“從各傳動系統的特點來看，直流傳動系統單機容量受限、功率因數低、維護工作量大，交-交傳動系統調速范圍窄、功率因數低、電網諧波污染嚴重，而交-直-交傳動系統調速范圍寬、功率因數高、電網諧波污染較輕。因此，交-直-交傳動將是大功率高性能軋機傳動的發展趨勢，將為鋼鐵工業高效軋制‘添磚加瓦’。”8月25日，在2020年高質量發展·裝備與鋼鐵同行 冶金先進技術裝備創新推進會上，北京科技大學工程技術研究院副院長張勇軍指出。

　　交-直-交變頻調速系統優勢明顯

　　張勇軍介紹了4種大功率交流變頻傳動系統，其中，級聯式交-直-交變頻調速系統主要適用于泵、壓縮機、風機等，大功率負載換向變頻系統主要適用于高線精軋機、泵、風機等，大功率交-交變頻調速系統主要適用于軋機驅動、卷取等，大功率交-直-交變頻調速系統（中壓變頻）主要適用于軋機驅動、卷取等。

　　“相比之下，交-交變頻調速系統輸出頻率低于25赫茲，只適用于低速負載；電網側功率因數為0.60～0.75，需SVC（交換虛擬電路）等濾波設備；電網適應能力一般；采用強制空氣冷卻；電能消耗較高。”張勇軍指出，而交-直-交變頻調速系統的輸出頻率可支持0~100%調速，電網側功率因數接近于1，無需濾波設備，采用水冷，電能消耗相對低，優勢顯而易見。

　　核心裝備研發 打破國外壟斷

　　“大功率軋機電驅動系統是鋼鐵和有色行業成品材生產的關鍵核心裝備，長期由國外大型跨國公司壟斷，并形成一定技術壁壘和價格保護，我國企業每年需花費大量資金引進。這種局面對我國核心制造裝備戰略安全較為不利。因此，立足于國產功率器件和控制系統集成，研發出具有完全自主知識產權的高性能大功率交-直-交軋機系統裝備意義重大。這是一項復雜的系統工程，涉及電力電子技術、微電子技術等多領域的融合。”張勇軍表示。

　　張勇軍介紹，在國家“十二五”科技支撐計劃的支持下，中車株洲電力機車研究所、北京科技大學、廣西柳州銀海鋁業等單位聯合開展了“高端冶金軋機變頻系統集成與應用示范”項目攻關。

　　為攻克主傳動系統極高可靠性、高過載倍數、沖擊負荷大等關鍵性技術難題，中車株洲電力機車研究所組建了包括7位博士在內的團隊，深入研究三電平IGCT（集成門極換流晶閘管）變流、四象限脈沖整流、大功率電勵磁同步電機控制等核心技術，成功掌握從IGCT器件到變頻裝置，再到系統應用的全套技術，填補了這一領域國內技術和產品的空白。

　　張勇軍特別強調了該項目中核心功率器件的突破。他指出：“IGCT是專門為中壓變頻器開發的功率半導體開關器件。基于非常成熟的GTO（門極關斷晶閘管）技術開發的IGCT，使變頻器的設計從根本上降低了復雜程度，提高了效率和可靠性。IGCT集IGBT（絕緣門極雙極性晶體管）的高速開關特性和GTO的高阻斷電壓和低導通損耗特性于一體，具有高集成度。”

　　“IGCT是中壓變頻系統的理想開關器件。國際上僅ABB公司（Asea Brown Boveri Ltd.）具備制造和供貨能力，目前中車株洲電力機車研究所已經可以提供同等性能的IGCT。”張勇軍表示，“此外，三電平功率模塊化集成、高可靠變頻系統控制平臺、全功率半實物仿真技術等同樣有效應用于大功率中壓系統。”

　　自主中壓傳動系統應用廣泛

　　張勇軍列舉了幾項自主中壓傳動系統應用，如廣西柳州某寬幅熱軋鋁板帶3300毫米粗軋機，目前已穩定運行7年，是當時在熱軋線試軋一次性獲得成功的國內首套完全自主知識產權的交-直-交軋機主傳動系統。

　　張勇軍建議以產學研用聯合攻克關鍵核心技術，促進我國大功率變流技術、高性能傳動控制技術、大型傳動系統集成技術進步，提高我國重大裝備行業及戰略制造企業自主創新能力、自主配套能力。