（中國(guó)石化股份有限公司廣州分公司機(jī)械動(dòng)力部，廣東廣州510726）控制技術(shù)研制開(kāi)發(fā)成功的新一代同步電機(jī)勵(lì)磁柜。它采用先進(jìn)的大功率模塊（I1BT）取代可控硅（SCR），用只有幾斤重的高頻變壓器取代近半噸重、體積龐大的工頻變壓器。本文主要分析新型高頻開(kāi)關(guān)同步電機(jī)勵(lì)磁柜具有高效節(jié)能、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在我廠空分裝置中成功應(yīng)用，并取得良好經(jīng)濟(jì)效益。

　　1刖目同步電機(jī)是一種特殊的交流電機(jī)，正常工作時(shí)需要?jiǎng)?lì)磁柜提供勵(lì)磁電流。過(guò)去舊式同步電機(jī)勵(lì)磁控制柜采用工頻變壓器和可控硅整流勵(lì)磁控制方式，運(yùn)行效率低、能耗大、故障率高、運(yùn)行不穩(wěn)、調(diào)試維修困難，給正常生產(chǎn)帶來(lái)諸多不利影響。為了保證生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，節(jié)能降耗，1999年對(duì)我廠化肥空分K9701B同步電機(jī)勵(lì)磁柜進(jìn)行更新改造，采用新型無(wú)工頻變壓器高頻開(kāi)關(guān)同步電機(jī)勵(lì)磁柜取代原有的舊式工頻變壓器可控硅勵(lì)磁柜。

　　2基本工作原理及技術(shù)組成新型高頻開(kāi)關(guān)式同步電機(jī)勵(lì)磁柜采用大功率高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)、PWM技術(shù)，同時(shí)巧妙地利用逆變回路中的電感電壓和電流的諧振，采用ZCC（零電流控制）使開(kāi)關(guān)器件在其電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷；采用ZVC（零電壓控制）使開(kāi)關(guān)器件在其電壓為零時(shí)導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)完整的PWM-ZCC/ZVC控制技術(shù)。它用大功率模塊（IGBT）取代可控硅（SCR），用只有幾斤重的高頻變壓器取代近半噸重、體積龐大的工頻變壓器。

　　主電路組成如所示。

　　流橋ZL與濾波電容C1、C2濾波獲得。

　　由四個(gè)相同的IGBT管T1-T4組成兩個(gè)橋以及高頻變壓器BZ、隔直電容C3等元件組成。T3、T4一組橋臂組成零電壓開(kāi)通單元（ZVC單元），對(duì)T3、T4零電壓開(kāi)通、強(qiáng)迫關(guān)斷。T1、T2?組橋臂組成零電流關(guān)斷單元（ZCC單元），對(duì)T1、T2采取強(qiáng)迫開(kāi)通，電流過(guò)零關(guān)斷。

　　次級(jí)回路：由快速整流二極管D5、D6及感性負(fù)載組成。

　　橋式逆充電路工作過(guò)程：為了使T1-T4在PWM-ZCC/ZVC控制下正常工作，PWM-ZCC/ZVC驅(qū)動(dòng)電路提供了T1~T4需的驅(qū)動(dòng)脈沖P1~P4，即：ZVC逆變橋臂T3、T4開(kāi)關(guān)采用超前脈沖驅(qū)動(dòng)，保T3、T4管在Vec=0時(shí)導(dǎo)通。

　　ZCC逆變橋臂T1、T2采用即時(shí)驅(qū)動(dòng)脈沖強(qiáng)迫開(kāi)通，檢測(cè)電流過(guò)零使脈沖降落關(guān)斷。

　　設(shè)某一時(shí)刻，T1、T4管導(dǎo)通，直流電源E（7）端接橋臂a點(diǎn)，（-）端則與橋臂b點(diǎn)相通，促使高頻變壓器初級(jí)電流由前一時(shí)刻的b點(diǎn)向a點(diǎn)流動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)向由a點(diǎn)向b點(diǎn)流動(dòng)，此時(shí)高頻變壓器初級(jí)等同電感L和電阻R串聯(lián)，即在a、b兩點(diǎn)形成一LCR串聯(lián)諧振電路，電流iab以LCR固有規(guī)律變化，當(dāng)iab由b流向a轉(zhuǎn)向由a流向b并達(dá)到某一值時(shí)，在控制電路的控制下，使P4脈沖消失，T4管關(guān)斷，由于感性負(fù)載電流不能突變，此時(shí)電流iab向T4管并聯(lián)電容C5充電，使電容C5兩端電壓（即T4管ec兩端電壓）則由零壓向E變化，當(dāng)變化至VC5=E時(shí)，由于續(xù)流二極管D3之作用，電容C5電壓的變化即停止，電流U通過(guò)T1串聯(lián)回路LCR、D3流向電源（7）。電流變化規(guī)律取決于回路LCR參數(shù)。在！0時(shí)，T1關(guān)斷。在P1消失后輸出P2脈沖，由于T3管兩端電壓（Vce）向零壓變換，當(dāng)達(dá)到VC4=0時(shí)，驅(qū)動(dòng)電滿足零壓開(kāi)啟的條件，T3管處于開(kāi)通狀態(tài)，從而使逆變電流逐漸轉(zhuǎn)化為b點(diǎn)流向'點(diǎn)，其依然按LC*回路規(guī)律變化。

　　在橋b兩點(diǎn)之間的負(fù)載上獲得電流，并通過(guò)高頻變壓器變換給次級(jí)，提供勵(lì)磁電流。

　　3節(jié)能效果分析新型高頻開(kāi)關(guān)式同步電機(jī)勵(lì)磁柜與舊式工頻變壓器硅整流控制同步電機(jī)勵(lì)磁柜相比，其節(jié)能效果主要從效率！

　　及功率因數(shù)COS"兩方面進(jìn)行分析比較。

　　新型勵(lì)磁柜采用高頻變壓器，該變壓器是單相變壓器，匝數(shù)少（只有幾匝），繞組導(dǎo)線截面大；而舊式勵(lì)磁柜采用工頻變壓器，三相繞組，匝數(shù)多（比高頻變壓器多得多），繞組導(dǎo)線截面小，因而繞組電阻*舊>>*新。

　　另外，新型勵(lì)磁柜主回路工作于高壓600V，電流I很小。

　　高頻變壓器采用鐵氧體鐵芯，與舊式工頻變壓器的硅鋼片相比，剩磁和矯頑力要小得多，因而磁滯損耗也小得多。

　　P渦耗！K/p，新型高頻開(kāi)關(guān)式勵(lì)磁柜與舊式勵(lì)磁柜相比，F(xiàn)i新<<因此，新型高頻開(kāi)關(guān)式同步電機(jī)勵(lì)磁柜與舊式工頻變壓器硅整流控制同步電機(jī)勵(lì)磁柜相比，其效率！新>>！舊，功率因數(shù)cos"新>>cos"舊，故新型頻開(kāi)關(guān)式同步電機(jī)勵(lì)磁柜具有非常好的節(jié)能效果。

　　4實(shí)際應(yīng)用效果1999年11月利用化肥空分大修機(jī)會(huì)，對(duì)化肥空分壓圍3變版器原理及其等效圖縮機(jī)K9701B同步電機(jī)勵(lì)磁柜進(jìn)行更新改造，采用新型無(wú)工頻變壓器高頻開(kāi)關(guān)同步電機(jī)勵(lì)磁柜（型號(hào)GL-n）取代原有的舊式工頻變壓器可控硅勵(lì)磁柜（KGLF10）。對(duì)K9701B同一臺(tái)電機(jī)（該電機(jī)型號(hào)TK250-14/1180，額定功率250kW，額定電壓6000V，額定電流29A.），在相同工況下，新型勵(lì)磁柜使用前后，勵(lì)磁柜的運(yùn)行參數(shù)對(duì)比見(jiàn)對(duì)于新型勵(lì)磁柜，年耗電量W新=1.732xV線xI線xcos"X年工作小時(shí)對(duì)于舊式勵(lì)磁柜，年耗電量W舊=1.732xV線xl線xcos"x年工作小時(shí)表1型號(hào)勵(lì)磁電流（A）勵(lì)磁電壓（V）輸入電壓（V）輸入電流運(yùn)行一年可節(jié)電：新一W由此可見(jiàn)，新型高頻開(kāi)關(guān)勵(lì)磁柜的節(jié)電效果非常可觀。另外，新型高頻開(kāi)關(guān)勵(lì)磁柜采用二極管整流、高頻開(kāi)關(guān)調(diào)壓，與采用可控硅整流、調(diào)壓的舊式勵(lì)磁柜相比，大大提高了功率因數(shù)，降低供電電流，減少供電線路的損耗，降低供電線路的投資。由于是二極管整流，大大降低勵(lì)磁柜對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾，凈化電網(wǎng)，這對(duì)容易受干擾的DCS控制系統(tǒng)尤其重要。

　　5結(jié)束語(yǔ)新型高頻開(kāi)關(guān)同步電機(jī)勵(lì)磁柜采用選進(jìn)的大功率高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)及PWM-ZVC、ZCC控制技術(shù)，采用大功率模塊（IGBT）取代可控硅（SCK），采用鐵氧體鐵芯高頻變壓器代替普通硅鋼片工頻變壓器，并采用模塊式結(jié)構(gòu)，控制部分采用全數(shù)字控制器。與舊式勵(lì)磁相比，新型高頻開(kāi)關(guān)勵(lì)磁柜節(jié)能高，穩(wěn)定性好，可靠性高，補(bǔ)償速度快，穩(wěn)壓范圍廣。在我廠安裝使用的第一臺(tái)新型高頻開(kāi)關(guān)勵(lì)磁柜己穩(wěn)定運(yùn)行3年多，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。該新型勵(lì)磁柜己在我廠推廣使用，必將取得更大經(jīng)濟(jì)效益。