IGBT在客车600V上的应用

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1、IGBT在客车DC600V系统逆变器中的应用（发布日期:2010-12-2219:13:00）浏览人数:3111IGBT综述1.1IGBT的结构特点IGBT是大功率、集成化的''绝缘栅双极晶体管"(InsulatedGateBipolarTransistor)。它是80年代初集合大功率双极型晶体管GTR与MOSFET场效应管的优点而发展的一种新型复合电了器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通圧降的优点。图1所示为N沟道增强型垂直式IGBT单元结构，IGBT采用沟槽结构，以减少通态圧降，改善其频率特性。并采用NFT技术实现IGBT的大功率。IGBT

2、用MOSFET作为输入部分，其特性与N沟道増强型。MOS器件的转移特性相似，形成电圧型驱动模式，用GTR作为输出部件，导通圧降低、容量大，不同的是IGBT的集电极IC受栅一射电压UCE的控制.导通、关断由栅一射电圧UCE决定。图1NPT结构的IGBT单元结构H前大部分逆变器都采用TGBT和TPM作为开关器件，由IGBT组合单元与驱动、保护以及报警电路共同构成的智能功率模块(TPM)己成为TGBT智能化的发展方向，将TGBT的驱动电路、保护电路及部分接口电路和功率电路集成于一•体的功率器件。35kW等级的DC600V逆变器-般采用1200V/300A模块，TG

3、BT和TPM分为单单元和双单元，3只双单元模块可构成i相逆变器主电路，如图2所示M那动电路图2IGBT等效电路1.2IGBT轨道车辆在供电系统中的应用轨道车辆屮广泛采用IGBT模块构成牵引变流器以及辅助电源系统的恒压恒频(CVCF)逆变器。国外的地铁或轻轨车辆辅助系统都采用方案多样的IGBT器件。徳国针对机车牵引需开发适用于750V电网的1.7kVIGBT和用于1500V电网的3.3kVIGBT模块，简化了牵引逆变器主电路的结构。日本的700系电动车组的三点式主变流器.采用大功率平板型IGBT(2500V/1800A),整流器和逆变器的每个桥臂可用1个IGB

4、T元件，从而使IGBT组件在得到简化的同时，功率单元总体结构也变得紧凑。我国引进法国Alstom公司的200km/h动车组中，主变流器的开关使用耐压高达6500V/600A的IGBT器件，辅助变流器采用开关频率为1950Hz的PWH技术，由3台双IGBT和相关反并联二极管组成，每台双IGBT组成三相屮的一相；上海轨道交通3号线车辆是其辅助系统由电压等级为330V的IGBT构成2点式逆变器直接逆变；广州地铁1号线车辆上的辅助系统采用IGBT双重Jt-It变换器带高频变压器实现电气隔离;深圳地铁一•期采用6个用作牵引逆变器的IGBT模块和2个用于制动斩波器的IG

5、BT模块完成牵引逆变功能：天津滨海动车组主电路采用IGBT电压型三相貢一交逆变器，辅助电源的逆变器采用IGBT元件的逆变器，开关容量为3300V/800Ao1IGBT在DC600V中的应用2.1DC600V客车供电系统简介DC600V空调客车供电系统采用机车集屮整流，客车分散逆变方式，构成了整个列车的交一直一交变流供电系统。工作过稈为：电力机午将25kV电网单相交流电降压、翳流、滤波成DC600V后给客车供电,客车根据用电设备的需耍，将机车提供的DC600V变换成单、三相交流电及DC110V。系统采用两套独立供电。具有一定的冗余，客车供电的基木原理图如图3所

6、示。DCH0V1*电干找开炉祷M«热审梔J水等殺电水废凤一-客电壯映旅-I>s轮条空涌恥flj空调机组电力连按思蓄电电纽:-玄-「亠二T图3X*供电系统主电路吃理图1.2IGBT在DC600V供电系统逆变器中的应用空调客车使用2个由IGBT模块组成的35kW逆变器供电，逆变器主电路原理如图4所示，主要由卜•功能模块构成:(1)由KM1、KM3电磁接触器组成的输入输出隔离电路，主要功能是在逆变器、输入电路或输出负载发生故障时实施隔离，防止故障扩散稔(2)由滤波电容Cl,C2组成的中间支撑电路，主要功能是滤平输入电路的电压纹波，当负载变化吋,使直流电压平稳。止1

7、于逆变器功率较大，因此滤波电容的容量较大，i般使用电解电容。由于电容自身参数的离散，使得串联的2只电容电压无法完全一致.采用电容两端并联均压电阻的方法，图4中的Rl、R2,其另一个作用是在逆变器停止工作时，放掉电容器的电荷。（3）由R0和KH2组成的缓冲电路，工作原理为：在输入端施加电压时，先通过缓冲电阻R0对电容充电。当电容电压充到一定值时（比如540V）,KM2吸合，将R0短路。只有电阻R0短路，三相逆变电路才能启动工作。（4）由L1〜L3和C1〜C3,组成的交流滤波电路，可将逆变器输出的PWM波变成准正弦波。（5）由VI〜V6组成的桥式三相逆变主电路是

8、逆变器的核心电路。图4为三相逆变器的主电路图，输入端