1 引言
　　某钢铁公司二期烧结工程两台主排风机分别由2台容量为7800kw无刷励磁同步电动机拖动，公用一套容量为3.4mva的lci型变频软起动装置。由于起动装置、励磁装置及系统监控装置采用模拟控制，经长时间运行，参数漂移，影响了起动性能；而且由于起动装置容量设计偏小，导致主排风机多次启动失败，严重影响生产的稳定运行，迫切需要进行改造。

　　由于原起动装置容量偏低，起动装置效率低www.cechina.cn，电网侧功率因数低、谐波大，以及电机脉动转矩大等因素，故决定采用新型pwm电流型逆变器，选用了ab公司powerflex 7000“b”frame系列变频器，起动装置容量为5500hp。

2 系统组成及特性
2.1 系统简图
　　为了降低改造成本，笔者保留原启动装置输入、输出及旁路回路的高压开关。由于电网额定电压为10kv，而整流器额定输入电压为3×2300kv，需要增加一台降压变压器。同步电机的额定电压为10kv，而powerflex 7000变频器输出只有6.6kv，需在变频器输出增加一升压变压器。图1为新改造后的变频启动装置的系统单线图，红色部分为改造部分。

图1 系统单线图

2.2 系统特性
　　本起动装置采用了powerflex 7000电流型变频器，采用风冷，过载能力为110% 1min，主回路为无快熔保护设计。具体参数如表1所示。

2.3 变频起动装置原理
　　烧结主排风机用变频起动装置powerflex7000既可以驱动交流异步电机，也可以驱动同步电机，本系统采用无速度反馈的同步机矢量控制。控制系统采用转速、电流双闭环控制，整流器采用电流闭环控制，逆变器采用转子磁通定向的矢量控制。图2为系统控制原理框图。

图2 系统控制原理图

　　为了进行转子磁通定向，需要检测磁通的大小、旋转角度。在powerflex 7000中，当电机速度<3hz时采用电流模型，通过电机的电流、结合电机模型参数来进行磁通定向，这种定向方式依赖电机模型参数，当模型参数不准时，则同步机的磁通定向不准；当电机速度>3hz时，采用电压模型来进行磁通定向，这种定向方式依赖电机的模型参数少，而且定位精度也高。
同步机的磁通主要由转子励磁建立，而转子励磁的大惯性时间常数，在动态调节过程中，单纯通过转子励磁电流来控制磁通是比较缓慢的，所以还需要通过电枢电流的励磁分量来实现磁通快速闭环控制。磁通调节器的输出分两部分，其中一部分控制电枢电流的动态励磁分量ix，这部分响应比较快，另一部分控制转子励磁电流ifieldwww.cechina.cn，这部分反应慢一些，但却是磁通稳定控制的主要部分。

2.4 变频起动装置的主回路及特点
　　变频起动装置的主回路包括输入高压开关、四线圈降压变压器、整流器、直流电抗、逆变器、滤波电容、升压变压器及输出高压开关。具体如图3所示。

图3 变频装置主回路结构图

　　(1) 18脉冲整流器：变压器二次侧三套绕组相位分别相差20°，三组整流器输出串联。18脉冲整流器可对17次以下谐波进行有效抑制CONTROL ENGINEERING China版权所有，总体谐波畸变thd小于5%，满足ieee519-1992谐波抑制标准。可控硅驱动电源取自可控硅的阻容吸收回路，通过监视可控硅的阳极与阴极之间的电压，并结合可控硅的触发脉冲来判别可控硅的状态。来自控制系统的触发脉冲通过光纤与主回路隔离。

　　(2) 中间滤波回路采用抗共模干扰的直流电抗器。

　　(3) 逆变器功率器件为sgct（6500v、 1500a）。sgct是采用双面冷却的对称门极换流的可关断晶闸管,能够承受正、反向6500v电压www.cechina.cn，电流单方向流通，关断损耗及导通损耗都比较小，缓冲线路简单；由于关断电流比较大，采用集成门极触发技术，降低了线路杂散电感，避免了过高的ldi/dt。sgct与igbt及igct的比较如表2所示。

　　(4) 电流型逆变器由于中间直流回路有大电感，而且控制系统有快速的电流调节功能，可以抑制因负载冲击或因逆变器件的损坏而造成直流桥臂短路电流，省去快熔保护，而且可以实现四象限运行，把电机减速过程中的能量回馈到电网，实现快速减速。

　　(5) 众所周知，二电平pwm变频器输出的谐波大，而且在电机侧产生很高的dv/dt，所以，pwm变频器一般驱动专用变频电机。powerflex7000在输出侧配置了电容滤波，输出接近正弦波，降低了dv/dt，可以直接驱动普通工频电机CONTROL ENGINEERING China版权所有，而且变频器到电机之间的电缆可以长达15km。

2.5 同步并网控制器
　　当需要起动同步机时，相应的开关、变压器、励磁回路、变频装置及辅助回路投入工作，同步机速度逐步提高；当加速到同步速时，并网调节器投入工作，具备并网条件后，变频装置脉冲封锁（励磁回路正常工作），并网开关合闸。同步并网调节器sync transfer的控制原理图如图4所示。同步并网控制器检测电机侧的