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摘要：本文主要介绍北京利德华福电气技术有限公司生产的具备同步投切功能的高压变频器在同步电动机带同步发电机上的应用，具体应用于广州西门子变压器厂（原广州维奥伊林变压器厂），具有较好的推广应用价值，开拓了高压变频器应用的新领域。
关键词：高压变频器 同步机 同步发电机 同步投切
一、项目概况：
广州西门子变压器厂位于广州市开发区东区，目前新建生产线配备了两套同步发电机组，分别是5000KVA和15000KVA，用于变压器产品出厂前的各种试验所需电源。5000KVA发电机组的同步电动机采用变压器降压启动，15000KVA发电机组的同步电动机由于功率较大，且有时需要对出口设备进行60HZ电源试验，所以选择使用高压变频器对其进行启动调速。当需要50HZ电源时，用高压变频器启动到50HZ后，对其进行同步投切到工频使用；当需要60HZ电源时，用变频器启动运行到60HZ使用。
（图片）
图1：电气一次回路图 它是由3个高压真空接触器KM1~KM3和2个高压隔离开关QS1和QS2组成（见上图）。要求KM1、KM2不能和KM3同时闭合，在电气上实现互锁。变频运行时，KM1和KM2闭合，KM3断开；工频运行时，KM3闭合，KM1和KM2断开，并且带同步投切功能，项目方案如上图所示。
设备参数：
电动机参数：额定电压：10000V发电机参数：额定电压：11000V
额定电流：172.1A 额定电流：787.3A
额定功率：2600kW 额定功率：15000kW
额定转速：750/900转 额定转速：750/900转
额定励磁电压：46.6V 额定励磁电压：90.6V
额定励磁电流：452.2A 额定励磁电流：572.7A
额定功率因数：0.9超前 额定功率因数：0-0.1滞后
额定频率：50/60HZ 额定频率：50/60HZ
相数：3/单
高压变频器参数：型号：HARSVERT-S10/190 编号：10190
主控版本: M1.110 监控版本: V1.6.6-10190级数: 9 级
额定容量：3250KVA 额定输入电压：10000V
额定输入频率：50HZ额定输出电压：10000V
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图2 现场运行中的变频器和所带负载发电机组 （图片）
图3 现场变频器运行在60ＨＺ时 （图片）
图４现场变频器使用的工艺控制图 二、高压变频器与励磁柜协调控制调试
2.1 高压变频器的启动调试
调试主板0-5V的输出电压对应励磁柜与电机的额定励磁电流，低压模拟调试正常，对其带电机控制启动运行。
调试结果：控制励磁电流稳定，正常启动。
2.2 高压变频器的正常运行调试
正常启动以后就是保证能够正常运行，该设备有50HZ和60HZ之分。
调试结果：可以运行到５０/60ＨＺ并稳定运行。
2.３ 高压变频器的运行参数优化调试
正常启动后正常运行，保证电机的定子电流也就是变频器的输出电流尽量最小。理论上是当输出功率因数为１时的输出电流最小，但是需要励磁控制柜进行自动调节，使电机的励磁电流随变频器的控制进行不断调整，以使电机的定子电流最小。
调试结果：可以完全控制电机在整个使用过程中定子端的电流最小化。
2.4 高压变频器旁路后的励磁电流控制
变频器带电机运行到５０ＨＺ后需要切换工频市电运行，保证正常切换过程的励磁电流控制且稳定。
调试结果：在变频切换工频后，稳定控制电机的励磁电流，满足发电机带负荷的能力。
2.5 变频器选择运行60HZ时的励磁电流控制
当选择变频器60HZ运行时，变频器本体对电机的励磁电流进行实时控制。
调试结果：完全满足60HZ运行时的要求。
2.6 当变频器50HZ运行切换到工频后的
电机的所有启动停机控制都由变频器实施，当工频运行中需要停机时，需要操作变频器控制柜上面的工频停机按钮，以便对励磁柜的进行灭磁控制。
调试结果：完全满足电机的正常停机控制及励磁控制要求。
2.7 变频器运行过程中出现故障的控制
当变频器运行过程中出现故障，会跳KM1、KM2，并连发信号给励磁柜进行灭磁。
调试结果：满足故障停机控制及励磁控制要求。
三、高压变频器“同步投切”功能调试：
3.1 同步投切功能介绍
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图5 同步投切原理图 同步投切有两种工况：一是变频投工频，二是工频投变频。这两种情况下，都要求变频器根据输入侧电网电压，进行输出电压同期。
关于工频投变频，原先负载处于工频运行，变频器接收到投切指令后启动，运行到工频，锁定电网电压频率、幅值和相位，然后，将变频器输出通过电抗器与工频电网并联向负载供电。在将负载从工频电网转移到变频器后，断开负载的工频供电支路，随后，负载由变频器驱动运行。
关于变频投工频，原先负载处于变频运行状态，变频器接收到投切请求后，运行到工频，锁定电网电压频率、幅值和相位，然后，将工频输出合闸，变频器与工频电网并联向负载供电。在将负载从变频器转移到工频电网后，断开负载的变频供电支路，随后，负载由工频电网驱动。
该设备只有要求运行到50HZ后“变频切工频”，不要求“工频再切回变频”。
3.2 同步投切的控制过程
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图6 “变频切工频”逻辑图 “变频切工频”逻辑：按柜门“变频切工频”按钮后，变频器 “PLC200”收到“投切请求”指令。当运行频率等于输入频率后，PLC200发脉冲形式的请求信号给主控箱。其逻辑如图6所示。主控箱收到该指令后对变频器输出进行锁相，锁相成功后再给PLC发出工频允许合闸指令，由变频器的“PLC200”控制KM3合闸，最后在KM3合闸成功后再对KM2，KM1进行分闸控制，直到KM1、KM2成功分闸后，才算整个同步投切功能完成。
3.3 同步电机同步投切调试步骤
（1） 检查确认主回路高压线缆、励磁柜连接正确。确认工频至电机回路的工频开关处于断开的位置，将变频输出至电机的开关闭合；
（2） 给变频器高压上电，投 60%励磁，变频启动同步机运行，观察并确认变频器输出电压、电机电流三相对称、正常的情况下，逐步升速至 50Hz；
（3） 校验变频器输入、输出检测线相序；
（4） 校验同步投切高压线缆线序；
（5） 变频器空载，进行输出电压锁相；
（6） 变频器空载，进行不带电机同步投切；
（7） 变频器空载，进行带电机同步投切。
四、总结
同步机以及同步投切功能的调试，一定要与励磁柜厂家配合好相关的控制参数和功能的协同，才能完美实现对同步机的控制。具备同步投切功能的高压变频器在同步机带同步发电机组上的应用，满足了生产工艺的特殊要求，为高压变频器在新的应用领域又迈进了坚实的一步，充分体现了北京利德华福公司的大胆创新精神和综合实力，其不愧是行业的领头企业。
参考资料：
1.《B01-070[1].3 wince矢量控制型人机界面操作手册PDF--20101214.pdf》；
2.《BLH B01-070[1].6 安装调试及维护手册PDF.pdf》；
3.《高性能DSP控制高压变频器.pdf》;
4. 《同步电机调速现场调试培训.ppt》；
5.《同步机调试指导书.doc》；
6.《同步机和异步机的区别－倚鹏.pdf》。
作者简介：赖界刚，男，（1984—）四川人，服务于北京利德华福电气技术有限公司，长期从事变频器的技术支持工作。
6/12/2012
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