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www.cechina.cn，起动装置效率低，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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控制工程网版权所有，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ifield，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，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CONTROL ENGINEERING China版权所有，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，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/dtwww.cechina.cn，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/dtwww.cechina.cn，可以直接驱动普通工频电机，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