摘 要： 將斬波" title="斬波">斬波串級(jí)調(diào)速方案應(yīng)用于改造繞線式異步電機(jī)的礦井提升機(jī)" title="礦井提升機(jī)">礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)，不僅克服了有級(jí)調(diào)速的缺點(diǎn)，而且采用閉環(huán)控制，使調(diào)速性能大大改善，逆變器的容量大為減小，大大改善電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的功率因數(shù)" title="功率因數(shù)">功率因數(shù)。
關(guān)鍵詞： IGCT；斬波串調(diào)；繞線異步電動(dòng)機(jī)
The Application of IGCT to Chop-wave Cascade
Speed-regulation System of Mine Hoist
Abstract： This paper presents the use of chop—wave cascade speed—regulation system to the transformation of minehoist electric control system of wound asynchronous motor which not only overcomes the disadvantages of step··speed·-regu lation，but also improves the perform ance of speed regulation with close—loop contro1．the capacity of inverter isdecreased and the power factor of motor driving system is improved．
Keywords： IGCT；chop一wave cascade speed—regu lation；wound asynchronous motor
1 前言
傳統(tǒng)的串調(diào)系統(tǒng)效率雖高，但功率因數(shù)很低，高速滿載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)約在0．6左右，低速時(shí)情況更差。為了提高串調(diào)系統(tǒng)功率因數(shù)和效率。本文提出新型斬波串級(jí)調(diào)速方案，在轉(zhuǎn)子直流回路中加入直流斬波器，轉(zhuǎn)子整流器通過(guò)斬波器與逆變器相連接。逆變器的控制角可取為較小值，且固定不變，故可降低無(wú)功損耗，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。逆變器回饋的功率是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率，而提升機(jī)只在加速段、減速段、爬行段才有轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)。由于電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)間短，故逆變器的容量約為電動(dòng)機(jī)容量的60％，所節(jié)約的電費(fèi)足以抵償斬波器的成本，而且更重要的是能夠大大改善功率因數(shù)。
由于提升機(jī)使用高壓（6OOO V）交流電動(dòng)機(jī)，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有合適的大功率全控器件，因此選用ABB公司的集成門極換向晶閘管IGCT。
2 斬波串調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在利用整流橋和IGCT構(gòu)成直流斬波電路連續(xù)無(wú)級(jí)改變電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)采用電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器，外環(huán)采用速度調(diào)節(jié)器，并利用仿真整定參數(shù)。斬波式串調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示。繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)整流后與三相橋式晶閘管逆變器相聯(lián)，V管并聯(lián)于逆變橋直流側(cè)，通過(guò)控制IGCT的導(dǎo)通" title="導(dǎo)通">導(dǎo)通時(shí)刻來(lái)改變逆變電壓。整流器為二極管整流橋，逆變器始終工作在最小逆變角狀態(tài)，直流斬波器由集成門極換向晶閘管IGCT構(gòu)成。
3 IGCT工作原理及門極驅(qū)動(dòng)電路
（1）工作原理
鑒于礦井提升機(jī)頻繁加、減速；由機(jī)容量800—20oOkw，轉(zhuǎn)子電流達(dá)2000A，轉(zhuǎn)子電壓達(dá)1000V。為此對(duì)于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件要求工作電壓高、開(kāi)關(guān)電流大、開(kāi)關(guān)頻率高及通態(tài)損耗低。
IGCT（集成門極換向晶閘管）的工作電壓高、可關(guān)斷" title="關(guān)斷">關(guān)斷的電流大，單管可控制功率大，適合礦井提升機(jī)的要求。另外，新型的IGCT器件開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)到1 KHz，通態(tài)損耗低，IGCT能夠滿足礦井提升機(jī)斬波串調(diào)系統(tǒng)的要求。
IGCT由集成門極驅(qū)動(dòng)電路和GCT組成，其導(dǎo)通與普通GTO一樣，由于兩晶體管中每一管的集電極電流同時(shí)就是另一管的基極電流，故形成強(qiáng)烈正反饋而使兩者飽和導(dǎo)通，因而具有攜帶電流能力強(qiáng)和通態(tài)壓降低的特點(diǎn)；關(guān)斷狀態(tài)下，GCT門極-陰極PN結(jié)提前進(jìn)入反向偏置，并有效地退出工作，整個(gè)器件呈晶體管方式工作，因此，在IGCT關(guān)斷以前，已從晶閘管結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為晶體管結(jié)構(gòu)。
當(dāng)門極電壓反偏時(shí)，阻止陰極注入電流，全部陽(yáng)極電流瞬間（1Ixs）強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為門極電流，像一個(gè)失去陰極正反饋?zhàn)饔玫膎un晶體管，陽(yáng)極電流從門極均勻流出，即瞬間從導(dǎo)通態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄鄳B(tài)（而GTO在導(dǎo)通態(tài)和阻斷態(tài)之間有一個(gè)過(guò)渡態(tài)）。若想去掉過(guò)渡的GTO區(qū)而關(guān)斷，或者說(shuō)使器件在晶體管模式下關(guān)斷，則需在P基n發(fā)射結(jié)外施很高的負(fù)電壓，使陽(yáng)極電流很快由陰極轉(zhuǎn)移（或換向）至門極（門極換向晶閘管即由此得名），也就是在陽(yáng)極pnp晶體管實(shí)現(xiàn)前，陰極的nun晶體管已停止發(fā)射。綜上所述，GCT開(kāi)通瞬時(shí)處于nun晶體管狀態(tài)；導(dǎo)通時(shí)為晶閘管狀態(tài)；關(guān)斷瞬間處于pnp晶體管狀態(tài)；截止時(shí)也為pnp晶體管狀態(tài)。見(jiàn)圖2所示。
（2）IGCT門極驅(qū)動(dòng)電路
門極驅(qū)動(dòng)單元方框圖如圖3所示。新型門極驅(qū)動(dòng)單元采用20～40VAC電源，在電源投入時(shí)有9A電流限制（約150ms時(shí)間）。舊型號(hào)門極驅(qū)動(dòng)采用20—40VDC，無(wú)電源投入電流限制。
4 結(jié)語(yǔ)
IGCT集GTO技術(shù)與現(xiàn)代功率晶體管IGBT的優(yōu)點(diǎn)，具有高電壓、大功率、低通態(tài)及開(kāi)關(guān)損耗，無(wú)吸收電路，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，適應(yīng)高壓大電流的電力設(shè)備的技術(shù)要求，不僅改善系統(tǒng)調(diào)速性能，而且線路簡(jiǎn)單，控制方便，必將成為電力設(shè)備應(yīng)用的主流。
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