摘 要：文章簡(jiǎn)要敘述了本鋼170o熱軋機(jī)組主傳動(dòng)采用的美國(guó)GEInnovationDrive系列高壓大功率交一直一交變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)，定性地介紹了本系統(tǒng)采用的三電平PWM變頻調(diào)速的基本原理和組成以及在本鋼1700熱軋機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：三電平；IGCT；矢量控制

Application of the Frequency M odulation Technology with IGCT AC ——DC ——AC to 1700 Hot Rolling Unit

[b] Abstract[/b]：The paper deals with the high voltage and large power frequency modulation system of U、S．Innovation Drive Series and usedto the 1700 hot rolling unit，and briefly introduces the principle and composition of speed regulator with three level frequency modula—tion，as wel as its application to the 1700 hot roling unit． Key words：Three level；IGCT；Vector control 　　文章介紹了美國(guó)通用電氣公司（GE）開(kāi)發(fā)的InnovationDrive系列高壓大功率交一直一交IGCT變頻調(diào)速裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)該技術(shù)在本鋼1700熱軋機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用效果以及系統(tǒng)存在的不足予以分析和闡述。 [b]1 IGCT變頻調(diào)速裝置的系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用 1．1 主傳動(dòng)IGCT變頻控制系統(tǒng)構(gòu)成及原理[/b] 　　　　主傳動(dòng)IGCT變頻控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。它包括：（1）IGCT變換器（主回路），它由整流器回路（SDVRCE CON—VERTER）和逆變回路（LOAD INVERTER）組成；（2）預(yù)充電回路（LINK CAP CHARGER）；（3）短路電阻回路（CROWBAR）；（4）數(shù)字邏輯控制器；（5）勵(lì)磁變換器盤(pán)；（6）純水冷卻裝置。變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變電機(jī)頻率和電壓來(lái)達(dá)到電機(jī)調(diào)速目的的技術(shù)，它的原理為三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式： n=n1（1一s）=60f（1一s）／p （1） 式中：n一電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r／min），n1一同步轉(zhuǎn)速（r／min），p一磁極對(duì)數(shù)，s一轉(zhuǎn)差率，f一頻率（Hz） 　　由轉(zhuǎn)速公式（1）可知，可以通過(guò)改變極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的調(diào)速。前兩種方法轉(zhuǎn)差損耗大，效率低，對(duì)電機(jī)特性都有一定的局限性。變頻調(diào)速是通過(guò)改變定子電源頻率來(lái)改變同步頻率實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的。在調(diào)速的整個(gè)過(guò)程中，從高速到低速可以保持有限的轉(zhuǎn)差率，因而具有高效、調(diào)速范圍寬（10％ 一100％）和精度高等性能，節(jié)電效果2O％ 一3O％ 。 　　實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。因?yàn)橛僧惒诫姍C(jī)的電勢(shì)公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即： U∝E=C1Fφ （2） 式（2）中，C 為常數(shù)，因此有： Φ∝E/f≈U/f （3） 　　若外加電壓不變，則磁通 隨頻率而改變，如頻率f下降，磁通 會(huì)增加，造成磁路過(guò)飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過(guò)熱，顯然這是不允許的。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓，這就要求頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。此外，在許多場(chǎng)合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，需要維持磁通不變，這可由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速（VVVF），簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速。 1．2 菱形三電平PWM調(diào)制技術(shù)特點(diǎn) 　　三級(jí)型主回路每相橋臂由四個(gè)IGCT開(kāi)關(guān)器件，S1一S2四個(gè)續(xù)流二極管D1一D4和兩個(gè)中點(diǎn)鉗位二極管D5一D6構(gòu)成，如圖2所示。 　　通過(guò)控制該橋臂中心功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷，可以得到三個(gè)電平輸出如下表所示 　　這樣由三相橋臂A相、B相、C相的不同開(kāi)關(guān)模式的組合，最終可以得到帶中點(diǎn)鉗位的三級(jí)型逆變器的開(kāi)關(guān)模式，如圖3所示。 　　在這27種開(kāi)關(guān)模式下得到的三相電壓分別對(duì)于四種幅值，12種相位角的19個(gè)獨(dú)立的空間電壓矢量即菱形三級(jí)PWM中的19個(gè)基本電壓矢量。 　　在Innovation series drives系統(tǒng)中，將矢量控制運(yùn)算后的空間電壓矢量通過(guò)離散的方法分成許多時(shí)間段內(nèi)的電壓矢量指令。利用等效方法在19個(gè)基本電壓矢量中選擇與電壓矢量最接近的三個(gè)電壓矢量來(lái)等效即：t=tl+t2+t3 1．3 該技術(shù)在本鋼1700熱軋機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用 　　該裝置采用了世界上最先進(jìn)的大功率電壓型自關(guān)斷功率器件IGCT（Integrated gate—commutaed thyristor），其觸發(fā)回路功率小、能量損耗低。 　　采用菱形三電平PWM調(diào)制技術(shù)，使裝置諧波輸出大為減少，降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和發(fā)熱，尤其改善了電機(jī)低速轉(zhuǎn)速特性。 　　整個(gè)裝置采用全數(shù)字控制，其中整流側(cè)采用鎖相控制技術(shù)和高功率因數(shù)控制，使整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)于供電電網(wǎng)其功率因數(shù)為"1"，逆變側(cè)采用矢量控制技術(shù)，其調(diào)速精度高、響應(yīng)快可為40rad／s。 　　從維修保養(yǎng)上講，由于主回路采用了單元型對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用全數(shù)字控制，使裝置具有運(yùn)行跟蹤記憶的功能，利于設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。 　　該裝置不足之處是所采用的部分電器元件耐壓值較低，實(shí)際運(yùn)行中幾次出現(xiàn)功率橋電壓箝位電路阻容保護(hù)器件燒損問(wèn)題。 　　經(jīng)過(guò)對(duì)該問(wèn)題的專項(xiàng)攻關(guān)，采取全面復(fù)查所有阻容保護(hù)器件、增設(shè)元器件過(guò)溫預(yù)警檢測(cè)、在元件之間加裝高壓絕緣紙?jiān)鰪?qiáng)絕緣能力、定期檢查更換劣化元件的措施，使該問(wèn)題得到較好解決，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性大為提高。 2 結(jié)語(yǔ) 　　通過(guò)實(shí)際應(yīng)用證明，IGCT變頻技術(shù)不僅在技術(shù)上可行，而且實(shí)際效果明顯：既能有效地提高設(shè)備利用率，也能有效降低維護(hù)費(fèi)用。國(guó)外在這方面已有多年成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)此領(lǐng)域在實(shí)際的應(yīng)用中已經(jīng)得到一定成效，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)變頻技術(shù)的需求越來(lái)越迫切。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，將會(huì)有更多的廠家引進(jìn)此設(shè)備，希望本文對(duì)讀者能有一些參考價(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1]原魁，劉偉強(qiáng)．變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005．． [2]馬小亮．大功率交交變頻及矢量控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械S-&出版社，2004． [3]吳守箴，臧英杰．電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械S-&出版，2004、 [4]杜金城．電氣變頻調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002、