背景

同步電動機與異步電動機相比具有功率因數(shù)高、效率高等特點，運行在過勵狀態(tài)時，可使功率因數(shù)超前，向電網(wǎng)輸送無功功率，從而提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。大功率同步電機直接起動電流很大，在配備電力變壓器時要求充分的儲備容量，給電網(wǎng)帶來了極大的電能浪費。過大的起動電流還會對電網(wǎng)造成沖擊，影響同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常運行，可能使欠壓保護動作，造成跳閘事故。

因此，大部分高壓大功率電機都配套了軟起動裝置，以限制起動電流，降低對電網(wǎng)沖擊，相比傳統(tǒng)裝置，采用軟起動裝置能夠降低大功率電機起動過程中電網(wǎng)的壓降和諧波，減小電機起動過程對電網(wǎng)的干擾，能夠減小電機起動時對電機及其負載設(shè)備的機械沖擊力，通過減少起動電流能夠保護電機，延長電機的使用壽命。

介紹

隨著高壓大功率同步電機的普遍應用，其起動問題逐漸成為大型工業(yè)企業(yè)內(nèi)部電力網(wǎng)的一個主要矛盾。起動方式的選擇不僅影響工程的一次性投資大小，而且也影響到今后電力網(wǎng)和設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

變頻軟起動是采用變頻器作為軟起動器來控制電機起動，其工作原理是通過功率器件的有序開關(guān)，形成各種頻率和電壓的PWM電壓波形施加于電機端。起動過程中，頻率改變的同時保證電機磁通近似不變，即電壓頻率之比為常數(shù)。當電機達到額定轉(zhuǎn)速后將電機切換到工頻電網(wǎng)恒速運行。

變頻軟起動的優(yōu)點是起動電流小，一般不超過電機額定電流，起動轉(zhuǎn)矩大，系統(tǒng)較簡單，維護方便，控制性能好，輸出波形質(zhì)量高，對電網(wǎng)污染??；起動和并網(wǎng)時間短，易于自動控制。

案例

某公司高爐鼓風機系統(tǒng)為一拖二變頻軟起動控制系統(tǒng)，包括兩臺27,000 KW同步電機和兩臺AV71軸流風機，該高壓變頻軟起動裝置為高級聯(lián)型，采用變壓器移相技術(shù)，功率單元直接串聯(lián)結(jié)構(gòu)；功率單元與主控系統(tǒng)采用光纖連接，具有高可靠性及快速性，可實現(xiàn)無沖擊同步切換。當電機達到工頻后切過程中變頻器能自動跟蹤電網(wǎng)的頻率、電壓和相位，實現(xiàn)同頻、同壓、同相位切換，切換過程平穩(wěn)，電流波動小；另外，變頻器可進行PLC編程。因此該變頻器用于同步電機軟起動具有很大的優(yōu)越性。

變頻器起動時，其輸出頻率一般從0 Hz或一極小頻率開始運行，此時變頻器發(fā)出投勵運行信號、通過4~20 mA模擬量信號端子發(fā)送勵磁電流給定信號至勵磁裝置。勵磁裝置立即投勵，并根據(jù)所給定的勵磁電流輸出勵磁電流。隨著變頻器輸出頻率增加，電機的速度逐漸升高，變頻器自動計算勵磁給定值并發(fā)送勵磁電流給定信號，勵磁裝置跟隨變頻器的勵磁電流給定值并工作在恒流勵磁狀態(tài)，達到同步起動過程中定子電流最小的起動要求。在起動過程中如果變頻器發(fā)生故障，勵磁裝置立即封鎖勵磁輸出并通過滅磁回路進行續(xù)流滅磁，將勵磁繞組中的能量以發(fā)熱形式消耗掉。

目的

變頻軟起動的整個控制過程由變頻器自動實現(xiàn)，變頻器監(jiān)視外圍工作環(huán)境，若不滿足工作條件，變頻器將禁止啟動。若遇到緊急情況，變頻器自動跳高壓，直到啟動條件恢復后，方可重新合閘并運行。DCS只需發(fā)變頻器預充電和起動2個指令，操作簡單明了。工頻切換過程中變頻器自動跟蹤輸出頻率、電壓和相位角并將其鎖定，切換過程非常平穩(wěn)；沖擊電流較小，電網(wǎng)幾乎感覺不到任何波動，實現(xiàn)了完全無沖擊的軟起動。