地铁1号线车辆IGBT静止辅助逆变器研制

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1、城市轨道交通研究2000年地铁l号线车辆IGBT静止辅助逆变器研制陶生桂王曰凡摘要由于IGBT器件的迅速发展及其在中等容量析来看，静止辅助系统已逐趋稳定，故障也较少。范围内取代GTO的趋势，研制了用高压IGBT（或HVIGBT）考虑到几年来该系统运行较为可靠，因而在国产化构成的静止辅助逆变器来替代上海地铁l号线车辆上原方案中也尽可能保留原有的经运行考验的电气设GTO逆变器，并经受了装车运行试验考核。备与元器件。关键词地铁车辆，静止辅助逆变器，全控型晶闸管，高压IGBT（HVIGBT）于l997年下半年已系列高压全控型绝缘栅双极型晶体管化与批量生产，在日本与欧洲市场上均可以

2、购到，故选用与GTO相同规格的2.5kVHVIGBT来替代上海地铁l号线车辆为90年代进口，车上的是合理的。这对电路结构与布置上也最为经济。［l］属当时国际先进水平。然而，GTO静止辅助系统若由于2.5kV等级GTO停产而用高电压等级4.5此后迅速发展的IGBT（电压驱动型全控型绝缘栅kVGTO替代，将会大大增加运营及其改造的费用。双极型晶体管）器件，性能更胜一筹。尤其高阻断由于采用相同规格的HVIGBT来替代GTO，也利于电压的开发，即l.7kV、2.5kV与3.3kV高压IGBT保留原有的结构与性能特点。（缩写为HVIGBT），在l997年下半年系列化批量生产，这对处

3、于该电压等级范围内的GTO造成巨大l.2HVIGBT静止辅助逆变器冲击，使2.5kV的GTO在l997年底停产，也使地电压型HVIGBT静止辅助逆变器主电路与原铁l号线车辆静止辅助逆变器将面临无该电压等GTO逆变器结构形式相同，采用l80导电及6脉冲级GTO备品替换的局面。为确保地铁l号线车辆运行方式。正常运营，研制用2.5kV800AIGBT构成的静止辅助逆变器替代即将淘汰的该电压等级GTO构成的逆变器迫在眉睫。世界上一些先进国家近期供货的地铁或轻轨车辆上静止辅助逆变器也已大都采用IGBT器件构成。所以用HVIGBT静止辅助逆变器来替代地铁l号线车辆原GTO辅助逆变器，

4、不仅是必须做的技术储备措施，而且也是对进口车辆上重要部件首次国产化的重要一步；同时也是电力电子技术发展的必然趋势［2］。图lGTO驱动原理框图lIGBT静止辅助逆变器考虑到保留原有的性能特点与尽可能利用原有机组电路及相关器件，因而在设计HVIGBT的驱动电路时，引入了一套将驱动GTO的脉冲信号转l.l方案制定换成驱动IGBT的电位信号。图l表示原GTO的对地铁l号线车辆几年来运行和故障情况分驱动原理框图，ZKlV、ZK2V、ZUEV、LOEV、NLV是!陶生桂：同济大学电气工程系，教授，上海20033l·l6·第2期国产化研究由控制部分送来的驱动信号。图2表示HVIGBT

5、驱动电路原理框图，将由图1中脉冲功率放大电路（1）输出的导通信号Z1V、Z2V和Z3V以及关断信号L1V与L2V，经图2中信号转换电路（1）转换成驱动IGBT的所需的电位隔离的信号，送至带驱动模块的电路（3）来驱动HVIGBT器件。图2中的电源变换电路（2）也是利用原有的由UNL1和UNL2输入信号转换成电位上隔离的驱动电路用的DC115V和DC15V的电源。驱动模块带直接检测集电图2HVIGBT驱动电路原理框图极电压信号以实现桥臂贯穿短路的自保护功能。可减少母线寄生电感。因而图示的几种吸收电路，这也是采用IGBT器件所带来的优点。往往在IGBT逆变器中常由几种吸收电路共

6、同配合关于IGBT的吸收电路，一般有图3所示的几使用。本研制方案中考虑到采用层叠式母线，故在种。随着IGBT的发展，由其构成的逆变器的结构每桥臂上采用图3中（a）和（b）混合式吸收电路。也在不断进步。如印制板（或复合、层叠式）母线，（a）单个电容C（b）整体式RCD（c）独立式RCD（c）交叉式RCD图3IGBT的几种吸收电路所研制的IGBT静止辅助逆变器样机经地面替GTO逆变器。图4为装车后的试验照片。代试验正常后，将其装入辅助系统基本箱替代原图4装车后IGBT逆变器照片·17·城市轨道交通研究2000年器输出电流由Fluk钳形表测得有效电流，如表12装车负载试验与运行

7、考核试验所列。所研制的替代用HVIGBT静止辅助逆变器与表1不同负载下的IGBT逆变器输出电流A原GTO逆变器有相同的技术指标：小负载中负载正常负载大负载输入直流电压DC775135V（动态最高A~/A12.519.522.629.8输入为DC950V）输入有效交流电压DC620128V需指明，在中间回路电压建立过程中，对应下额定容量75kVA陷凹口（蓄电池充电）的逆变器冲击电流约95A。短路输出容量120kVA从定量估算，此时IGBT逆变器短时输出容量已超最大累加输出容量450kVA过100kVA。变压器输出的相电压如图7所