間的相移均在60°～90°之間。并通過(guò)軟件對(duì)實(shí)際換相點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償。低通濾波器的相頻特性如圖5所示。

圖5　濾波器的相頻曲線Fig.5 The phase-frequency characteristics of filter

在實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)中，由于勵(lì)磁電流脈動(dòng)（300 Hz）所感應(yīng)出的電壓噪聲幅值很大，在經(jīng)過(guò)硬件濾波之后，信號(hào)的信噪比依然不高。為了保證過(guò)零點(diǎn)的準(zhǔn)確檢測(cè)，因此在軟件中又添加一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度為3.333 ms的窗口進(jìn)行窗口均值濾波。此時(shí)啟動(dòng)效果良好。圖6為10 kV，1 MW，1 500 r/min電機(jī)啟動(dòng)時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的濾波波形，三相正弦波為濾波后的反電動(dòng)勢(shì)，方波為軟件檢測(cè)到的零點(diǎn)，階梯狀波形為勵(lì)磁電流。可以看出，電機(jī)升速平穩(wěn)，啟動(dòng)效果很好。

圖6　10 kV，1 MW，1 500 r/min電機(jī)啟動(dòng)時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的濾波波形Fig.6　The back emf with filter while the motor （10 kV，1 MW，1 500 r/min）starting

1.2.3中高速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)

在啟動(dòng)過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速的提高，系統(tǒng)諧波對(duì)反電動(dòng)勢(shì)的影響越來(lái)越小。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的3%時(shí)，就可以通過(guò)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)來(lái)獲得轉(zhuǎn)子位置信息。當(dāng)電機(jī)工作在負(fù)載換相工作狀態(tài)且換相超前角為θ=60°時(shí)，換相點(diǎn)即為反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，因此只要正確檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)，就可以知道轉(zhuǎn)子位置及相應(yīng)的觸發(fā)分區(qū)。觸發(fā)分區(qū)與端電壓過(guò)零點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表2。

表2　γ0=60°時(shí)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)與逆變橋觸發(fā)脈沖序列對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.2　The relation between zero-crossing detection and triggerpulses sequence of inverter bridge whileγ0=60°

1.3并網(wǎng)過(guò)程及條件分析

當(dāng)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，如果產(chǎn)生較大沖擊電流，輕則傷及電機(jī)本體，重則會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。因此同步電機(jī)在并網(wǎng)時(shí)必須保證機(jī)端電壓相序、幅值、頻率和相位與電網(wǎng)電壓保持一致。

假設(shè)電網(wǎng)相電壓瞬時(shí)值為

電機(jī)端電壓瞬時(shí)值為

則電機(jī)端與電網(wǎng)的瞬時(shí)電壓差由下式描述：

此瞬時(shí)電壓差u即為滑差，該值決定了并網(wǎng)沖擊電流的大小。

1.3.1相位差對(duì)滑差的影響

假定電機(jī)端電壓與電網(wǎng)電壓幅值相同，即Ug=Us=U，則式（6）變?yōu)?/p>

由式（7）可知，滑差中存在角頻率為（ωs+ωg）/2的高頻分量和角頻率為（ωs-ωg）/2的低頻分量，滑差包絡(luò)線與低頻分量相吻合。令θL=θs-θg，當(dāng)θL=π時(shí)，滑差包絡(luò)線達(dá)到最大值；當(dāng)θL=0時(shí)，滑差包絡(luò)線等于零。顯然，如果在包絡(luò)線等于零的點(diǎn)并網(wǎng)合閘，將不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。因此應(yīng)盡可能使并網(wǎng)合閘時(shí)刻接近滑差包絡(luò)線的過(guò)零點(diǎn)。

1.3.2頻差對(duì)滑差的影響

同樣由式（6）可知，令ωL=ωs-ωg，當(dāng)ωL=0時(shí)，滑差的包絡(luò)線是恒值，這不利于并網(wǎng)點(diǎn)的選取。隨著ωL增大，滑差包絡(luò)線的周期也將變短。滑差包絡(luò)線的周期越長(zhǎng)，意味著滑差包絡(luò)過(guò)零點(diǎn)處變化越慢，并網(wǎng)安全范圍也越大。

1.3.3電壓差對(duì)滑差的影響

由式（6）可知，令U1=（Us+Ug）/2，U2= （Us-Ug）/2。則式（6）可寫(xiě)成：

由式（8）可知，當(dāng)電壓差存在時(shí)，滑差曲線沒(méi)有完全等于零的點(diǎn)，在相位差等于零時(shí)，滑差包絡(luò)達(dá)到最小。電壓差越大，包絡(luò)的最小值越大，并網(wǎng)沖擊越大。

通過(guò)上面的分析可知，為了創(chuàng)造好的并網(wǎng)條件，電壓差盡可能小，頻差要保持在較小的范圍內(nèi)，并網(wǎng)時(shí)刻盡可能抓準(zhǔn)滑差包絡(luò)達(dá)到最小值時(shí)并網(wǎng)。

1.4基于準(zhǔn)同期原理的并網(wǎng)控制策略

1.4.1傳統(tǒng)PI算法在準(zhǔn)同期應(yīng)用中存在的問(wèn)題

從上面的分析可知，要想得到最好的并網(wǎng)結(jié)果，必須準(zhǔn)確找到并網(wǎng)時(shí)刻的滑差曲線的過(guò)零點(diǎn)，即相位差要一致。難點(diǎn)在于控制板發(fā)出并網(wǎng)合閘指令到接觸器主觸頭閉合需要一定的時(shí)間，因此要在控制算法中，預(yù)估出這段時(shí)間內(nèi)相角差的變化量，提前給出并網(wǎng)合閘指令。在給出并網(wǎng)合閘指令之后，最容易出現(xiàn)問(wèn)題是出現(xiàn)滑差不穩(wěn)定，使得之前計(jì)算給出的合閘提前量不準(zhǔn)確。因此保證滑差的穩(wěn)定是至關(guān)重要的。在自控變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)中，大多采用速度外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速PI控制。雖然PI控制可以使頻率的穩(wěn)態(tài)誤差減小，但也會(huì)使頻差不穩(wěn)定，從而使滑差的一致性變差。當(dāng)速度環(huán)只有比例環(huán)節(jié)的情況下，雖然頻率的穩(wěn)態(tài)誤差無(wú)法消除，但卻能使頻差相對(duì)穩(wěn)定，得到較為理想的滑差曲線。根據(jù)上述特點(diǎn)，本文提出了基于自適應(yīng)復(fù)合控制的自動(dòng)準(zhǔn)同期算法。

1.4.2基于自適應(yīng)復(fù)合控制的自動(dòng)準(zhǔn)同期算法

自控變頻軟啟動(dòng)并網(wǎng)過(guò)程可分為升速過(guò)程、準(zhǔn)同期過(guò)程和并網(wǎng)判決過(guò)程。

1.4.2.1升速過(guò)程

當(dāng)速度環(huán)只采用比例環(huán)節(jié)時(shí)，系統(tǒng)將存在穩(wěn)態(tài)誤差。穩(wěn)態(tài)誤差與比例系數(shù)的倒數(shù)成正比，比例系數(shù)越大，穩(wěn)態(tài)誤差越小，但是比例系數(shù)過(guò)大將使系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此需要一套自適應(yīng)算法來(lái)消除穩(wěn)態(tài)誤差。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，假設(shè)電流環(huán)控制周期遠(yuǎn)高于速度環(huán)的控制周期，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為

式中：ω*為轉(zhuǎn)速給定；ω為輸出實(shí)際轉(zhuǎn)速；id為電流。

因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩：Te=Cmid-Crid2，當(dāng)忽略反應(yīng)轉(zhuǎn)矩時(shí)Cr=0。由式（9），轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)有：

式中：TL為包括空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

假設(shè)n時(shí)刻轉(zhuǎn)速給定為ω*n，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為ωn；n-1時(shí)刻轉(zhuǎn)速給定為ω*n-1，對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為ωn-1，由于系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，則有：

整理式（11），可得：

可以認(rèn)為ωG=ωn，ωG為電網(wǎng)頻率。則式（12）可改寫(xiě)為

為了減小超調(diào)量，引入調(diào)節(jié)系數(shù)Kv，式（13）可寫(xiě)為

式中：ω*n為最終的速度給定。

1.4.2.2準(zhǔn)同期階段

當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速后，進(jìn)入準(zhǔn)同期階段。由于此時(shí)反電動(dòng)勢(shì)頻率已接近額定值，因此需要對(duì)電機(jī)頻率進(jìn)行微調(diào)。將反電動(dòng)勢(shì)與電網(wǎng)電壓的相位差變化率替代電機(jī)頻率作為系統(tǒng)的輸入，通過(guò)下式來(lái)微調(diào)速度給定：

式中：ωsi為滑差角頻率；Ks為調(diào)節(jié)系數(shù)。

通過(guò)此方法可以直觀地看出反電動(dòng)勢(shì)與電網(wǎng)電壓的相位變化速率，并可以直接應(yīng)用到并網(wǎng)判決中，減小程序的計(jì)算量。

下式為并網(wǎng)判決表達(dá)式：

式中：Δω為允許的角頻率誤差。

當(dāng)滑差滿足式（16）時(shí)，將不改變速度給定，進(jìn)入并網(wǎng)判決階段。

1.4.2.3并網(wǎng)判決階段

并網(wǎng)合閘的判定必須要預(yù)估出這段時(shí)間內(nèi)相角差的變化量，提前給出并網(wǎng)合閘指令。這樣才能確保在并網(wǎng)時(shí)刻沖擊最小。判決采用下式：

式中：δi為合閘時(shí)刻相角；Δδ為合閘允許的相角誤差；TKM為接觸器合閘時(shí)間。

圖7為準(zhǔn)同期階段程序流程圖。

1.4.3算法驗(yàn)證

驗(yàn)證平臺(tái)為10 kV，1 MW，1 500 r/min同步電機(jī)。圖8為實(shí)際的并網(wǎng)電流波形。

圖7　準(zhǔn)同期階段程序流程圖Fig.7　Program flow chart of quasi-synchronization stage

圖8　并網(wǎng)三相電流波形Fig.8　Three-phase current while grid connecting

由圖8可以看出，并網(wǎng)最大沖擊電流約為15A，為電機(jī)額定電流的40%，并網(wǎng)效果良好。

2　自控變頻軟啟動(dòng)裝置的實(shí)現(xiàn)

自控變頻軟啟動(dòng)裝置主要由進(jìn)線電抗器、三相全控晶閘管整流器、平波電抗器、三相全控晶閘管逆變器及控制系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖9所示，三相電壓經(jīng)整流橋和平波電抗器變?yōu)?脈波直流電流，后由逆變橋逆變輸出至電機(jī)定子回路。系統(tǒng)核心控制器由整流、逆變、勵(lì)磁控制板完成，控制板均采用TI公司的TMS320F2812作為主控芯片，通過(guò)高速CAN總線完成板間的數(shù)據(jù)交互。整流部分負(fù)責(zé)整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中的控制邏輯、網(wǎng)側(cè)電壓檢測(cè)、網(wǎng)側(cè)電流檢測(cè)以及直流母線電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)；逆變部分采集電機(jī)端電壓、實(shí)時(shí)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及逆變橋的換相控制。勵(lì)磁裝置提供同步電機(jī)的勵(lì)磁電流。

圖9　自控變頻同步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖Fig.9　The block diagram of synchronous motor automatic control variable frequency soft starting system

3　抽水蓄能電站實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用

3.1實(shí)驗(yàn)裝置組成

抽水蓄能電站實(shí)驗(yàn)裝置為400 V系統(tǒng)，由以下部分組成：自控變頻軟啟動(dòng)裝置，同步電動(dòng)機(jī)，與同步電動(dòng)機(jī)連軸的異步電動(dòng)機(jī)（用于模擬加載），低壓變頻器。具體技術(shù)參數(shù)如下：自控變頻軟啟動(dòng)裝置為哈爾濱同為電氣股份有限公司的產(chǎn)品，額定輸出容量50 kW；同步電動(dòng)機(jī)100 kW，500 r/min；異步電動(dòng)機(jī)200 kW，500 r/min；低壓變頻器為西門(mén)子S1204象限變頻器，輸出功率200kW。

3.2深蓄曲線的模擬

圖10給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中西門(mén)子S120 4象限變頻器工作在轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩模式，即根據(jù)光電編碼器返回的轉(zhuǎn)速和預(yù)置的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線控制異步電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩以模擬深蓄加載曲線，自控變頻軟啟動(dòng)裝置帶動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、并網(wǎng)。圖11給出某抽水蓄能電站的啟動(dòng)曲線。

圖10　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖Fig.10　The block diagram of system

圖11　某抽水蓄能電站的啟動(dòng)曲線Fig.11　Starting curves of a pumped storage power station

如圖11所示，裝置容量為22 MW，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速428 r/min，所以：

根據(jù)圖中比例可得：

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最終的并網(wǎng)轉(zhuǎn)矩比例如下：

實(shí)驗(yàn)裝置為50 kW，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速500 r/min。為了盡量模擬實(shí)際運(yùn)行情況將上述計(jì)算按比例縮小。計(jì)算如下：

3.3實(shí)際啟動(dòng)情況

3.3.1低速加載啟動(dòng)

圖12是加載低速啟動(dòng)時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)濾波波形，采用深度濾波的低速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)，使得電機(jī)的低速啟動(dòng)換相點(diǎn)有據(jù)可依，克服了自給脈沖啟動(dòng)方式的啟動(dòng)時(shí)間慢、轉(zhuǎn)子脈動(dòng)和小范圍反轉(zhuǎn)問(wèn)題。

圖12　啟動(dòng)時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的濾波波形Fig.12　The back emf with filter while starting

3.3.2加載并網(wǎng)

圖13是加載并網(wǎng)的單相電流波形，實(shí)際的并網(wǎng)沖擊電流為120A，僅為電機(jī)額定電流的40%。

圖13　并網(wǎng)波形Fig.13　The waveform when grid connected

3.3.3加載啟動(dòng)

圖14　轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線Fig.14　Rotational speed—torque curves

圖14為西門(mén)子S120上位機(jī)實(shí)際測(cè)出的按給定加載曲線加載啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩曲線。由曲線可以看出，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的加大而加大，故加速曲線并非直線，設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)了按規(guī)定負(fù)載，全程加載啟動(dòng)。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)低速轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的研究，系統(tǒng)可以對(duì)低速轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行定位，并作為依據(jù)進(jìn)行換相控制，解決了自給脈沖式啟動(dòng)方法的轉(zhuǎn)子脈動(dòng)和相鄰觸發(fā)扇區(qū)存在小范圍反轉(zhuǎn)等問(wèn)題。適用于如軸流壓縮機(jī)（高爐鼓風(fēng)機(jī)）、離心壓縮機(jī)（制氧壓縮機(jī)）等絕不允許轉(zhuǎn)矩（大范圍）脈動(dòng)和轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，具有實(shí)際意義。

通過(guò)對(duì)準(zhǔn)同期并網(wǎng)策略的研究，提出的新方法解決了傳統(tǒng)PI控制帶來(lái)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和并網(wǎng)沖擊電流過(guò)大等問(wèn)題。為電機(jī)的穩(wěn)速和并網(wǎng)提供了優(yōu)質(zhì)的解決方案。

目前哈爾濱同為電氣股份有限公司研發(fā)的自控變頻軟啟動(dòng)裝置已完成低壓400 V系統(tǒng)和高壓10 kV系統(tǒng)的空載啟動(dòng)并網(wǎng)應(yīng)用，并已銷(xiāo)售使用。還在低壓400 V系統(tǒng)環(huán)境下，模擬了抽水蓄能電站的啟動(dòng)方式，進(jìn)行全程加載啟動(dòng)、并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于LCI的自控變頻技術(shù)在解決同步電機(jī)啟動(dòng)和調(diào)速過(guò)程中具有優(yōu)異的性能。

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Device and Control Technology of Self-controlled Soft Start with Variable Frequency for High-power Synchronous Motor Based on LCI

YANG Xu，RONG WanLi
（Harbin CODO Electric Co.，Ltd.，Harbin 150001，Heilongjiang，China）

In many ways of synchronous motor starting，automatic control variable frequency soft starting is the development direction of synchronous motor soft starting with the highest technology and performance.The problems involved in automatic control variable frequency soft starting device without position sensor，such as rotor position detectionis during low speed，starting with load，quasi-synchronization grid connected control，were analyzed and studied in practice.It worked perfectly on a model of pumped storage power station.

electrical excitation synchronous motor；self-controlled variable frequency；sensor less；soft start；rotor position detection in low speed；start with load；quasi-synchronization

TM341

A

2015-09-13

楊旭（1987-），男，本科，助理工程師，Email：13845049584@163.com