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。
關鍵詞：中壓變頻器；IGCT
1 引言
廠內原有擠出機變頻器為上世紀九十年代中期ABB公司生產的MAGASTAR系列產品，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)一的拓撲結構。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，而GM-150系列采用的是高壓IGBT技術。
IGBT是上世紀80年代問世的產品，對低壓IGBT來講，高壓IGBT串聯(lián)的數(shù)量相對少一些，但導電損耗卻更高；而IGCT是1996年問世的新型半導體器件，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)生產的產品， SIEMENS公司自己不生產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生產的ACS 1000變頻器是電壓源型，AB公司生產的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，且隨轉速降低而降低；輸入電流諧波大；還會產生較大的共模電壓，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產品中采用的GTO相比，開關快速、均衡換流，內在低損耗， ACS1000是電壓源型變頻器，直接采用IGCT高壓功率器件，與其它拓補結構的變頻器相比，大大減少了功率器件數(shù)量，結構更簡單，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，大大提高了關斷速度，從而提高了保護的可靠性。
ACS1000還采用了直接轉矩控制（DTC）技術, 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矩控制，DTC能在零轉速時輸出滿轉矩。在DTC中，定子磁通和轉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狀態(tài)進行分別確定，這樣傳動裝置始終處于最佳開關組合，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。 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軟件用來調試和維護變頻器，目標傳動在初始化過程中自動識別。Drivesbbbbbb是ACS系列產品的通用軟件，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備誤動作所造成的故障和損壞。同時，更加方便用戶進行設備故障分析及處理。
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冷。風冷系統(tǒng)靠外風循環(huán)，對室內環(huán)境要求嚴格，需在室內安裝空調設備。
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。
結束語
中、高壓變頻器在我國經歷了一個逐漸發(fā)展的過程，認識的程度也將隨著生產需要和實際應用得到不斷提高。ABB公司的ACS1000變頻器已經不斷地把他的獨特設計和先進性能帶到我們的生產中，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驗。ACS1000變頻器在大型石油化工企業(yè)乙丙橡膠、ABS等生產中，可得到廣泛應用。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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