摘 要：介紹IGCF-PWM變頻器在高速線材軋機的成功應(yīng)用及調(diào)試經(jīng)驗和維護,。該變頻器以IGCT大功率器件作為逆變開關(guān)，并采用單片機和PLC控制,，具有完善的故障自診斷功能,。
關(guān)鍵詞：IGCF；變頻器,；軋鋼
0 引言
近年來,，中壓大功率調(diào)速領(lǐng)域采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)已成發(fā)展趨勢。中壓變頻技術(shù)的迅速發(fā)展是建立在電力電子技術(shù)的創(chuàng)新,、電力電子器件及材料的開發(fā)和器件制造工藝水平提高的基礎(chǔ)上,，尤其是高壓大容量GTO、IGBT,、Ia 器件的成功開發(fā),，促進了中壓大功率變頻技術(shù)的迅速發(fā)展，技術(shù)性能日益完善,。在吸取晶閘管（SCR）和GTO發(fā)展經(jīng)驗基礎(chǔ)上,，研制開發(fā)出的集成門極換向晶閘管（IGCT）作為一種新型大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，以獨特方式將晶閘管的低通態(tài)壓降,、高阻斷電壓和晶體管穩(wěn)定的開關(guān)特性融于一體,，其應(yīng)用將有利于變流裝置在功率,、可靠性、開關(guān)速度,、轉(zhuǎn)換效率,、成本諸方面的進一步改進，給變流器性能帶來新的飛躍,。于2001年投產(chǎn)的杭鋼高速線材有限公司,，其NTM及RSM 軋機變頻器采用GE公司的INNO．VAT10N MEDIUM VOLT．AGE DRIVE，其功率元件采用IGCF,，所拖動的電機功翠分別達到5000kw 和3200kw,。經(jīng)過一段時間的使用，證明其性能優(yōu)良,，安全可靠,，取得了良好的使用效果，充分顯示IGCF的成熟,、可靠和作為新一代電力電子器件的先進性,。
1 電機及變頻柜主要技術(shù)數(shù)據(jù)
NTM為高線項目中的無扭軋機，其主要電機的參數(shù)如下：
功率5000l W
基速850r／min 電流1006A
電壓等級3300V
頻率28．33Hz
有效系數(shù)96．1％ 功率因素0．905
服務(wù)系數(shù)1．32I
恒力矩區(qū)0～850r／min
恒功率區(qū)850～1570r／min
直流源：
斬波頻率750Hz
操作頻率50Hz
持續(xù)運轉(zhuǎn)額定電流1041A
頻繁啟動150％,，60s
變頻器：
斬波頻率750Hz
最大運行頻率60Hz
持續(xù)運轉(zhuǎn)額定電流806A
頻繁啟動150％,，60s
2 IGCT的工作原理與強驅(qū)動
GCT與其它開關(guān)一樣，有導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)態(tài)和關(guān)斷開通兩種暫態(tài),。開通時門極施以正強電壓初瞬,，GCT處于NPN晶體管狀態(tài)，這時晶體管作用大于晶閘管作用,。轉(zhuǎn)入導(dǎo)通后,，GCT仍可用兩正反饋的晶體管等效，強烈的正反饋使兩晶體管都飽和導(dǎo)通,，等效電路如圖1（a）所示,。當GCT處于阻斷狀態(tài)時，它的門一陰極結(jié)反偏,，其等效電路如圖1（c）所示,。這兩圖也可代表GTO的導(dǎo)通截止，而GCT,、GTO的關(guān)斷過程卻有本質(zhì)不同：能瞬時無中間區(qū)由圖1（a）直接到圖1（C）,，而GTO則必經(jīng)中間區(qū)如圖1（b）。該區(qū)的電壓重加dU／dt使最大可關(guān)斷電流下降,，瞬時關(guān)斷能耗增大而在尾部時間損壞GTO,，故需設(shè)置龐大的dU／dt緩沖器。GCF無中間區(qū)無緩沖關(guān)斷的機理在于,，強關(guān)斷時可使它的陰極注入瞬時停止,，不參予以后過程,，改變器件在雙極晶體管模式下關(guān)斷，前提是在P基N發(fā)射結(jié)外施很高負電壓,，使陽極電流很快由陰極轉(zhuǎn)移（或換向）至門極（f-I極換向晶閘管即由此得名）,，不活躍的NPN管一停止注入，PNP管即因無基極電流容易關(guān)斷,。 GCT成為PNP管早于它承受全阻斷電壓的時間,，而GTO卻是在SCR狀態(tài)下承受全阻斷電壓的。所以GCT可象IGBT無緩沖運行,，無二次擊穿,，拖尾電流雖大但時間很短。為便于了解關(guān)斷過程,，現(xiàn)將關(guān)斷波形示于圖2,。綜上所述，在合適的門極強驅(qū)動下,，GCT開通初瞬處于NPN晶體管狀態(tài),；導(dǎo)通時為晶閘管狀態(tài)；關(guān)斷瞬間和截止狀態(tài)均為PNP晶體管狀態(tài),。
強驅(qū)動是GCT成為新器件的關(guān)鍵,。其實使普通強驅(qū)動也能使其性能明顯改善。由于強驅(qū)動使開通和存儲時間大大減少,；在全部運行范圍內(nèi)都能均勻一致地開關(guān)且無需緩沖器，易于串并聯(lián),；強驅(qū)動是指器件開和關(guān)時,，門極驅(qū)動電壓和電矩形安全工作區(qū)幾乎達硅片的雪崩極限；強驅(qū)動連同緩沖層透明陽極還使門極關(guān)斷電荷銳減,，門極驅(qū)動功率驟降,，門極單元尺寸縮為GTO的一半，強驅(qū)動是重大突破,。
強驅(qū)動是指器件開和關(guān)時,，門極驅(qū)動電壓和電流有適當高的幅值和上升率。如為了加快從門極抽出基區(qū)存儲電荷的過程,，門極負電壓應(yīng)有接近門一陰結(jié)雪崩擊穿電壓值,；為了減少存儲時間和存儲功耗，就要提高門極負向電流上升率達4～6kA／ms,，門極電流脈沖幅值也要達到陽極關(guān)斷電流,。只有這樣，方能保證互聯(lián)晶體管在管熄滅后自動關(guān)斷,，即器件開始承受全阻電壓前,，全部陽極電流在lms內(nèi)換向至門極,，這就要大大限制全部門極回路的總電感。如要關(guān)斷4000A電流,，門極電壓為不致雪崩擊穿的20V,，其門極驅(qū)動最大總電感應(yīng)為上，S
3 INNOVATION MEDIUM VOLTRAGE DRIVE結(jié)構(gòu)及其原理
INNOVATION MEDIUM VOLTRAGE DRIVE為GE公司推出的新一代中壓變頻傳動柜,。從圖3可以看出,，它采用交一直一交變頻方式。關(guān)鍵IGCW組件系A(chǔ)BB公司出品,。A,、B均采用與低壓傳動系列相同的硬件，具有良好的通用性,。C和D同樣采用12個IGCW組件,。控制器與IGCW組件的通訊采用光纖,，有效地防止了高頻干擾,。整個系統(tǒng)采用去離子水進行冷卻，冷卻效率高,，有效保證系統(tǒng)處于正常溫度內(nèi),。當系統(tǒng)準備運行時，首先在直流源控制器控制下,，對直流母排進行充電,，達到一定的電壓后，將高壓開關(guān)柜E閉合,，直流源開始工作,，提供穩(wěn)定的直流電壓源。數(shù)秒鐘后逆變器開始工作,，處于待運行狀態(tài),。傳動系統(tǒng)通過ISBUS網(wǎng)絡(luò)接受來自PLC的指令并按要求運行。其主回路如圖4所示,。三電平橋堆拓撲結(jié)構(gòu)同時用于直流源和逆變器,。
以下為該傳動柜的技術(shù)參數(shù)：
輸出電壓／電流0～3000V，0～1750A,，無過
載持續(xù)工作@額定負載
效率98％
總諧波失真≤11％@lkHz開關(guān)頻率
換流方式電壓源,，三電平，中點嵌位
變頻方式PWM
輸出頻率0～90Hz
電力半導(dǎo)體技術(shù)IGCT
4 調(diào)試經(jīng)驗及運行
兩個傳動柜自2001年3月開始調(diào)試，歷時兩個月,。調(diào)試中遇到的問題及注意事項總結(jié)如下,。
1）IGCT元件在裝配時，要注意元件間的壓力,，不可過松也不可過緊,，一般在元件的頂端有個力矩彈簧，確保受力均勻,。
2）由于柜子容量大,，會引起電網(wǎng)功率因素上升，甚至?xí)a(chǎn)生過補現(xiàn)象,，在調(diào)試時要注意電網(wǎng)功率因素的波動,，適時調(diào)整無功成分量。
3）柜子容量大,，采用水冷,，要注意阻值的變化。
4）調(diào)試中由于慣量的變化,，會引起機械噪聲,，
5）如有以下故障要立即進行定位跟蹤，確認出現(xiàn)故障后,，要用調(diào)試工具進行分析,、推理，找出故障原因并顯示結(jié)果,，然后根據(jù)故障嚴重程度,，決定是否停機或調(diào)整系統(tǒng)控制參數(shù)。常見故障：缺相,，單相接地,，IGCT無法開通，各種電壓電流傳感器故障,，控制器故障等。
