IGCT变频电源及其特点

    ACS1000是ABB推出的最新一代高压变频电源。驱动功率范围315~5000kW，电压等级有2.3、3.3kV和4.16kV，12脉冲和18脉冲两种类型。它采用新型半导体开关器件——集成门极换流晶闸管IGCT，功率输出回路不串联，省却了复杂的串、并联输出回路及相关的保护电路，元器件少，提高了可靠性，并防止了由于半导体器件使用过程中性能漂移而必须的保护电路元件的备品更换，图2-16为IGCT变频电源电路结构图。

    图2-16    IGCT变频器电路结构图

    输入整流桥向直流母排提供直流电压和电流，它们以串联方式连接，其电压是叠加的。对应于交流输出电压2.3、3.3、4.0kV的直流母排电压分别为3400、4880、5950V。由于串联连接，所有直流母线的电流均流过两组整流桥。输入整流桥由与变压器一次侧相串联的主断路器来保护。

    直流母排中的IGCT与输入整流桥的正端和负端串联，起预充电和保护作用。在通电的初始阶段，IGCT呈截止状态，电容器通过预充电电阻充电。一旦直流电压上升至其最终值的79%，IGCT进入导通状态，成为输入整流桥和直流母线排的主连接通道，一旦出现输出电流故障，IGCT马上截止以防整流桥故障。IGCT的快速关断能力(大约1μS)使变频电源具有非常优越的无熔丝故障保护功能。

    由IGCT构成的变频电源中有两个电抗器，用来限制输入到逆变器电路中相应的上、下两部分电流的上升率，以防止IGCT承受过高的di/dt。当直连接在直流母排上的一个IGCT导通时，从直流母排上吸收的电流迅速增加，在很短时间内（几微秒），电抗器产生一个反电动势阻止电流的增大，从而有效地抑制di/dt。与每一个电抗器相关的二极管、电阻和电容器组将电抗器在上述过程中储存的能量释放掉，防止逆变器中IGCT关断时过高的电压加到IGCT上。

   ICCT是变频电源的心脏，它以脉宽调制(PWM)方式控制输入频率和输出电压的幅值，由于ACS1000采用了直接转矩控制(DTC)技术，不需要特殊的脉宽调制器。在逆变器中有三个电位：直流母排正电位、中性点N和直流母排负电位。在逆变器工作的某一时间，每一桥臂上中间的两个IGCT会产生中性点钳位作用。

    逆变器的输出直接接到一组低通LC正弦波滤波器上，该滤波器对逆变器输出进行滤波并消除高频电压成分，大大减小了加到电动机的电压谐波含量，可以使用普通电动机。du/dt的影响也大大削弱，电动机出线端的电压振荡得到消除。LC滤波器中的电容器为Y接，公共点接地，可以有效地使逆变器正常工作时产生的共模电压与电动机隔离，可有效的解决由共模电压的快速变化而引起的电动机高频轴电流问题。

   ACS1000变频电源具有独特的电动机辨识(ID)功能，以寻找最优的电动机控制策略。电动机辨识(ID)功能作为常规调试的一部分，将电动机的基本数据输入到变频电源之后，以手动方式起动电动机ID识别运行，ID识别运行期间，变频电源通过监测电动机对所施加的电源的响应建立精确的电动机模型，确定电动机定子与励磁电抗以及定子电阻R，并考虑电动机的饱和效应，以及计算定子磁通、实时力矩、轴转速。DTC控制器就是利用这个模型精确地扩展变频电源和电动机的运行。图2-17为直接转矩控制原理结构框图。

    图2-17    直接转矩控制原理框图

    检测电路检测电动机的两个相电流和中间直流电压及开关位置状态。因此可以通过准确的电动机数学模型来计算实时定子磁通、转矩与轴的转速，将计算出的上述实时值与给定值进行比较，并通过调节器的调节就可以通过最佳开关逻辑分别控制电机的磁通、转矩、轴的转速。

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