摘 要： 將斬波" title="斬波">斬波串級調(diào)速方案應用于改造繞線式異步電機的礦井提升機" title="礦井提升機">礦井提升機電控系統(tǒng)，不僅克服了有級調(diào)速的缺點，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，大大改善電機拖動系統(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)；繞線異步電動機
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，高速滿載運轉(zhuǎn)時約在0．6左右，低速時情況更差。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機的轉(zhuǎn)差功率，而提升機只在加速段、減速段、爬行段才有轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)。由于電動機低速運行時間短，故逆變器的容量約為電動機容量的60％，所節(jié)約的電費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)。
由于提升機使用高壓（6OOO V）交流電動機，目前國內(nèi)還沒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)無級改變電機轉(zhuǎn)子回路電阻基礎(chǔ)上，設(shè)計了雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)采用電流自適應調(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)見圖1所示。繞線式異步電動機轉(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)，通過控制IGCT的導通" title="導通">導通時刻來改變逆變電壓。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)動電路
（1）工作原理
鑒于礦井提升機頻繁加、減速；由機容量800—20oOkw，轉(zhuǎn)子電流達2000A，轉(zhuǎn)子電壓達1000V。為此對于半導體開關(guān)器件要求工作電壓高、開關(guān)電流大、開關(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，適合礦井提升機的要求。另外，新型的IGCT器件開關(guān)頻率可達到1 KHz，通態(tài)損耗低，IGCT能夠滿足礦井提升機斬波串調(diào)系統(tǒng)的要求。
IGCT由集成門極驅(qū)動電路和GCT組成，其導通與普通GTO一樣，由于兩晶體管中每一管的集電極電流同時就是另一管的基極電流，故形成強烈正反饋而使兩者飽和導通，因而具有攜帶電流能力強和通態(tài)壓降低的特點；關(guān)斷狀態(tài)下，GCT門極-陰極PN結(jié)提前進入反向偏置，并有效地退出工作，整個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)。
當門極電壓反偏時，阻止陰極注入電流，全部陽極電流瞬間（1Ixs）強制轉(zhuǎn)化為門極電流，像一個失去陰極正反饋作用的nun晶體管，陽極電流從門極均勻流出，即瞬間從導通態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄鄳B(tài)（而GTO在導通態(tài)和阻斷態(tài)之間有一個過渡態(tài)）。若想去掉過渡的GTO區(qū)而關(guān)斷，或者說使器件在晶體管模式下關(guān)斷，則需在P基n發(fā)射結(jié)外施很高的負電壓，使陽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），也就是在陽極pnp晶體管實現(xiàn)前，陰極的nun晶體管已停止發(fā)射。綜上所述，GCT開通瞬時處于nun晶體管狀態(tài)；導通時為晶閘管狀態(tài)；關(guān)斷瞬間處于pnp晶體管狀態(tài)；截止時也為pnp晶體管狀態(tài)。見圖2所示。
（2）IGCT門極驅(qū)動電路
門極驅(qū)動單元方框圖如圖3所示。新型門極驅(qū)動單元采用20～40VAC電源，在電源投入時有9A電流限制（約150ms時間）。舊型號門極驅(qū)動采用20—40VDC，無電源投入電流限制。
4 結(jié)語
IGCT集GTO技術(shù)與現(xiàn)代功率晶體管IGBT的優(yōu)點，具有高電壓、大功率、低通態(tài)及開關(guān)損耗，無吸收電路，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊等特點，適應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，而且線路簡單，控制方便，必將成為電力設(shè)備應用的主流。
參考文獻：
[1] B．bdegard．R．Ernst，Applying IGCT’s，ABB Application Note5SYA 2031-01．2002（12）
[2] 李洪劍，王志強，余世科．IGCT及IGCT變頻器[J]．半導體技術(shù)，2004（5）
