张勇军：交-直-交传动将助力高效轧制

  “从各传动系统的特点来看，直流传动系统单机容量受限、功率因数低、维护工作量大，交-交传动系统调速范围窄、功率因数低、电网谐波污染严重，而交-直-交传动系统调速范围宽、功率因数高、电网谐波污染较轻。因此，交-直-交传动将是大功率高性能轧机传动的发展的新趋势，将为钢铁工业高效轧制‘添砖加瓦’。”8月25日，在2020年高水平发展·装备与钢铁同行 冶金先进技术装备创新推进会上，北京科技大学工程技术研究院副院长张勇军指出。

  张勇军介绍了4种大功率交流变频传动系统，其中，级联式交-直-交变频调速系统一般适用于泵、压缩机、风机等，大功率负载换向变频系统一般适用于高线精轧机、泵、风机等，大功率交-交变频调速系统一般适用于轧机驱动、卷取等，大功率交-直-交变频调速系统（中压变频）一般适用于轧机驱动、卷取等。

  “相比之下，交-交变频调速系统输出频率低于25赫兹，只适用于低速负载；电网侧功率因数为0.60～0.75，需SVC（交换虚拟电路）等滤波设备；电网适应能力平平；采用强制空气冷却；电能消耗较高。”张勇军指出，而交-直-交变频调速系统的输出频率可支持0~100%调速，电网侧功率因数接近于1，无需滤波设备，采用水冷，电能消耗相对低，优势显而易见。

  “大功率轧机电驱动系统是钢铁和有色行业成品材生产的关键核心装备，长期由国外大型跨国公司垄断，并形成一定技术壁垒和价格保护，我国企业每年需花费大量资金引进。这种局面对我国核心制造装备战略安全较为不利。因此，立足于国产功率器件和控制管理系统集成，研发出具有完全自主知识产权的高性能大功率交-直-交轧机系统装备意义重大。这是一项复杂的系统工程，涉及电力电子技术、微电子技术等多领域的融合。”张勇军表示。

  张勇军介绍，在国家“十二五”科技支撑计划的支持下，中车株洲电力机车研究所、北京科技大学、广西柳州银海铝业等单位联合开展了“高端冶金轧机变频系统集成与应用示范”项目攻关。

  为攻克主传动系统极高可靠性、高过载倍数、冲击负荷大等关键性技术难题，中车株洲电力机车研究所组建了包括7位博士在内的团队，深入研究三电平IGCT（集成门极换流晶闸管）变流、四象限脉冲整流、大功率电励磁同步电机控制等核心技术，成功掌握从IGCT器件到变频装置，再到系统应用的全套技术，填补了这一领域国内技术和产品的空白。

  张勇军特别强调了该项目中核心功率器件的突破。他指出：“IGCT是专门为中压变频器开发的功率半导体开关器件。基于非常成熟的GTO（门极关断晶闸管）技术开发的IGCT，使变频器的设计从根本上降低了复杂程度，提高了效率和可靠性。IGCT集IGBT（绝缘门极双极性晶体管）的高速开关特性和GTO的高阻断电压和低导通损耗特性于一体，具有高集成度。”

  “IGCT是中压变频系统的理想开关器件。国际上仅ABB公司（Asea Brown Boveri Ltd.）具备制造和供货能力，目前中车株洲电力机车研究所已能提供同等性能的IGCT。”张勇军表示，“此外，三电平功率模块化集成、高可靠变频系统控制平台、全功率半实物仿真技术等同样有效应用于大功率中压系统。”

  张勇军列举了几项自主中压传动系统应用，如广西柳州某宽幅热轧铝板带3300毫米粗轧机，目前已稳定运行7年，是当时在热轧线试轧一次性获得成功的国内首套完全自主知识产权的交-直-交轧机主传动系统。

  张勇军建议以产学研用联合攻克关键核心技术，促进我国大功率变流技术、高性能传动控制技术、大型传动系统集成技术进步，提高我国重大装备行业及战略制造企业自主创造新兴事物的能力、自主配套能力。

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