负载换流变频技术在高压电动机起动中应用研究

摘要

高压大功率同步电动机广泛应用于冶金、钢铁、石化等行业。但是，同步电动机的起动一直是一个相当复杂的的问题，其起动方式长期以来是人们关注的一个重要课题。
　　高压大功率同步电机常用的起动方式通常有：直接全压起动、串联电抗器降压起动、变频起动等，其中最佳的起动方式为变频起动。利用旋转变频机组启动高压大功率同步电动机，可以有效降低启动电流，减小启动冲击。但是，旋转变频机组设备繁多、结构复杂、站地广、噪音大，维护成本较高，所以该技术逐渐淘汰。
　　随着电力电子技术、微电子学、自动控制理论、计算机技术以及先进制造技术的不断发展，电气传动技术也发生了一场历史性革命，即交流调速取代直流调速、计算机数字控制技术取代模拟控制技术。交流静止变频器开始广泛应用于高压大功率同步电动机启动领域。
　　作者所在单位是航空发动机高空模拟试车台的大型气源中心，拥有10台10kV、12000kW同步电动机和4台10kV、5000kW异步电动机。其中，12000kW同步电动机采用旋转变频机组启动。旋转变频机组主要由一台同步电动机、两台直流发电机、两台直流电动机和一台同步发电机构成；输出范围为0.8HZ～50HZ、200V～10.5kV、4000kW；通过改变直流发电机的励磁电流改变同步发电机的输出频率和电压。启动12000kW同步电动机时，频率大约0.8HZ，启动电流不到300A（额定电流的40％）；单台电机从启动到同步并网时间约6分钟。该系统自动化程度较低。
　　作者所在单位需要新建气源厂房由三台空气压缩机构成（采用10kV、15000kW同步电动机拖动），因此需要设计一套变频软启动系统，实现三台压缩机的依次启动，要求启动冲击电流小、启动时间短，自动并网。通过技术分析，选择了SIMENS公司的LCI负载换流型变频器构成变频软启动系统，希望通过该系统的设计，在掌握负载换流变频器的工作原理和性能的基础上，为今后变频装置运行、维护积累技术经验。通过该项目的设计研究工作，提高目前高空模拟试车台气源系统的自动化水平，并建立相应的变频软起动技术规范，为今后气源系统的进一步发展做好技术储备。

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第一章 绪论

1.1 高压电动机的起动方式[5][20][23]

1.2 课题的背景和意义

1.3 国内外研究的技术现状分析[29]

1.4 课题主要研究内容和目标

第二章 电力电子器件与大功率变频器

2.1 电力电子器件[11] [25]

2.2 高压大功率变频器[8][11][15][29]

2.3 国内外大功率变频器的发展[10][15]

2.4 高压大功率变频器分类、技术原理及特点[8-29]

第三章 同步电动机矢量控制原理及控制系统

3.1 同步电动机的矢量控制原理[27-28]

3.2 同步电动机矢量控制系统的基本结构[12][27]

3.3 同步电动机矢量控制系统的构成

第四章 负载换流同步电动机变频调速系统

4.1 LCI（负载换流）同步电动机的基本原理[1-6]

4.2 换流方法[20-25]

4.3 负载换流同步电动机系统的几种基本关系[1-2][25]

第五章 负载换流同步电动机软起动应用

5.1 工程应用背景及目的

5.2 工程应用中高压同步电动机以及负载空气压缩机技术参数

5.3 西门子LCI变频器（SIMOVERT S）技术概述

5.4 负载换流变频软起动系统主接线电气设计

5.5 主要参数设置[28]

5.6 电机的起动和保护[29]

5.7 电机的监视与控制后台

5.8 由LCI变频器、同步电动机构成的变频软启动系统技术特点

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果