IGCT变频器在矿井提升机调速系统上的应用
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近几年来，随着一种新型电力电子器件——集成门极换向晶闸管IGCT 的成功应用，由于其高电压、大电流，较小的开关损耗，较快的开关速度等优点，被瑞士ABB公司应用于大功率交一直一交变频调速系统ACS6000SD中。IGCT 的主要技术指标为：瞬时开关频率2O kHz，开关关断时问 1μs，di／dt为4 kA／μs，dr／dt为1O～20 kV／μs，交流阻断电压6 kV，直流阻断电压3．9 kV。 1 IGCT逆变器工作原理 1．1 IGCT结构 IGCT结构如图1所示，该图左侧是GCT（门极换流晶闸管），右侧是反并联的二极管。IGCT是在GTO的基础上研制出来的改良器件，是由GCT和硬门极驱动电路集成而来的。GCT与GTO有着类似的3端4层结构，与GTO有重要差别的是GCT芯片利用缓冲层技术，采用透明阳极发射技术的IGCT阳极很薄，且为弱掺杂，硅片厚度更薄，可大大降低导通和开关损耗。GCT内部由上百甚至上千只小GCT元件组成，它们的阳极公用，而阴极、门极则分别并联在一起，其目的就是利用门极实现器件关断。 
ACSC6000SD系统的IGCT驱动电路触发功率小，把触发及状态监视电路和IGCT管芯做成一个整体，通过两根光纤输入触发信号，输出工作状态信号。IGCT与门极驱动器相距很近（间距15 cm），使IGCT结构更加紧凑和坚固，并可使门极电路的电感进一步减小，降低了门极驱动电的成本和效率。门极驱动电路需要20～24 V的直流电源。驱动板设有单独的开通电路和关断电路。逻辑监控电路对IGCT 的状态进行监控，假如功率开关器件损坏，通过驱动板上的发光二极管显示，若驱动电源有故障，也通过不同的发光二极管显示。若电路正常，通过光纤给出高电平，IGCT导通，给出低电平，IGCT关断。 IGCT利用门极脉冲开通，导通机理及结构与GTO完全一样，但关断机理与GTO完全不同。当GCT工作在导通状态时，是一个像晶闸管一样的正反馈开关，其特点是携带电流能力强和通态压降低。在关断时，GCT能瞬间从导通状态转到阻断状态，阳极电压一旦建立GCT 门一阴极PN结提前进入反向偏置，电子便能通过发射极排出，部分电子在金属电极界面处复合，而不注人空穴，此时无需采用阳极短路就可限制PNP晶体管的发射效率和增益，拖尾电流虽然大但时间短（表1为GTO和IGCT的性能比较），从而大大提高了门极触发灵敏度，缩短了关断时间，提高了关断速度，兼顾了晶体管稳定关断能力和晶闸管的低通态损耗的优点，降低了关断损耗，并有效地退出工作，整个器件呈晶体管方式工作。 
1．2 IGCT逆变器 IGCT逆变器的拓朴结构为三相三电平，共包括12个带组合二极管的IGCT模块，每相由4只IGCT，8只二极管组成，其中钳位二极管2只，中点二极管2只，反馈二极管4只。由这些器件组成一个三电平逆变器如图2所示。 
以A相为例，定义电流由逆变器流向电机方向为正方向。给VT1m，VT1A导通触发脉冲时，假如电流为正方向，则P点电流流过主管VT1m，VT1A，输出端电位等同于P点电位；若电流为反方向，流过续流二极管VD1m，VD1A，电流注入P点，输出端电位仍等同于P点电位。给VT1A，VT4A一导通触发脉冲时，假如电流为正方向，则0‘点电流流过二极管VD1、主管VT1A，输出端电位等同于0‘点电位；若电流为反方向，电流流过主管VT4A，二极管VI4，注入O‘点，输出端电位仍等同于O‘点电位。给VT4A，VT4M导通触发脉冲时，假如电流为正方向，则N点电流流过续流二极管 VD4A，VD4m，输出端电位等同于N点电位；若电流为反方向，电流流过主管VT4A，VT4m，注入N点，输出端电位仍等同于N点电位。 由此可见，每相桥臂的4个IGCT有3种不同的通断组合，对应3种不同的输出电位。设VT1m与VT1A。导通为模式1接通P，输出电压+Ud／2；VT1A与VT4A接导通模式2接通0’，输出电压为0；VT4A与VT4m导通为模式3接通N，输出电压为一Ud／2。 [1] [2] 下一页
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