高频逆导斩波内馈产品技术特点

1、采用逆导晶闸管斩波的优势所在
　　无论何种产品，可靠性都是第一位的，斩波技术的实施，同样要以可靠性作为首要条件。首先我们了解一下高压内馈调速所要求的斩波参数，看看目前什么器件能够满足实际需求。
我国的高压异步机最小容量为220KW，工业应用较为普遍的是220--2500KW，根据内馈调速的工作原理，斩波电路的电压通常为1200--3000V，过载能力不小于3倍/5ms；电流则为500--1500A，过载能力不小于2倍/10ms。如果不能满足以上要求，产品的可靠性将会降低。
　　其实，斩波器的工作状态十分简单，那就是开、关工作。因此只要选择控制功率小的半导体器件，都可以方便地实现斩波。问题在于高电压、大电流的斩波器，目前是否有能够可靠地承担开关工作的半导体器件？遗憾的是，迄今为止还没有可靠、经济的器件满足斩波的要求，这就是斩波没有得到推广的根本原因。
要提高斩波工作的可靠性，另外一项重要的技术要求是：斩波器件能够迅速地实现由开到关，或者由关到开的过度，尽量避免滞留在开关之间的放大区，原因是放大区斩波器件内阻非常大，电流通过时将产生严重发热，极大影响斩波器件的工作安全。当然，最好是斩波器件本身就没有放大区，从而不必顾虑开关的过度过程问题，斩波可靠性自然提高。
纵观目前的电力电子器件，按工作性能可以划分为闸流管和三极管两大类别，晶闸管是闸流管的典型代表，普通的晶闸管具有：

电压高（单管可达5000V）。
电流大（单管可达3000A）。
可靠性高（耐过压、过流能力是目前所有电力电子器件中最强的）。
没有放大区。
技术成熟。
经济、廉价。

等优点，但缺点是不能通过门极（控制极）自关断，如果作为开关工作，必须在主极两端施以反压，技术上较为困难，因此，普通闸流管很难在直流状态下作为开关工作，也就给斩波应用带来困难，闸流管所有的优点也就无法得以发挥和体现。
为了克服闸流管存在的缺点，自六十年代以来，电力电子界做出了巨大的努力，研制出门极可关断的特种晶闸管--GTO，解决了普通晶闸管的致命缺点。但是，GTO在解决关断问题的同时，技术上又产生新的问题，除了关断电流大，控制较为复杂之外，电流和电压能力也明显逊色与普通晶闸管，因此GTO一直没有得到广泛的应用。
大功率三极管类突出的优点是关断性好，因此可以最简单地实现斩波，但是，由于大功率的条件限制，问题就远没有这样简单了。大功率三极管目前普遍存在的缺点是：

单管电压低。
单管电流小（IGBT的单元容量仅仅150A，大电流模块为单元并联）。
过电压和过电流能力差，易击穿。
存在放大区。
模块结构，散热差。
价格高，未能国产化。

因此在大功率的斩波应用中暴露出很多问题。
　　最早问世的大功率三极管是GTR，曾经在早期的变频调速中应用，由于存在二次击穿等问题，很快被淘汰放弃。
IGBT是场效应三极管和GTR的结合，IGBT较为成功地解决了GTR的二次击穿问题，而且实现了小功率电压型控制，但是上述的根本问题依然存在并没有解决。IGBT存在的主要缺点是过电压和过电流能力太弱，器件的标称电压和电流与实际应用值相差甚远，举例来说，标称100A的IGBT的实际工作电流必须打一半的折扣，只有50A，而且在过载2倍时，必须在10微秒的极短时间内有效保护，否则就将导致器件损坏。而同样100A的晶闸管，工作电流可以达到157A，是标称值的1.57倍，而过载10倍电流时，承受能力长达10ms，是IGBT的几十倍。另外，IGBT目前的单管电流只能做到150A，大于150A的器件要采用内部并联，由于器件单元的离散性，不可能完全均流，因此在大电流应用时特别要注意。
　　IGBT目前完全依赖进口，不仅给维修带来困难，成本也很高，而且国外供应商对于我们的特殊技术参数通常不予理睬，实际应用中发生问题自然难以避免。我们也曾经在研发过程中采用过GTR和IGBT等三极管斩波，结果很不理想，只要电路发生过压和过流，斩波器件就极易损坏，然而要从根本上避免过压和过流，技术上是无法办到的，因为调速是无法回避过渡过程的。
　　为了实现高可靠的斩波控制，我们根据目前器件的实际情况，理智地选择了逆导晶闸管作为主斩波器件，并且经过反复、多次的研究实验，成功发明了高可靠的关断电路，使逆导晶闸管斩波成为现实，该技术现已经为国家授权为发明专利。
我公司现在已与清华大学和国防科工委合作研究成功开发第四代产品，其主要核心技术是采用逆导晶闸管作为斩波的主要器件，使设备的可靠性大为提高。
　　逆导晶闸管是一个反向导通的晶闸管，它是将一个晶闸管与一个续流二极管反并联集成在同一硅片上构成的新器件。与普通晶闸管相比，逆导晶闸管有如下特点：（1）阳极采用短路结构，正向转折电压比普通晶闸管的高。在正向阻断状态下，二极管处于反向，只有当结电压上升到雪崩电压时，逆导晶闸管才由断态进入通态。确保在电源缺相、瞬时停电及逆变器异常时不损坏晶闸管和快速熔断器。（2）电流容量大，关断电路不低于3倍的转子电流来保证装置具有极高的可靠性。
由于其基区宽度大幅度减薄所致。（3）易于提高开关速度。因为基区薄，存储电荷减少，关断时间可以减小；由于阳极短路，反向漏电流对器件影响减小，可改进工艺，实现快速化装置应于电机输出功率在30～100%的范围内变化时满足节能需求
（4）高温特性好，允许结温可达150度以上。（5）减小了接线电感，缩小了装置体积。

2、产品特点
　　2.1装置采用高频逆导晶闸管斩波控制，关断电路不低于3倍的转子电流来保证装置具有极高的可靠性。
　　2.2装置具有先进的逆变保护功能，确保在电源缺相、瞬时停电及逆变器异常时不损坏晶闸管和快速熔断器。
　　2.3装置应于电机输出功率在30～100%的范围内变化时满足节能需求。
　　2.4装置具有远方和就地的控制功能，并由转换开关选择其控制方式。不允许远方和就地同时操作，在调速控制装置上安装切换开关，该切换开关应具有以下控制功能：①远方控制；②就地控制；③停用。
　　2.5远方控制要求：具有DCS计算机控制接口，可接受4-20mA电流控制信号实现线性平滑调速，及输出4-20mA电流转速信号和0-5V的电压转速信号。
　　2.6装置向DCS计算机控制接口提供断线保护功能，即当转速指令断线时，电机转速须维持原转速运行，不产生变化和停车。
　　2.7装置具有闭环运行和开环运行转换功能。闭环控制信号均为4～20mA DC。
　　2.8装置的操作面板能进行各种控制操作和参数指示。如：转速、电流、电压、起、停、故障显示功能。
　　2.9装置具有测速及显示功能，精度等级高于1.5级。
　　2.10装置内部设置PLC的逻辑控制单元，PLC选用SIMENS公司优质产品,以提高控制系统的自动化程度和可靠性。
　　2.11 具有双回路的同步信号，可在一路信号发生故障时立即切换另一路同步信号，确保逆变运行的可靠性。
　　2.12 装置采用双电源供电(一路直流220V及一路交流三相四线电源380V，额定电流10A)。提高设备工作可靠性。该装置内应设置用、备电源的自动互投开关，当某一路控制电源发生故障时，另一路电源立即自动投入运行，避免因此而引起的运行故障。
　　2.13 装置的冷却方式应为强迫风冷，冷却风机寿命为1万小时，应及时更换。
　　2.14 装置在调速控制部分发生故障时，能发出故障信号并自动转入停机或全速方式运行（不包括电机一次侧保护）。
　　2.15 装置具有以下保护功能：过压保护、高压瞬时断电保护、失波保护、缺相保护、逆变保护、过电流保护、短路保护。
　　2.16 装置具有启动过程中直接进入调速运行功能。
　　2.17 装置具有失波自恢复功能。即由于外部干扰造成的斩波失败，系统能自动进行斩波恢复。
　　2.18 装置的效率不小于98%。
　　2.19 控制柜的防护等级不低于IP20。