《電子技術(shù)應用》
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IGCT在礦井提升機斬波串級調(diào)速系統(tǒng)中應用
摘要: 將斬波串級調(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)。
Abstract:
Key words :

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:
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