IGBT在客车DC600V系统逆变器中的应用与保护

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1、IGBT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M0SFET场效应管的优点而发展的一种新型复合电子器件，兼有M0SFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降的优点。图1所示为N沟道增强型垂直式IGBT单元结构，1GBT采用沟槽结构，以减少通态压降，改善其频率特性。并采用NFT技术实现IGBT的大功率。IGBT用MOSFET作为输入部分，其特性与N沟道增强型。M0S器件的转移特性相似，形成电压型驱动模式，用GTR作为输出部件，导通压降低、容量大，不同的是IG

2、BT的集电极IC受栅一射电压UCE的控制，导通、关断由栅一射电压UCE决定。目前大部分逆变器都采用IGBT和IPM作为开关器件，由IGBT基木组合单元与驱动、保护以及报警电路共同构成的智能功率模块仃PM)已成为TGBT智能化的发展方向，将IGBT的驱动屯路、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逆变器一般采用1200V/300A模块，IGBT和IPM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。图1NPT结构的IGBT元结构驱动电路图2MRT等效电路1.2IGBT轨道车辆在供电系统中的应用轨道车辆中广泛采用TGBT模块构成牵引变

3、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。德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。H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TGBT元件，从而使TGBT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

4、PWM技术，由3台双TGBT和相关反并联二极管组成,每台双IGBT组成三相中的一相；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双重直-直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IGBT模块完成牵引逆变功能：天津滨海动车组主电路采用TGBT电压型三相直一交逆变器，辅助电源的逆变器采用TGBT元件的逆变器，开关容量为3300V/800Ao2IGBT在DC600V中的应用1.1DC600V客车供电系统简介DC600V空调客车供电系统采用机车集中整流，

5、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。工作过程为：电力机车将25kV电网单相交流电降压、整流、滤波成DC600V后给客车供电，客车根据用电设备的需要，将机车提供的DC600V变换成单、三相交流电及DC110Vo系统采用两套独立供电。具有一定的兀余，客车供电的基本原理图如图3所示。电力连接器:CHCHC电开水炉风机（由空调控制柿供电）温水简等22OV插座空调DC110V供电干线一i组变圧器：空调机组空调机组照明控制柜图3客乍供电系统主电路麵先图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，

6、主要由下功能模块构成：(1)由KM1、KM3电磁接触器组成的输入输击隔离电路，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。⑵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，当负载变化时，使直流电压平稳。由于逆变器功率较大，因此滤波电容的容量较大，一般使用电解电容。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。/Rua<3

7、=^C

8、LDO—o-S-t—CZZJ_KM1FUI/?!Ri图4DC600V逆变器主电路原.理图(3)

9、由RO和KM2组成的缓冲电路，工作原理为：在输入端施加电压吋，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，三和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逆变器的核心电路。图4为三相逆变器的主电路图，输入端为A、B,输出