牵引供电变流器发展的新活力

《牵引供电变流器发展的新活力》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、牵引供电变流器发展的新活力—IGCT  发布日期：2005-09-26  来源：中国防爆网  浏览次数：20621引言我国牵引供电系统采用的是25kV单相工频电源。牵引变电所将供电系统的三相电转换为单相电送给接触网，提供给电力机车，使得这一单相负荷给电力系统带来极度不平衡。牵引变流器作为三相交流一直流一单相交流的交一直一交变换器，能够极大地改善这一不平衡状况。而新型电力电子器件：集成门极换向晶闸管(1GCT)又能够将这一变革提升到更高的层次。2牵引变流嚣的雏形如图1所示，电力系统的发电厂接到牵引变电所的Y／△110kV／27．5kV三相降压变压器三相输入端，通过“交—直—

2、交”变换器的“三相整流”变流器，经中间环节电压型(源)的电容器滤波储能得到恒定直流电压Ud；“直—交”侧变换器是“单相逆变”变流器，输出27．5kV到隔离牵引变压器，该变压器次边一端接地，一端输送到供电接触网。该系统利用多电平PWM调制加上中间环节储能电容器的滤波作用，减少了电网的高次谐波成份，明显减少电噪音的污染和电磁干扰。中间直流环节的储能电容器，可以保证牵引负荷不论是否发生不稳定变化与冲击，变换器输出电压一直保持稳压供电，各个牵引变电所供电接触网可直接联网。单相交流侧的再生制动反馈能量经过中间直流环节和“交—直”侧四象限变换器调节后，输入到电力网的电能质量优异。在当

3、前各种自关断器件中，除GTO因其高电压、大功率还在大变频器中占有一席之地外，IGBT已占据了半壁江山，但新型电力电子器件—IGCT的诞生，势必占领牵引供电变流器这一领域。31GCT的特点和优点IGCT是将GTO芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定的关断能力和晶闸管的低通态损耗两种优点的一种新型器件。IGCT在导通期间发挥晶闸管的性能，关断阶段呈类似晶体管的特性。 图1交—直—交变流器系统框图IGCT可在小的有效硅片面积上做到损耗低、开关速度高、部件数少，以及在紧凑的机械结构情况下可靠地、易于装配地封装，设计成

4、本低、可靠性高、效率高、无爆炸危险。300kVA～IOMVAIGCT变流器可以做到不用串联或并联器件。IGCT简单而可靠的串联，可以使IGCT变流器的功率范围扩大到数百兆伏安，适用电力系统。与当今所有全控型器件相比，尤其是在大功率应用领域(0．5MVA至几百兆伏安)，IGCT具有下列明显优势(对每MVA而言)：1)成本最低；2)损耗最小；3)部件最少；4)可靠性最高。目前IGCT最大容量为：反向阻断型：4500V，4000A；逆导型：5500V，1800A。4IGCT与其它半导体器件的比较为了比较器件在相同应用场合中的性能，表1对大功率逆变器中的GTO、IGBT和IGCT

5、进行了比较。根据表中6项指标的比较可看出，IGCT比GTO和IGBT具有更明显的优势。其中，就可靠性这个最重要的性能指标而言，IGCT比IGBT高5倍。表1用于大功率逆变器(3MVA、600Hz)中的GTO、IGBT和IGCT比较 使用IGCT模块的牵引变流器比使用GTO和IGBT模块有如下优点：1)逆变器中，IGCT对硅片的利用率大大高于IGBT模块；2)与晶闸管和GTO相比，IGCT只有很小的最小导通时间与最小关断时间；3)一个IGBT模块含有60个芯片，由450条连线连接。而IGCT只有一片硅片，装在可靠压接的管壳内；4)IGCT具有IGBT的开关速度和GTO的传导

6、能力，还有GTO低成本和高产出的优点；5)IGCT易于串联，在大功率应用(>1MVA)方面占有重要的地位。图2是对电压型逆变器分别采用GTO、IGCT及IGBT的桥臂进行了比较，同时还标明了每台逆变器采用的主要元器件的数量。从图中看，IGCT不仅能确保每台逆变器的外部元器件很少(约3个)，而且还能确保逆变器内部的所有半导体是单个的。图3以近似曲线对2800V直流中间回路电压和600Hz脉宽调制的两点式逆变器采用三种不同电力半导体器件时所需功率器件的数量进行了比较。 图2各种桥臂的比较 图3不同电力半导体器件构成相同功率变流器所需元器件的比较。因此我们知道，IGCT像IGB

7、T那样具有快速开关功能，像GTO那样导电损耗低，在高压、大电流各种应用领域中可靠性更高。IGCT装置中所有元件装在紧凑的单元中，降低了成本。采用电压型逆变器，与其它类型变频器的拓扑结构相比，结构更简单，效率更高。优化的技术只需更少的元件，相同电压等级的变频器采用IGCT的数量只需低压IGBT的五分之一。并且，由于IGCT损耗很小，所需的冷却装置较小，因而内在的可靠性更高。更少的元件还意味着更小的体积。因此，使用IGCT的变频器比使用IGBT的变频器简洁、可靠性高。5采用IGCT模块的牵引供电变流器牵引供电变流器如采用IGCT模