SIMONERTS变频起动装置的性能及特点分析

SIMOVERT S是西门子系列变频器中的一种，被称为“用于整流器电动机的直流母线变频器”，是一种负载换相式变频起动装置（简称LCI）。它具有以下主要特点：完全的同步起动；低速（低于10%额定转速）时强迫换相；高于10%额定转速时采用负载换相技术。平稳地起动及同步并网，并在整个起动过程中不对电网形成冲击；全数字式的SIMADYN D控制系统实现起动的开/闭环控制和计算、检测及脉冲触发控制。

1.同步电动机的完全同步起动

与常用的同步电动机异步起动不同，SIMOVERT S系统起动之前先给转子绕组通入励磁电流，建立空间磁场，然后控制系统检测定子端反电动势，运用“电压模型”（矢量运算）的方法计算得出转子磁极的位置，这一过程称为“转子定位”（RO-TOR POSITION）。

在电动机刚起动时，再次投入励磁电流，建立转子磁场，同时逆变器在控制系统的控制下就可以向电动机定子输出电压。该电压形成的磁场矢量与转子的磁场矢量夹角控制在70°左右。在两个磁通矢量相互形成的电场力作用下，转子开始缓慢转动，之后经过定子电压、频率的不断增加，电动机不断地加速。

为使电动机定子得到相位正确的方波电流，采用电子电压互感器（PT）测量电动机端电压，以得到电压绝对值和相角，运算产生电动机侧逆变器的触发脉冲。

由于电动机在每次起动时，电动机侧电压的频率几乎为0 Hz，所以很容易造成接在电动机侧的升压变压器的磁通饱和。由于升压变压器剩磁的影响，在连续起动的情况下，对静止转子位置的检测有时失准，导致牵引电动机起始转动的电磁力（矢量）有时不准确，所以电动机在频繁起动情况下，为防止因转子定位不准造成的起动困难，起动前需要对升压变压器采取消磁措施。

西门子在其技术方案里已经考虑到这一点，增加了去磁柜，其工作原理是通过在升压变压器上通过交变的高频电流，去除电动机起动后残留在升压变压器铁心内的“顽磁”。事实证明去磁柜的确发挥了很好的消磁作用。

2.SIMOVERT S变频驱动器的换相技术

SIMOVERT S变频器的主要换相方式为负载换相，但在整个起动阶段存在强制换相和负载换相两个阶段。在电动机起动的最初阶段，转速较低（0～10%额定转速），此时逆变（器）侧电压频率只有0～5Hz，由于电动机的反电动势很低，不足以使变频器（逆变侧）可靠换相，因此采用了DC-LINK pulsing的换相方法（即断流换相）。即通过控制整流器进入逆变状态，使直流电压周期性地反相，直流电流降低到零，逆变器晶闸管返回关断状态。

由于采用了“电压模型”技术，通过电子电压互感器（PT）检测电动机定子电压，从而检测到电动机转子的位置和转速，无需机械式的转子位置检测器，大大降低了这种起动设备的故障率。(www.xing528.com)

当电动机稳定升速过程中利用负载换相，即换相电压由电源或同步电动机提供，其中变频器输入电源使整流侧晶闸管自然换相，同步电动机反电动势使逆变侧晶闸管换相，在这种模式下，换相的可靠性大大提高，避免同步电动机“失步”、“丢转”。因而这一起动阶段非常稳定。

换相控制方式为外部同步的，即将电流从一个晶闸管切换到下一个晶闸管的信号，由外部的交流电压源（在这里为电源或同步电动机）发出。检测电源的过零电压用于整流器与触发脉冲的同步。检测电动机端电压后，通过“电压模型”计算得到电动机的磁通矢量角度位置，用于逆变器和触发脉冲的同步。

现场可以通过观察逆变器输出指示灯看到电动机的加速过程。起动开始时，逆变器输出频率较低，指示灯闪灭的周期较长，随着输出频率升高，指示灯闪灭的周期越来越短，最后阶段变成了稳定亮。

变频起动器采用这种换相技术会引起转矩的波动，在大型负载（如大型的空气压缩机、鼓风机）应用中，必须采用12脉冲的变频软起动器，降低转矩波动对压缩机的影响。

3.电动机起动的速度控制

电动机的起动速度控制采用了嵌有电流控制闭环的速度闭环调节器（如图4-10所示）。速度的检测是利用一种称之为“电压模型”的方法检测、计算出来的，根据电动机理论，电动机转速高于10%转速后，反电动势正比于电动机实际转速值。系统在变频器输出端的电子电压互感器（PT）实时检测电动机端电压，进行必要的补偿计算后，得出电动机侧的电动机反电动势（EMF）。根据EMF计算得出速度值，速度控制调节器把该实际速度值与速度设定值比较计算后，向电流环输出给定信号，使整流器进一步加大电流输出，电动机得到更大的转矩驱动，实现了电动机加速。

4.可靠的并网控制技术

起动阶段完成后，该系统的并网装置控制并网较为可靠。它采用了数字控制技术，对影响并网的诸要素（电压、频率、相位）进行采集。用户还可以对并网条件中要素的偏差进行重新设定，以满足系统的要求。