摘  要：本文闡述了擠出機變頻器改造項目中方案論證過程，說明了改造過程中的注意事項。 
　　關(guān)鍵詞：中壓變頻器；IGCT
　　 
　　1 引言
　　廠內(nèi)原有擠出機變頻器為上世紀(jì)九十年代中期ABB公司生產(chǎn)的MAGASTAR系列產(chǎn)品，此變頻器目前已無法購到備件，加之在十多年的運行中設(shè)備老化，多次出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)及控制部分故障，因此決定對此變頻器進行更新改造。 
　　不像是低壓變頻器，無論哪種產(chǎn)品，它們的主電路形式基本相同，而中、高壓變頻器到目前為止，還沒有近乎統(tǒng)一的拓撲結(jié)構(gòu)。于是我們分別與ABB公司、羅克韋爾（AB）公司和SIEMENS公司針對這一中壓變頻器更新改造項目進行了詳細的技術(shù)交流。
　　2 方案論證
　　ABB公司在方案中選用的是ACS 1000變頻器，其主要功率元件采用的是IGCT（集成門極換流晶閘管）；AB公司在方案中選用的是Powerflex 7000變頻器，其主要功率元件采用的是SGCT（對稱門極換流晶閘管）；SIEMENS公司所做的兩個方案（羅賓康和GM-150）在變頻器中主要功率元件均采用的是IGBT（絕緣柵雙極晶體管），其中羅賓康系列采用的是低壓IGBT串聯(lián)技術(shù)，而GM-150系列采用的是高壓IGBT技術(shù)。
　　IGBT是上世紀(jì)80年代問世的產(chǎn)品，對低壓IGBT來講，高壓IGBT串聯(lián)的數(shù)量相對少一些，但導(dǎo)電損耗卻更高；而IGCT是1996年問世的新型半導(dǎo)體器件，客觀存在不僅有與GTO相同的高阻斷能力和低通態(tài)壓降，而且有與IGBT相同的開關(guān)性能。相同電壓等級的變頻器采用IGCT的數(shù)量只是低壓IGBT的五分之一，并且由于IGCT損耗很小，所需的冷卻裝置較小，因而內(nèi)在的可靠性更高，更少的元件意味著更小的體積，因此，使用IGCT的變頻器比使用IGBT的變頻器簡潔、可靠性高。
　　SGCT與IGCT相比，兩者的特性相似，不同之處只是SGCT可雙向控制電壓。ABB公司的IGCT與AB公司的SGCT均為本公司所研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品， SIEMENS公司自己不生產(chǎn)IGCT或SGCT，他們在大功率中高壓變頻中使用的是外購的IGCT，而在相對來說功率較小一些的中壓變頻器中采用的是低壓或高壓IGBT。 
　　另外，ABB生產(chǎn)的ACS 1000變頻器是電壓源型，AB公司生產(chǎn)的Powerflex 7000變頻器是電流源型。電壓型逆變器的輸出動態(tài)阻抗小，對電力電子器件的耐壓要求較低，但當(dāng)負載出現(xiàn)短路或在變頻器運行狀態(tài)下投入負載，都易出現(xiàn)過電流，必須在極短的時間內(nèi)施加保護措施。電流型逆變器的情況則相反，輸出動態(tài)阻抗大，對器件的耐壓要求較高，但因有大電感，可限制短路電流，易采取過流保護措施。不過，電流型變頻器由于電源側(cè)采用三相橋式晶閘管可控整流電路，輸入功率因數(shù)低，且隨轉(zhuǎn)速降低而降低；輸入電流諧波大；還會產(chǎn)生較大的共模電壓，施加到電動機定子繞組中心點和地之間，影響電動機絕緣。另外，對電網(wǎng)電壓波動也較為敏感。
　　此次改造中為了節(jié)約成本，電動機及電源斷路器等設(shè)備不進行更新，綜合上述各方面因素，我們最終采用了ABB公司的ACS 1000中壓變頻器。針對原有MAGASTAR變頻器的的改造，其具有以下幾方面的優(yōu)勢：
　　ACS1000中壓變頻器對電機和電機電纜無特殊要求，也無需電機降容使用，完全適用原有電機；
　　ACS1000采用了功率器件IGCT，與原有MAGASTAR產(chǎn)品中采用的GTO相比，開關(guān)快速、均衡換流，內(nèi)在低損耗， ACS1000是電壓源型變頻器，直接采用IGCT高壓功率器件，與其它拓補結(jié)構(gòu)的變頻器相比，大大減少了功率器件數(shù)量，結(jié)構(gòu)更簡單，效率更高，可靠性也高了許多。主回路原理圖如下圖所示。

ACS1000的直流回路采用IGCT代替熔斷器作為變頻器主回路的保護，IGCT分斷時間是25μs，比傳統(tǒng)的熔斷器快1000倍，大大提高了關(guān)斷速度，從而提高了保護的可靠性。 
　　ACS1000還采用了直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）技術(shù), 不需要在電機軸上安裝脈沖編碼器而具有精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，DTC能在零轉(zhuǎn)速時輸出滿轉(zhuǎn)矩。在DTC中，定子磁通和轉(zhuǎn)矩作為主要控制變量，通過高速的數(shù)字信號處理器，將電機運行實際值與參考值不斷的進行比較，實現(xiàn)對逆變器中的每個開關(guān)狀態(tài)進行分別確定，這樣傳動裝置始終處于最佳開關(guān)組合，從而對負載突變或電源干擾所引起的動態(tài)變化作出快速的響應(yīng)。 更適合原有電動機不更換這一方案。
　　ACS1000變頻器使用的軟件工具包括Drivesbbbbbb軟件和DrivesSupport軟件，這些軟件工具在線工作，能夠進行起動和維護操作。Drivesbbbbbb軟件用來調(diào)試和維護變頻器，目標(biāo)傳動在初始化過程中自動識別。Drivesbbbbbb是ACS系列產(chǎn)品的通用軟件，窗口環(huán)境和用戶友好的人機界面使該軟件容易學(xué)會和使用。所具備的硬件和軟件保護特性可以有效地保護變頻器免受非正常的操作和設(shè)備誤動作所造成的故障和損壞。同時，更加方便用戶進行設(shè)備故障分析及處理。
　　3 此方案中需注意的問題
　　因功率元件IGCT與GTO相比，開關(guān)頻率要高出十幾倍甚至幾十倍，因此，如果原隔離變壓器至變頻器的電源電纜不是屏蔽電纜，則需更換為三芯屏蔽電纜。
　　為了獲得12脈波整流，隔離變壓器兩個副邊繞組之間保持30°的相位差，接線時，一個繞組為星形接法，另一個繞組為角形接法。
　　因此次改造變頻器的功率為1500KVA，所以冷卻方式采用的是風(fēng)冷。風(fēng)冷系統(tǒng)靠外風(fēng)循環(huán)，對室內(nèi)環(huán)境要求嚴(yán)格，需在室內(nèi)安裝空調(diào)設(shè)備。
　　ACS1000的控制電源為單相AC 220V，50HZ，需來自于用戶的UPS，用戶需提供滿足要求的UPS電源。
　　結(jié)束語
　　中、高壓變頻器在我國經(jīng)歷了一個逐漸發(fā)展的過程，認識的程度也將隨著生產(chǎn)需要和實際應(yīng)用得到不斷提高。ABB公司的ACS1000變頻器已經(jīng)不斷地把他的獨特設(shè)計和先進性能帶到我們的生產(chǎn)中，尤其是為石油化工企業(yè)在5000kW以下大功率中、高壓變頻器的采用方面積累了寶貴的經(jīng)驗。ACS1000變頻器在大型石油化工企業(yè)乙丙橡膠、ABS等生產(chǎn)中，可得到廣泛應(yīng)用。