1引言

高壓同步電動機以其功率因數高、運行轉速穩定、低轉速設計簡單等優點在高壓大功率電氣驅動領域有著大量的應用，如大功率風機、水泵、油泵等。對于大功率低速負載，如磨機、往復式壓縮機等，使用多極同步電動機不僅可以提高系統功率因數，更可以省去變速機構，如齒輪變速箱，降低系統故障率，簡化系統維護。

由于同步電機物理過程復雜、控制難度高，以往的高壓同步電機調速系統必須安裝速度/位置傳感器，增加了故障率，系統的可靠性較低。

單元串聯多電平型變頻器由于具有成本低，網側功率因數高，網側電流諧波小，輸出電壓波形正弦、基本無畸變，可靠性高等特點，在高壓大容量異步電機變頻調速領域取得了非常廣泛的應用。將單元串聯多電平型變頻器應用于同步電動機將有效地提高同步電機變頻調速系統的可靠性，降低同步電機變頻改造的成本，提高節能改造帶來的效益，同時也為單元串聯多電平型變頻器打開一個廣闊的新市場。利德華福的技術人員經過大量的理論分析、計算機仿真和物理系統實驗，解決了同步電機起動整步等關鍵問題，已于2006年4月底成功地將單元串聯多電平型高壓變頻器應用于巨化股份公司合成氨廠的1000kw/6kv同步電動機上。以下將簡要介紹實際應用中的主要技術問題。

2同步電動機的工頻起動投勵過程

為了更好的說明同步電機的運行特點，先對同步電機的工頻起動投勵過程進行簡要的介紹。

在電網電壓直接驅動同步電機工頻運行時，同步電動機的起動投勵是一個比較復雜的過程。當同步電機電樞繞組高壓合閘時，通過高壓斷路器的輔助觸點告知同步電機的勵磁裝置準備投勵。此時，勵磁裝置自動在同步電機的勵磁繞組上接入一個滅磁電阻，以防止勵磁繞組上感應出高壓，同時在起動時提供一部分起動轉矩。同步電機電樞繞組上電后，在起動繞組和連有滅磁電阻的勵磁繞組的共同作用下，電機開始加速。當速度到達95%的同步轉速時，勵磁裝置根據勵磁繞組上的感應電壓選擇合適的時機投入勵磁，電機被牽入同步速運行。如果同步電機的凸極效應較強、起動負載較低，則在勵磁裝置找到合適的投勵時機之前，同步電機已經進入同步運行狀態。在這種情況下，勵磁裝置將按照延時投勵的準則進行投勵，即高壓合閘后15s強行投勵。

3變頻器驅動同步電動機時的起動整步過程

用變頻器驅動同步電機運行時，使用與上述方式不同的起動方式：帶勵起動。

在變頻器向同步電機定子輸出電壓之前，即啟動前，先由勵磁裝置向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，然后變頻器再向同步電機的電樞繞組輸出適當的電壓，起動電機。

同步電機與普通異步電機運行上主要的區別是同步電機在運行時，電樞電壓矢量與轉子磁極位置之間的夾角必須在某一范圍之內，否則將導致系統失步。在電機起動之初，這二者的夾角是任意的，必須經過適當的整步過程將這一夾角控制到一定的范圍之內，然后電機進入穩定的同步運行狀態。因此，起動整步問題是變頻器驅動同步電動機運行的關鍵問題。

變頻器驅動同步電動機的起動整步過程主要分為以下幾個步驟：

(1)勵磁裝置投勵。勵磁系統向同步電機的勵磁繞組通以一定的勵磁電流，在同步電機轉子上建立一定的磁場。

(2)變頻器向同步電機的電樞繞組施加一定的直流電壓，產生一定的定子電流。此時，在同步電機上產生一定的定子電流，并在定子上建立較強的磁場。轉子在定、轉子間電磁力的作用下開始轉動，使轉子磁極逐漸向定子磁極的異性端靠近。此時轉子的轉動方向可能與電機正常運行時的轉向相同，也可能相反。