[同步电动机,装置]大型同步电动机的静止变频起动装置

同步电动机的启动方法同步电动机是一种常见的电动机类型，其具有高效、稳定、可靠等优点，在工业生产中应用广泛。

但是，同步电动机的启动过程相对较为复杂，需要采用合适的启动方法，以确保电机的正常运行。

本文将介绍同步电动机的启动方法及其相关知识。

一、同步电动机的基本原理同步电动机是一种交流电动机，其转子和定子的磁通之间存在一定的相位差，因此其转速与电源频率有关。

同步电动机的基本原理是利用磁通的相互作用来产生转矩，其转矩大小与磁通的大小和相位差有关。

在正常运行状态下，同步电动机的转速与电源频率呈正比关系，且转速非常稳定。

二、同步电动机的启动方法同步电动机的启动方法主要有以下几种：1、直接启动法直接启动法是最简单、最常用的同步电动机启动方法之一。

其原理是将电动机直接连接到电源上，通过电源提供的电流来启动电动机。

此方法适用于小功率电机，但对于大功率电机，直接启动会产生过大的启动电流，影响电网的稳定性，因此不适用于大功率电机。

2、自耦启动法自耦启动法是一种常用的同步电动机启动方法，其原理是在电机启动过程中，先将线圈通过自耦变压器连接到电源上，使电机启动后再将线圈与电源直接连接。

此方法可以减小启动电流，但需要使用大型自耦变压器，成本较高。

3、星-三角启动法星-三角启动法是一种较为常用的同步电动机启动方法，其原理是通过将电机起动过程分为两个阶段，先将电机连接成星形，再转换为三角形，以减小启动电流。

此方法可以有效减小启动电流，但需要使用额外的星-三角切换开关，成本较高。

4、变频启动法变频启动法是一种较为先进的同步电动机启动方法，其原理是通过变频器将电源频率转换为适合电机启动的低频率，以减小启动电流。

此方法可以有效减小启动电流，同时可以实现电机的精确控制和节能效果。

但是，变频器成本较高，需要专业人员进行安装和维护。

三、同步电动机的启动注意事项在对同步电动机进行启动时，需要注意以下几点：1、确保电机与电源匹配，电压、频率等参数应与电机标牌上的参数一致。

浅析静止变频装置(SFC)在蓄能电厂的作用摘要：静止变频器(英文全称为“Static Frequency Convert-er”，简称SFC)，被广泛用于抽水蓄能电厂，主要是在机组抽水工况和抽水调相工况下启动。

静止变频器的优点是启动平稳，启动时间短，调整方便，维护工作量小，可靠性高，工作效率高。

总而言之，静止变频装置对蓄能电厂设备的运转是有很大的影响的。

关键词：静止变频装置（SFC）；蓄能电厂；作用前言：随着现代化大电网的不断发展，蓄能电厂内蓄能机组以其快速、有效、经济、可靠、无污染的特点，在电网的调峰、调频、填谷以及事故备用中扮演着越来越重要的角色。

蓄能电厂中的抽水蓄能机组所特有的可逆式同步电动发电机的启动则是其运行的关键技术之一。

而静止变频器SFC正是用于实现这一关键技术的理想设备。

本研究就将针对静止变频装置（SFC）在蓄能电场中的应用这一主题进行阐述，使读者对这方面的内容有一个更加深入的了解。

1.静止变频装置（SFC）结构静止变频器主要由功率单元、控制和保护单元以及辅助单元等组成。

1.1功率单元功率单元主要包括以下部分:(1)输入断路器。

在SFC发生故障或正常停运时，切断电源。

(2)输入变压器。

将高压侧与低压侧进行隔离。

(3)整流桥。

将交流电流整流为直流。

(4)逆变桥。

将直流电流逆变为交流。

(5)直流电抗器。

用于整流输出后的平波和去耦。

(6)输出断路器。

启动过程中启动回路发生故障时切断电流。

1.2 控制和保护单元控制单元包括测量单元、脉冲单元、PNC、PLC等。

(1)测量单元。

测量SFC 调节所需的各种变量的元件。

(2)脉冲单元。

可控硅触发信号的传送和变换元件。

(3)PNC(可编程数字控制器)。

用于SFC闭环调节和控制及可控硅元件的保护。

(4)PLC。

用于SFC和监控系统的输入输出联络和故障管理。

(5)保护单元。

用于SFC各种电气部件的保护(主要包含过流保护、过压保护、欠压保护、欠励保护、过励保护、差动保护、超速保护等)。

电动机类型及特点一、同步电机与异步电机区别：〔均属交流电机〕结构：同步电机和异步电机的定子绕组是相同的,主要区别在于转子的结构. 同步电机的转子上有直流励磁绕组,所以需要外加励磁电源,通过滑环引入电流；而异步电机的转子是短路的绕组,靠电磁感应产生电流〔又称感应电机〕. 相比之下,同步电机较复杂,造价高.应用：同步电机大多用在大型发电机的场合.而异步电机那么几乎全用在电动机场合.同步电机效率较异步电机稍高,在2000KW以上的电动机选型时,一般要考虑是否选用同步电机.二、单相异步电动机与三相异步电动机：单项电动机：当单相正弦电流通过定子绕组时,电机就会产生一个交变磁场, 这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场.这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电机无法旋转.当我们用外力使电动机向某一方向旋转时〔如顺时针方向旋转〕,这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大.这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来.通常根据电动机的起动和运行方式的特点,将单相异步电动机分为单相电阻起动异步电动机、单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机、单相电容起动和运转异步电动机、单相罩极式异步电动机五种.区别：三相异步电动机采用380V三相供电,单相电机是用220V的电源,而且都是小功率的,最大只有2.2KW .相比于同转速同功率的三相电机,单项电机的效率低、功率因数低、运行平稳性差、且体积大,本钱高,但由于单相电源方便,且调速方便,因此广泛用于电开工具、医疗器械、家用电器等.三、无刷直流电机1、无刷直流电机：无刷直流电机是永磁式同步电机的一种,而并不是真正的直流电机.无刷直流电机不使用机械的电刷装置,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料,性能上相较一般的传统直流电机有很大优势,是当今最理想的调速电机.直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成,在电动机内装有位置传感器检测电动机转子的极性,驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号,以限制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号, 用来限制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩；接受速度指令和速度反应信号,用来限制和调整转速；提供保护和显示等等.特点：•全面替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；•具有传统直流电机的所有优点,同时又取消了碳刷、滑环结构；•可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载；•体积小、重量轻、出力大；•转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小;•无级调速,调速范围广,过载水平强;•软启软停、制动特性好,可省去原有的机械制动或电磁制动装置；•效率高,电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗,消除了多级减速耗,综合节电率可达20%〜60%,仅节电一项一年收回购置本钱；•可靠性高,稳定性好,适应性强,维修与保养简单；•耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长；•没有无线电干扰,不产生火花,特别适合爆炸性场所,有防爆型；•根据需要可选梯形波磁场电机和正旋波磁场电机.2、无刷直流电机与有刷直流电机直流无刷电机和直流电机是2个概念.虽然直流无刷电机名字带直流,实际上是不是直流电机.从分类上来看,直流电机是一类,而直流无刷电机那么属于同步电机. 〔1〕无刷电机的优点•无电刷、低干扰：没有了有刷电机运转时产生的电火花,极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰.•噪音低,运转顺畅：没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,发热量低,效率高,噪音低,对于模型运行稳定性是一个巨大的支持.•寿命长,低维护本钱：无刷电机的磨损主要是在轴承上,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可.但有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的〔2〕从趋势上论,无刷减速电机可能取代有刷减速电机•适用范围：无刷电机通常被使用在限制要求比拟高,转速比拟高的设备上, 如航模,精密仪器仪表等对电机转速限制严格,转速到达很高的设备；通常动力设备使用的都是有刷电机,如吹风机,工厂的电动机,家用的抽油烟机等；•使用寿命：无刷电机通常使用寿命在几万小时这个数量级,主要取决于轴承的不同；通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时,到达使用极限就需要更换碳刷；•使用效果：无刷电机通常是数字变频限制,可控性强,从每分钟几转,到每分钟几万转都可以很容易实现.碳刷电机启动以后工作转速恒定,调速不是很容易,串激电机也能到达20000转/秒,但是使用寿命会比拟短.•节能环保方面：相对而言,无刷电机采用变频技术限制的会比串激电机节能很多,最典型的就是变频空调和冰箱.•维修方面：碳刷电机需要更换碳刷,而无刷电机,使用寿命很长,日常维护根本不需要.•噪音方面：与是否是有刷电机无关,主要是看轴承和点击内部组件的配合情况.3、无刷直流电机与交流电机无刷直流电机,定子是旋转磁场,拖着转子磁场转动；交流同步电机,也是定子旋转磁场拖着转子磁场转动；它们的不同是,旋转磁场旋转的原因不同：〔1〕交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；〔2〕直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变是转子转动的快慢；这样,它们的调速方法就不同：〔1〕交流同步电机,定子磁场转动的原因是彼此落后120 度的三相对称交流电,定子磁场的转动是交流电的变化快慢；只要改变交流电变化的快慢,就能改变电机的转速,即变频调速；〔2〕直流电机,是直流电源不变的恒定电压,与线圈连接实际位置的改变形成的,而且与线圈连接实际位置的改变只与转子转动的快慢相关；只要改变转子的转速就可以调速,而转子的转速与电压成正比,改变电压就可改变转速,即调压调速；直流调速不改变电机的负载性质,而交流调速改变了负载的性质；交流调速〔变频〕,频率不同时,交流电机的感抗大小不同,负载性质随之改变,是一个极不稳定的系统,很难实现精细调速.直流调速〔变压〕,电压不同时,直流电机的电阻大小不变,负载性质不变,是一个非常稳定的系统,很容易实现精细调速,几个毫伏的电压速度都可以分辨.由于无刷直流电动机的励磁来源于永磁体,没有激磁损耗的问题,由于转子中无交变磁通,其转子上既无铜耗又无铁耗,综合效率比同容量异步电动机高出10〜20%左右〔依据功率大小而定〕.无刷直流电动机具有高效率、高转矩、高精度的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的机械,同时具有体积小, 重量轻,可作成各种体积形状,产品性能超越传统直流电机的所有优点,是当今最理想的调速电机.比拟：直流电机具有优良的启动特性和调速特性,但造价较高；交流电机造价低,电源方便,但启动特性和调速特性稍差；4、无刷直流电机与交流伺服电机直流无刷电机：无刷直流电机感应反电动势也是梯形波的.无刷直流电机的限制需要位置信息反应,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术, 构成自控式的调速系统.限制时各相电流也尽量限制成方波,逆变器输出电压根据有刷直流电机PWM 的方法进行限制即可.本质上,无刷直流电机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴.交流伺服电机：通常说的交流永磁同步伺服电机具有定子三相分布绕组和永磁转子,感应电动势波形为正弦,外加的定子电压和电流也应为正弦波,一般靠交流变压变频器提供.永磁同步电机限制系统常采用自控式,也需要位置反应信息,可以采用矢量限制〔磁场定向限制〕或直接转矩限制的先进限制方式.区别：方波和正弦波限制导致的设计理念不同.最后明确一个概念,无刷直流电机的所谓“直流变频〞实质上是通过逆变器进行的交流变频,从电机理论上讲,无刷直流电机与交流永磁同步伺服电机相似,应该归类为交流永磁同步伺服电机；但习惯上被归类为直流电机,由于从其限制和驱动电源以及限制对象的角度看,称之为“无刷直流电机〞也算是适宜的.四、电机调速1、直流电机调速：转子电路串联电阻〔短时调速〕、转子电路电压〔广泛应用,调节范围0—基速〕、改变磁通〔只能提升转速,基速以上,恒功率调速〕〔1〕电压调速：可控电源调速、PWM 〔脉宽调制〕调速〔广泛应用〕与老式的可控直流电源调速系统相比,PWM调速系统有以下优点：a、采用全控型器件的PWM调速系统,其脉宽调制电路的开关频率高,因此系统的频带宽,响应速度快,动态抗扰水平强.b、由于开关频率高,仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流,电枢电流容易连续,系统的低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,同时电动机的损耗和发热都较小.c、PWM系统中,主电路的电力电子器件工作在开关状态,损耗小,装置效率高,而且对交流电网的影响小,没有晶闸管整流器对电网的“污染〞, 功率因数高,效率高.d、主电路所需的功率元件少,线路简单,限制方便.目前,受到器件容量的限制,PWM直流调速系统只用于中、小功率的系统.国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速2、交流电机调速：〔1〕三相异步电动机：a、变极对数调速方法：改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数到达调速目的. 特点：具有较硬的机械特性,稳定性良好；无转差损耗,效率高；接线简单、限制方便、价格低；有级调速,级差较大,不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性.本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等.b、变频调速：改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法.变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流一直流一交流变频器和交流一交流变频器两大类,目前国内大都使用交一直一交变频器.其特点：效率高,调速过程中没有附加损耗；应用范围广,可用于笼型异步电动机；调速范围大,特性硬,精度高；技术复杂,造价高,维护检修困难.本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合.c、串级调速：绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,到达调速的目的.根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高；装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%—90% 的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行,预防停产；晶闸管串级调速功率因数偏低, 谐波影响较大.本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用.九串入附加电阻：绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行.串入的电阻越大,电动机的转速越低.此方法设备简单,限制方便,但转差功率以发热的形式消耗在电阻上.属有级调速,机械特性较软.e、定子调压调速：由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,为了扩大调速范围,调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在绕线式电动机上串联频敏电阻.为了扩大稳定运行范围,当调速在2：1以上的场合应采用反应限制以到达自动调节转速目的.调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源,目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种.晶闸管调压方式为最正确.调压调速的特点：调压调速线路简单,易实现自动限制；调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效率较低.调压调速一般适用于100KW 以下的生产机械.f、电磁调速：特点：装置结构及限制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低.本方法适用于中、小功率,要求平滑动、短时低速运行的生产机械.g、液力耦合器调速：特点：功率适应范围大,可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要；结构简单,工作可靠,使用及维修方便,且造价低；尺寸小,能容大；限制调节方便,容易实现自动限制.本方法适用于风机、水泵的调速.〔2〕单相异步电动机：〔和力矩电机相比,它恒转矩；和变频电机相比它不节能；和直流电机相比,它限制的精度低；〕单相异步电动机和三相异步电动机一样,它的转速调节较困难.如采用变频调速那么设备复杂、本钱高.为此一般只进行有极调速,主要的调速方法有：a、串电抗器调速(降压调速)：将电抗器与电动机定子绕组串联,利用电抗器上产生的压降使加到电机定子绕组上的电压低于电源电压,从而到达降低电动机转速的目的.此种调速方法,只能是由电机的额定转速往低调.多用在吊扇及台扇上.b、电动机绕组内部抽头调速：通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及工作绕组的接线方法,从而到达改变电动机内部气隙磁场的大小,到达调节电动机转速的目的.有L型和T型两种接法.c、交流晶闸管调速：利用改变晶闸管的导通角,来实现调节加在单相电动机上的交流电压的大小,从而到达调速的目的.此方法可以实现无级调速,缺点是有一些电磁干扰.常用于电风扇的调速上.五、电机启动1、直流电机启动(1)启动方法直接合闸起动：直接合闸起动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动.由于直流电机电枢回路电阻和电感都较小,而转动体具有一定的机械惯性,起动的开始阶段电流很大最大可达额定电流的15〜20倍.由于电动机启动电流很大,所以启动转矩大,电动机启动迅速,但这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器发生火花.它只适用于功率不大于4千瓦小型电动机,如家用电器中的直流电机.串电阻起动：在启动时将一组启动电阻？串人电枢回路,以限制启动电流,而当转数上升到额定转数后,再把启动变阻器从电枢回路中切除.启动电流小,但是变阻器比拟笨重,启动过程中要消耗很多的能量.降电压起动：在启动时通过暂时降低电动机供电电压的方法来限制启动电濡要有一套可变电压的直流电源,这种方法只适合于大功率直流电机.〔2〕启动转矩直流电机的起动转矩由你自己设定,假设全压直接起动,可以到达额定转矩的多倍,这样将使机械损毁,所以必须参加启动电阻以减少起动电流从而减少起动转矩,一般参加的启动电阻使起动转矩为额定转矩的2-2.5倍左右,这样电机及机械可以承受,启动过程也能加快.2、交流电机启动〔1〕启动方法全压启动：在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下,可以考虑采用全压直接起动.优点是操纵限制方便,维护简单,而且比拟经济.主要用于小功率电动机的起动,从节约电能的角度考虑,大于11kw的电动机不宜用此方法.自耦减压起动：利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式.它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%.并且可以通过抽头调节起动转矩. 至今仍被广泛应用.Y-A起动：正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机,在起动时将定子绕组接成星形,待起动完毕后再接成三角形,降低起动电流,减轻对电网的冲击.起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3,起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3.适用于无载或者轻载起动的场合.同任何别的减压起动器相比拟,其结构最简单,价格也最廉价.除此之外,当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行,这样能使电动机的效率有所提升,并节约了电力消耗.软起动器：利用可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动,起动效果好但本钱较高.可控硅工作时谐波干扰较大,对电网有一定的影响.另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通,特别是同一电网中有多台可控硅设备时.因此可控硅元件的故障率较高,由于涉及到电力电子技术, 因此对维护技术人员的要求也较高.变频器：由于涉及到电力电子技术,微机技术,因此本钱高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度限制要求高的领域.总之,星三角起动,自藕减压起动因其本钱低,维护相对软起动和变频限制容易,目前在实际运用中还占有很大的比重.但因其采用分立电气元件组装,限制线路接点较多,在其运行中,故障率相比照拟高.〔2〕启动转矩启动转矩表征了电动机的启动水平,启动转矩大于额定转矩,一般电机样板上标有两者的关系〔倍数〕,一般2倍左右,它与启动方式有关〔如星三角起动,变频调速起动等〕,直接起动鼠笼式一般为额定力矩的0.8到2.2倍.通常起动转矩为额定转矩的125%以上.与之对应的电流称为起动电流,通常该电流为额定电流的6倍左右.一般自耦变压器的抽头有65%和80%两组,需要较大启动转矩时接80%,否那么接65%；六、电机制动1、反接制动：在电机断开电源后,在电机的电源上加上与正常运行电源反相的电源,加快电机的减速.反接制动有一个最大的缺点：当电机转速为0时,如果不及时撤除反相后的电源,电时机反转.因此, 不允许反转的机械,如一些车床等,制动方法就不能采用反接制动了,而只能采用能耗制动或机械制动.2、能耗制动：定子绕组中通以直流电,从而产生一个固定不变的磁场,转子按旋转方向切割磁力线,产生一个制动力矩.由于是在定子绕组中通以直流电来制动,因而能耗制动又叫直流注入制动.在一些要求制动时间短和制动效果好的场合,一般不使用此制动方法.3、再生制动：当电机的转子速度超过电机同步磁场的旋转速度时,转子绕组所产生的电磁转矩的旋转方向和转子的旋转方向相反,电机处于制动状态.此时,可以采取一定的举措把产生的电能回馈给电网, 因此,再生制动也叫发电制动.再生制动会出现在以下两种场合：1、起重机重物下降时,电机转子在重物重力的手动下,转子的转速有可能超过同步转速,此时,电机处于再生制动状态.2、变频调速时,当变频器把频率降低时,同步转速也随之降低.但转子转速由于负载惯性的作用,不会马上降低,此时,电机也会处于再生制动状态,直至拖动系统的速度也下降为止.4、机械制动采用机械装置使电动机断开电源后迅速停转的制动方法.如电磁抱闸、电磁离合器等电磁铁制动器.七、伺服电机1、直流伺服电机与直流无刷电机直流无刷电机和直流伺服电机是2类,概念上不存在交集.简言之：直流伺服电机特指直流有刷电机.无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定.限制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以正弦波换相.电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境.2、交流伺服电机与直流伺服电机直流伺服电机：就是把直流电机加上编码器形成闭环限制,电机通过改变电的大小来改变电机的扭矩、速度等参数.直流伺服电机的结构和普通直流电机差不多,只是直流电机为满足低惯量采用细长电枢,盘形或空心杯的,或者改成了永磁电机,是最理想的调速系统,这就导致直流伺服电机比拟容易实现调速,限制精度较高.缺点是直流伺服电机有碳刷,容易造成电机的磨损,而且维护本钱高操作麻烦.交流伺服电机：是交流电机的一种,通过伺服驱动器的矢量限制理论限制电机的扭矩,速度、位置等等,交流伺服电机的转子电阻一般很大,这样可以预防自转,当限制电压消失后,由于有励磁电压,此时的交流伺服电机中会有脉振磁动势,交流伺服就是是一种带编码器的同步电机,效果比直流伺服稍微差一点,但维护方便.缺点是价格高、精度没直流的好!推荐使用交流伺服电机, 直流伺服电机太热,限制精度不好,使用寿命短.永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比拟,主要优点有：⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低.⑵定子绕组散热比拟方便.⑶ 惯量小,易于提升系统的快速性波纹管联轴器.⑷适应于高速大力矩工作状态. ⑸同功率下有较小的体积和重量.八、步进电机。

大型抽蓄电站SFC启动原理分析及仿真研究摘要：静止变频器（SFC）是大型抽水蓄能电站的关键电气设备，变频启动是抽水蓄能电站的关键技术之一。

SFC带动可逆式机组作为同步电动机运行启动平稳、迅速可靠不存在失步问题，具有优异的调速性能且成功率高、维护量小、自诊断能力强。

本文主要针对交直交结构的SFC控制系统进行了研究，主要包括转速电流双闭环控制、逆变器晶闸管换流控制及转子位置和转速的检测三个部分，并使用软件对整个控制系统进行了仿真，结果证明了所设计的控制策略的有效性，为静止变频器的研究及工程应用提供了重要参考。

关键词：抽水蓄能；静止变频器；双闭环控制；转子初始位置检测Research on static frequency converter start-up principle analysis and simulation control system for large pumped storage power stationXXXX(XXX Co., Ltd, XXX 4300XX, XXX Province, China)Abstract：Static frequency converter (SFC) is the key electrical equipment of large pumped storage power station, and frequency conversion start-up is one of the key technologies of pumped storage power station. SFC drives the reversible unit as a synchronous motorto start smoothly, quickly and reliably without out-of-step problems.It has excellent speed regulation performance, high success rate,small maintenance and strong self-diagnosis ability. This paper mainly studies the SFC control system of AC-DC-AC structure, which mainly includes three parts: speed and current double closed-loop control, inverter thyristor commutation control and rotor position and speeddetection. The whole control system is simulated by software platform. The results prove the effectiveness of the designed control strategy, which provides an important reference for the research and engineering application of static frequency converter.Keywords：pumped storage; static frequency converter; dual-closed-loop control; initial position detection of rotor1 引言抽水蓄能机组启停灵活、反应迅速、调节性能强，具有调峰填谷、调频调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能，在增强电网稳定性和提高电网的经济性方面发挥着重要作用。

静止变频器（SFC）起动作为大型抽水蓄能电站机组的首选起动方式，对于抽水蓄能电站的正常运行具有非常重要的作用，本文就针对这一起动方式介绍了若干关键问题，如电机无传感器转子位置检测方法、变频起动过程、控制策略、谐波抑制等。

英文摘要：As the first choice for start-up sets in large-sized pumped storage power plant,the variable-frequency starting with static frequency converter(SFC) is very important for the normal running of pumped storage power plant.In this paper, some key problems for the starting of SFC are introduced,such as rotor position sensorless estimation, variable frequency start-up process ,control strategies,harmonic suppression and so on. 关键词：静止变频器无传感器转子位置检测变频起动过程1 引言抽水蓄能电站静止变频器（SFC）变频起动是利用晶闸管变频器产生频率可变的交流电源对蓄能机组进行起动，是目前大型抽水蓄能电站的首选起动方式，其技术特点为：(1)静止变频器的调速范围可以从电机的静止状态到l10％额定转速，在此调速范围内静止变频器工作效率不会降低；(2)静止变频器起动可使起启动电流维持在同步电机要求的额定电流以下运行，对电网无任何冲击，具有软启动性能；(3)静止变频器满足抽水蓄能电站的发电电动机组在电网电力调峰过程中频繁启动的要求。

目前，我国大型抽水蓄能电站中发电电动机的电动机起动方式基本设为静止变频器起动为主，背靠背起动为辅。

静止变频器（SFC）原理及设备[摘要]：静止变频器（SFC）启动系统是为同步电机提供源动力的装置，本文对拉萨换流站2×100Mvar调相机静止变频器（SFC）系统原理和设备进行了介绍，对其变频原理进行了分析，并对其设备配置和主要作用进行了介绍。

[关键词]：静止变频器、整流、逆变、晶闸管、触发脉冲1.晶闸管三相桥式全控电路工作原理静止变频器主回路中包括若干个晶闸管三相桥式全控电路，拉萨换流站网桥侧采用两个三相6脉动整流桥串联而成的12脉动整流桥，机桥侧采用三相6脉动逆变桥。

通过这种12-6脉波降压拓扑结构，晶闸管三相全控桥将固定的工频交流电变换成了变频交流电，从而实现调相机的变频启动。

晶闸管三相全控桥包括6个晶闸管桥臂，将其中阴极连接在一起的3个晶闸管桥臂称为共阴极组；阳极连接在一起的3个晶闸管桥臂称为共阳极组，根据触发角度的不同，可工作于整流状态或逆变状态。

当触发角小于90°，晶闸管桥为整流工作方式，功率由交流侧流向直流侧；当触发角大于90°，晶闸管桥为逆变工作方式，功率由直流侧流向交流侧。

依据晶闸管导通次序，与SFC隔离变低压侧三相电源共阴极组相接的3个晶闸管分别为T1、T3、T5，共阳极组相接的3个晶闸管为T4、T6、T2。

按此编号，晶闸管的导通顺序为T1-T2-T3-T4-T5-T6。

晶闸管三相全控桥有以下工作特点：（1）共阴极组和共阳极组各1个晶闸管的非同相2个晶闸管同时导通形成供电回路。

（2）对触发脉冲的要求：1）按T1-T2-T3-T4-T5-T6的顺序，相位依次差60°。

2）共阴极组T1、T3、T5的脉冲依次差120°。

3）共阳极组T4、T6、T2的脉冲也依次差120°。

4）同一相的共阳、共阴两个晶闸管，即T1与T4，T3与T6，T5与T2，脉冲相差180°。

（3）直流电压在电源一个周期内脉动6次，脉动的波形相同，故该电路为6脉动整流电路。

浅谈SFC在燃气机组中的原理及启动工作，达到或超出2220r/min后，该装置自行停止转速运动，但需要确定转速功率不得低于转子转动速度，以免出现功率耗损程度过大等问题。

对于电能或动能转变，也需保持燃机机组从启动到结束之间的正常功率，满足转子转动的生成速率，加大能量转动程度。

大型燃机均采用SFC（静止变频启动装置）启动方式，整个机组的启动和调速的实现由启动装置完成，启动装置分为机械式装置和电子式装置。

机械式装置一般为启动电动机。

电子式装置通常为SFC。

对于燃气轮机项目来说，一般在低速盘车时采用机械盘车，启动时采用SFC装置。

2变频器的作用及同步电动机调速在速度转动过程中，变频器主要于器具电压频率统一变化，以实现机器电压交流电的输出过程。

由于变频器具有调速转动的作用，产生电机极对数量比较统一（n=60f/p），由此可以得出，电机的转度与频率成正比。

电机在工频启动时会产生很大的启动电流（额定电流的几倍），对电网冲击相当大，而是用变频启动，电压和频率是逐步增加的，这样的工作方式具备的冲击量不大。

但是如果使器具频率保持上升状态、电压变低，极其容易造成发电机出现“电压和频率冲击”现象，造成发电机的电压和频率不统一，会对发电机产生一定的损毁问题。

调速的方法有两种：一是改变电机对数；二是提高变频调速。

在提高机组的运行速率时，要想完成电动机变频调速功能，可以采取改变变频功率的方法，实现电动机的同步功能，提高机器的技术调速。

另外，电动机的调速类型主要以自控和他控为主，结合变频装置提高变压功率，达成统一的机器变频速率。

在自控调速过程中，对变频调速采取控制调节的方式，实现变频装置自我控制，主要以“交-直-交”和“交-交”两种变频供电方式为主，控制方式则通过控制速率不超过变频速率来实现。

对于自控调速，电动机的具体应用很多，如701F系列燃动机。

在他控调速过程中，与自控调速过程具有相似性，利用带动转子速率的方式来完成具体操作，实现电动机同步调速。

静止变频器ＳＦＣ低压动模试验平台系统设计马　涛　陈佳永　支正轩　蔡安勇　安万洙（辽宁荣信兴业智能电气有限公司）摘　要：随着抽水蓄能规模的不断扩大，静止变频器ＳＦＣ作为同步电机启动的核心装置越来越受到各大设备厂商的关注。

根据ＳＦＣ系统的主要工作原理，本文设计了一种基于３８０Ｖ静止变频器ＳＦＣ的低压动模试验平台系统，此试验平台能基本模拟ＳＦＣ启动与并网过程，能帮助研发设计人员测试和验证相关核心控制算法，为进一步完善和验证ＳＦＣ装置的可靠性奠定了试验基础。

关键词：抽水蓄能电站；静止变频器；ＳＦＣ设计原理；低压动模试验平台０　引言２０２１年９月国家能源局下发关于抽水蓄能中长期发展规划，指出要发展抽水蓄能促进新能源大规模高比例发展、提高电力系统安全稳定运行水平。

同步电机的启动装置静止变频器（ＳｔａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＳＦＣ）作为大型抽水蓄能电站机组的核心装置，是保证抽水蓄能电站正常运行的重要设备，具有设备安全性高、运行可靠性高、设备可用率和启动成功率高等特点［１ ２］。

为了便于测试和深入了解ＳＦＣ的工作原理及运行方式，为进一步研发ＳＦＣ系统奠定良好试验基础，本文设计了一种基于低压３８０Ｖ的ＳＦＣ系统动模试验平台，能基本模拟ＳＦＣ系统的工作原理。

本试验平台不仅可以辅助设计研发人员尽快掌握ＳＦＣ系统的运行状态，而且可以测试ＳＦＣ相关控制算法等，从而加快设计研发进度。

１　ＳＦＣ原理及特点分析同步电动机静止变频器启动系统属于自控式同步电机变频调速系统，应用在抽蓄电站、火电厂、大型调相机等要求大容量、高转速和高性能的可调速领域［３］。

静止变频器系统主要由交 直 交型晶闸管变流器、同步电动机等构成，变流器主电路由整流桥、逆变桥和直流平波电抗器组成。

整流器把来自供电电网的交流电整流为直流电，经平波电抗器滤波后，再由逆变器变换成频率可调的交流电，供给同步电动机［４ ５］。

它主要是根据电机转速及位置信号控制晶闸管变频装置对同步电机进行变频调速，从而产生从零到额定频率值的变频电源，同步地将机组拖动起来。

静止变频器(SFC)在可逆式机组中的应用广州蓄能水电厂装机2400MW,其可逆式机组水泵工况涉及大型同步电动机的起动，设计以静止变频器(SFC)起动为主,机组背靠背起动为辅.广州蓄能水电厂二期工程安装4台300MW 可逆式机组, SFC采用Siemens公司的全数字大功率SIMOVERT S电流源型交直交变频调速装置,恒磁调压/调频启动，可连续逐台起动4台机组.SFC和机组励磁系统采用数字式Simadyn-D控制系统.1同步电动机变频起动原理电机变频起动时，转子绕组通入励磁电流,定子由SFC供电，由定子频率控制转子转速.SFC输出的频率在起动开始时调得很低,然后逐步上升至额定值，利用同步转矩的作用，使电机的转速随变频器输出频率同步地升至额定值.Siemens公司结合双反应理论和矢量控制理论，忽略凸极式同步电动机d，q轴磁路不对称、转子阻尼绕组和磁化曲线的非线性等次要因素的影响，将三相电机等效为直流电机进行控制［１］.SFC整套装置由功率单元、控制单元组成，电机励磁单元为自并励可控硅静态励磁，由机组励磁系统控制，SFC的软、硬件配置及控制框图见图1.SFC主要技术参数为：额定电压18kV,额定功率18MW, 额定转速500r／min,过载系数 1.3, 输出频率0～52Hz,整流器额定触发角26.3°,逆变器额定触发角141°.2SFC的功率单元 SFC的功率单元包括输入变压器、直流耦合电路、整流器和逆变器三部分.输入变压器容量16.8kV A，利用其二次侧三角形绕组隔离滤波，减少整流器产生的谐波电压对电网的影响，降低电网谐波含量.直流耦合电路装设2个26mH的平波电抗器，用以抑制直流回路纹波，改善逆变器晶体管的工作条件.SFC输出侧电抗器的作用是防止逆变器换流时电流增长过快而损坏晶体管元件［２］.SFC的整流器和逆变器采用三相全控桥式电路(三相六拍).整流器晶体管采用电源的交流电压换相，120°导通型逆变器晶体管采用同步电动机的定子反电动势换相.变频器每个桥臂由12个双极型晶体管BJT串联而成，冗余配置，单个晶体管的故障不影响变频器工作.从控制单元到功率单元，晶体管BJT的触发及检测信号采用光电耦合技术，即采用光纤及光电转换器件进行传输.晶体管水冷，分外冷却和内冷却.内冷却回路用去离子水循环直接冷却晶体管,去离子水有再生装置，用碳化硅作吸附材料.取自消防环管的外冷却水用于冷却去离子水.3SFC控制单元SFC控制单元采用Siemens公司20世纪90年代初研制开发的具有国际先进水平的可自由配置模板式硬件，软件编程采用图形化的全数字多微处理器控制系统Simadyn-D，见图1.3.1硬件硬件主要有处理器板、通讯板、通讯缓冲板、触发器板、诊断板、光电输入输出板、I/O板、操作面板OP1等.所有硬件均以插入卡的形式安装在标准机架上，共有6个处理器板，每个处理器板处理不同任务，使控制系统具有强大的运算功能.6个处理器之间及与外设控制板之间通过局部总线和通讯总线进行内部高速数据通讯，而Simadyn-D与监控系统之间通过I/O 板和通讯板等硬件模板实现内/外部高速数据通讯和信息交换.3.2软件组态及功能SimadynD系统是Siemens公司在Window 3.1平台上开发的数字过程控制系统，采用全图形式的编程语言STRUC G进行软件设计开发.功能块是软件设计的最小组态单位，包括逻辑块、算术块、诊断块、信号转换块、I/O块和通讯块等.一个功能块即一个子程序，相当于硬件设计中的集成电路.只需要用鼠标从图形库中选择预先编制好的功能块，将各功能块相互连接并设定参数，即构成实现一定的系统控制功能的软件功能包，主要包括逻辑控制、顺序控制、操作员控制、通讯控制、开环或闭环控制、矢量控制及监视等软件功能包，而各软件功能包的有机组合构成了用户程序.用户程序按功能类型均衡配置各软件功能包，分别由6个微处理器进行实时处理，即所谓的多微处理器、多任务并行处理技术［３］，从而实现对SFC的各种高速开环或闭环控制、运算、检测、监视、报警及诊断等功能.a. 开环或闭环控制.整流器采用速度和电流双闭环控制，逆变器采用矢量控制技术.SFC输出测量采用霍尔效应变换器型电压互感器，综合补偿计算后产生同步电动机电压模型MV的磁通矢量，实现对电压模型的矢量控制，使逆变器每次都选择在定子与转子磁场矢量互成90°时进行换相［１］.速度闭环控制功能包NRG实现对整流器速度环的闭环控制及监视；电流闭环控制功能包MN1实现对整流器电流的闭环控制及触发单元的监视；矢量控制功能包SMS实现对逆变器负载换相的矢量控制及监视，低速运行时断续换相触发脉冲的控制及监视；过程诊断功能包DIA实现对SFC相关过程控制量及信号的实时诊断显示，即将各过程控制量及实时信号存储在DIA的跟踪存储器中，通过D/A转换器随时输出，供故障诊断分析用.b. 供电控制.USV/UUM/ULS/UGR等监视功能包实现对SFC系统中主要功率器件如SFC进出口开关、功率单元、同步电动机等的综合控制和监视；逻辑控制功能包EAL综合各监视功能包、顺序控制功能包AST的控制信号、操作员控制功能包BED和通讯控制功能包KD3的命令字，实现对SFC主电路和辅助电路分闸或合闸的顺序控制；操作员控制功能包BED 实现对SFC的现地控制，并组态操作面板OP1的输入及显示；通讯控制功能包KD3与通讯板相配合，实现SFC与监控系统的联网通讯；冷却水控制功能包UUK控制晶体管BJT的内外冷却水.4SFC的运行a. 转子位置检测和初始定位.SFC采用电气测角和测速方法.起动前投入机组励磁,在转子磁场逐步建立过程中，定子绕组感应出三相电动势，电压模型MV对电动势积分就可得气隙磁链Ψ的大小和转子位置角［１］.计算时间的密切配合,保证励磁与SFC检测程序之间严密同步，这也是整个起动过程中最为关键的一步.起动期间，Simadyn D控制保持电机磁通恒定，实现恒转矩调速.由于是恒磁通控制，通过对定子电压测量,即可计算出转子位置角.b. 断续换相运行.确定转子初始位置后，按照矢量控制理论中力矩星形分布情况，SFC判断同步电动机起动时刻能产生最大正加速力矩的两相定子电流，触发晶体管导通，给对应的两相定子绕组通电，产生一个超前转子磁场的同步定子磁场，两个磁场相互作用，使转子获得最大电磁转矩［１］，转子开始转动，由整流器控制SFC输出电流的幅值，由逆变器控制SFC输出电流的频率.为保证起动后加速阶段电磁转矩的恒定，转子转动的同时改变输入定子电流的频率，使转子磁场与定子磁场同步旋转，而且在空间矢量上，保持定子磁势超前转子磁势的夹角不变.。

Static Frequency Converter静止变频器(Load Commutated Inverter)负载换相逆变器介绍的主题:1 概述2 燃机电站SFC特点3 SFC的基本原理3SFC的基本原理概述燃气机组是通过燃烧天然气作为动力，但是由于燃机和发电机是一个轴系，启动转矩大，燃机本身无法自启动，同时天然气点火也需要一个基本的转速，大约在580转左右，故需要一个外部的动力将整转左右故需要一个外部的动力将整个轴系转动起来。

通常多以静止变频器SFC（Static Freguency Converter）作为主要启动方式。

MEGADRIVE-LCI系统介绍燃机电站的特点SFC静止变频器SFC 的分类1.按主回路供电方式的不同分为：有降压变压器的高—低—高型变频器无降压变压器的高—高型变频器2.按整流器和逆变器线路之间的耦合方式的不同分为：交—直—交型变频器交—交变频器3.按中间直流耦合组合方式的不同分为：电抗器耦合方式的电流型变频器电容器耦合方式的电压型变频器燃机机组SFC的选型由于燃机机组在对静止变频器SFC的动态响应性能方面无特殊苛刻的要求，为此目前燃机电站中的静止变频器SFC的主回路都普遍采用由可控硅、平波电抗器构成的交—直—交型电流源变频器。

构成的交交型电流变频燃机机组SFC的选型由于燃机机组的静变频器都普遍采用由可控由于燃机机组的静止变频器SFC都普遍采用由可控硅、平波电抗器构成的交—直—交型电流源变频器。

因此静止变频器根据使用的可控硅整流桥和逆变桥的型式可选用不同的方式：用不同的方式型式整流桥脉冲数逆变桥脉冲数6/6 6 66/66612/6 12 6静止变频SFC6/6 6/6 ––脉波配置同步发电机输入变压器变频器SM断路器主回路冷却辅助设备控制/监视/保护厂用电控制静止励磁)接地端子取决于项目情况静止变频SFC 12/6 12/6 ––脉波配置输入变压器变频器主回路主回路SM断路器冷却辅助设备厂用电静止励磁)控制/监视/保护接地端子取决于项目的情况控制静止变频器脉波数的选择原则静止变频器脉波数的选择原则依据：系统对谐波的要求投资的多少静止变频器脉波数的选择原则系统对谐波的要求：目前国际上没有一个专用于SFC谐波评估的标准，大多借用IEEE519来作为SFC谐波的评估依据。