摘 要： 将斩波串级调速方案应用于改造绕线式异步电机的矿井提升机电控系统，不仅克服了有级调速的缺点，而且采用闭环控制，使调速性能大大改善，逆变器的容量大为减小，大大改善电机拖动系统的功率因数。
关键词： IGCT；斩波串调；绕线异步电动机
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
传统的串调系统效率虽高，但功率因数很低，高速满载运转时约在0．6左右，低速时情况更差。为了提高串调系统功率因数和效率。本文提出新型斩波串级调速方案，在转子直流回路中加入直流斩波器，转子整流器通过斩波器与逆变器相连接。逆变器的控制角可取为较小值，且固定不变，故可降低无功损耗，提高系统的功率因数。逆变器回馈的功率是电动机的转差功率，而提升机只在加速段、减速段、爬行段才有转差功率回馈电网。由于电动机低速运行时间短，故逆变器的容量约为电动机容量的60％，所节约的电费足以抵偿斩波器的成本，而且更重要的是能够大大改善功率因数。
由于提升机使用高压（6OOO V）交流电动机，目前国内还没有合适的大功率全控器件，因此选用ABB公司的集成门极换向晶闸管IGCT。
2 斩波串调系统结构
在利用整流桥和IGCT构成直流斩波电路连续无级改变电机转子回路电阻基础上，设计了双环调速系统，内环采用电流自适应调节器，外环采用速度调节器，并利用仿真整定参数。斩波式串调系统结构见图1所示。绕线式异步电动机转子电压经整流后与三相桥式晶闸管逆变器相联，V管并联于逆变桥直流侧，通过控制IGCT的导通时刻来改变逆变电压。整流器为二极管整流桥，逆变器始终工作在最小逆变角状态，直流斩波器由集成门极换向晶闸管IGCT构成。
3 IGCT工作原理及门极驱动电路
（1）工作原理
鉴于矿井提升机频繁加、减速；由机容量800—20oOkw，转子电流达2000A，转子电压达1000V。为此对于半导体开关器件要求工作电压高、开关电流大、开关频率高及通态损耗低。
IGCT（集成门极换向晶闸管）的工作电压高、可关断的电流大，单管可控制功率大，适合矿井提升机的要求。另外，新型的IGCT器件开关频率可达到1 KHz，通态损耗低，IGCT能够满足矿井提升机斩波串调系统的要求。
IGCT由集成门极驱动电路和GCT组成，其导通与普通GTO一样，由于两晶体管中每一管的集电极电流同时就是另一管的基极电流，故形成强烈正反馈而使两者饱和导通，因而具有携带电流能力强和通态压降低的特点；关断状态下，GCT门极-阴极PN结提前进入反向偏置，并有效地退出工作，整个器件呈晶体管方式工作，因此，在IGCT关断以前，已从晶闸管结构转换为晶体管结构。
当门极电压反偏时，阻止阴极注入电流，全部阳极电流瞬间（1Ixs）强制转化为门极电流，像一个失去阴极正反馈作用的nun晶体管，阳极电流从门极均匀流出，即瞬间从导通态转变为阻断态（而GTO在导通态和阻断态之间有一个过渡态）。若想去掉过渡的GTO区而关断，或者说使器件在晶体管模式下关断，则需在P基n发射结外施很高的负电压，使阳极电流很快由阴极转移（或换向）至门极（门极换向晶闸管即由此得名），也就是在阳极pnp晶体管实现前，阴极的nun晶体管已停止发射。综上所述，GCT开通瞬时处于nun晶体管状态；导通时为晶闸管状态；关断瞬间处于pnp晶体管状态；截止时也为pnp晶体管状态。见图2所示。
（2）IGCT门极驱动电路
门极驱动单元方框图如图3所示。新型门极驱动单元采用20～40VAC电源，在电源投入时有9A电流限制（约150ms时间）。旧型号门极驱动采用20—40VDC，无电源投入电流限制。
4 结语
IGCT集GTO技术与现代功率晶体管IGBT的优点，具有高电压、大功率、低通态及开关损耗，无吸收电路，抗干扰能力强，工作稳定可靠，结构紧凑等特点，适应高压大电流的电力设备的技术要求，不仅改善系统调速性能，而且线路简单，控制方便，必将成为电力设备应用的主流。
参考文献：
[1] B．bdegard．R．Ernst，Applying IGCT’s，ABB Application Note5SYA 2031-01．2002（12）
[2] 李洪剑，王志强，余世科．IGCT及IGCT变频器[J]．半导体技术，2004（5）