从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展(一)

铁道机车动车在完成其牵引和运输任务中,传动技术起着决定性的作用.无论是在发挥牵引力方面,还是在与电网的关系方面,电力电子学和交流传动控制技术赋予了传动新的特征.GTO技术为交流传动的发展作出了重要贡献.但最近期间IGBT技术有了长足的发展,其功率和电压应用范围得到了扩大,并逐步取代GTO.以德国BR423型城市高速铁路电动车组、BR185型电力机车以及瑞士联邦铁路Re484多流制机车的牵引变流器为例介绍了IGBT技术的优点和新的潜力.     

从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展(二)

铁道机车动车在完成其牵引和运输任务中,传动技术起着决定性的作用.无论是在发挥牵引力方面,还是在与电网的关系方面,电力电子学和交流传动控制技术都赋予了传动新的特征.GTO技术为交流传动的发展作出了重要贡献.但最近期间IGBT技术有了长足的发展,其功率和电压应用范围得到了扩大,并逐步取代GTO.以德国BR423型城市高速铁路电动车组、BR185型电力机车以及瑞士联邦铁路Re484多流制机车的牵引变流器为例介绍了IGBT技术的优点和新的潜力.     

IGBT牵引变流器在近郊和干线机车动车上的使用

IGBT自80年代初开发以来,现已成为牵引中使用的主要电力半导体器件.其应用从最初复杂的变流器电路发展到今天近郊机车动车用的标准电路,并开始用于干线机车动车的大功率变流器中.今天的电路技术主要是用无需布线的IGBT二点式电路.除了有各种可能的冷却方式外,其他基本系统也不同.     

GTO和IGBT动车变频器的发展水平及应用前景（上）

本文首先介绍了单轴牵引功率为100-500KW，逆变器量为500-1500KVA等级的动车GTO和IGBT变频器的发展，接着介绍了变频器的主要参数和水平，最后提出了建议和看法。     

动力分散交流传动电动车组用TGA1型IGBT牵引变流器

阐述了动力分散交流传统电动车组用TGA1型IGBT牵引变流器的主要技术参数、主电路工作原理及变流器模块化结构设计特点，并给出了试验结果。试验表明，该牵引变流器完全满足动力分散交流传统电动车组对牵引变流器各项技术指标的要求。     

牵引变流器撬棒保护电路研究

针对牵引变流器IGBT器件失效故障导致炸损等严重后果的现状,分析了几种常见的IGBT功率模块失效模式,介绍了撬棒保护电路和原理,从电路分析和能量密度仿真角度定性和定量对比了各种失效模式下有无撬棒保护电路的差别,对于防止由于单管短路进而导致桥臂直通、降低故障IGBT功率模块损伤范围、防止已短路失效IGBT器件炸损,通过试验验证了撬棒保护电路的有效性。     

城市轨道交通车辆牵引逆变器的技术发展

简单介绍了城市轨道交通车辆牵引逆变器的发展和主电路,对具有完全自主知识产权的简统化牵引逆变器进行了分析,对牵引逆变器的冷却方式和IGBT变流器模块进行了详细的介绍.通过实际装车考核,表明该简统化牵引逆变器完全满足目前城市轨道交通车辆牵引系统的需求.     

车辆上的电气设备

新干线300系电动车组的重量比100系下降了30%.ICE3的最大轴重比ICE2轻了20%.最新的新干线500系电动车组在高速列车中具有最小的运行阻力.运行阻力低的较轻的车辆能耗也少.异步牵引电动机的重量是直流牵引电动机的一半.使用2.5 kV 1.8 kA IGBT元件的变流器,其输出功率与重量之比达到0.65 kw/kg,这比用4.5 kV 2.5 kA GTO元件时提高了40%.使用4 kV IGBT将更进一步减轻重量.自1990年以来金属化膜电容器取得了巨大进步.如果用它来取代电解电容器将能达到更长的寿命和更高的可靠性.作为交流系统未来的牵引电路,正在开发一种取代传统牵引变压器和PWM整流器的中频变压器.     

地铁列车可关断晶闸管牵引变流器综合测试技术研究

牵引变流器是地铁列车的关键部件,主要由牵引控制单元和变流模块构成,在牵引方式上有直流(斩波器)和交流(逆变器)之分。以上海轨道交通1、2号线列车的门极可关断晶闸管(GTO)牵引变流器为技术背景,基于虚拟仪器技术,对控制器和变流模块的测试方法进行了整合,提出了GTO牵引变流器的综合测试方案。该方法不仅能够对各部件实施分部测试,还可以对整体进行综合测试。测试方法方便有效,使部件在现场维修、测试过程中能够模拟在线工作状态,便于查找故障信息,为列车牵引系统的各种检修和部件国产化开发提供了必要的技术准备。     

用于大功率场合的IGBT变流器

ADtranz公司与德国铁路公司(DB AG)商定准备在已开始向DB AG交付的批量为400台的185型双流制机车上,采用与模块式功率变流器(MPC)家族兼容的IGBT牵引变流器取代GTO变流器.     

上海地铁车辆主逆变器GTO牵引相模块的IGBT替代研制

文章介绍了上海地铁引进的交流传动车辆上GTO牵引相模块结构及其工作原理,重点分析了其电气性能及驱动电路波形;在此基础上研制了用于替代GTO牵引相模块的IGBT牵引相模块,通过性能对比和分析,得出两者性能几乎一致、可以替代使用的结论。该装置目前已装车投入运行。     

CRH380A动车组自主牵引变流器三电平功率模块研制

为满足CRH380A动车组牵引变流器三电平功率模块自主设计需求,结合三电平功率模块主电路结构特点,完成了三电平功率模块关键技术(IGBT驱动设计、低感复合母排设计和散热设计)的攻关,研制了满足CRH380A使用的自主三电平功率模块。试验和运行结果表明,该三电平IGBT模块性能良好,满足CRH380A高速动车组使用。     

交流传动技术（GTO、IGBT）的发展

为了完成铁路牵引和运输任务,机车动车的传动技术起着决定性的作用。功率电子技术与交流传动相结合,不论是对提供牵引力方面,还是对电网的性能方面,都赋予传动技术以新的品质。文中综述了交流传动技术的各个发展阶段和GTO晶闸管技术为交流传动的成功做出的重大贡献;在此期间,IGBT技术发展到最大功率和电压范围,并将取代GTO技术;以德国DB铁路的423型城市快速轨道动车和185型电力机车及瑞士联邦铁路的Re484型多流制电力机车为例,阐述了IGBT技术的优点和新的发展潜力。     

中大功率变流技术的发展

回顾了与中大功率变流技术密切相关的各类功率半导体器件发展历程，详细介绍了当前广泛应用的IGBT，IGCT，IEGT，MTO，碳化硅功率器件及其应用特点。概述了大功率变流技术的基本电路拓扑，介绍了三电平电压源变流器、级联H桥多电平变流器以及矩阵变换器等常用拓扑。并从工业调速系统、铁路牵引系统以及公路牵引系统等实际应用出发，介绍了大功率变流器的最新应用实例，包括混合动力和纯电动汽车的驱动装置等。提出了在大功率变流领域一些有望在未来10年得到提高的关键性技术和需要特别加以关注的发展趋势。     

城市轨道交通车辆的紧凑型牵引变流器

正0引言在电机驱动的现代轨道交通车辆中,牵引变流器控制车辆的运动并向其提供动力。这种变流器建立在绝缘栅双极晶体管(IGBT)半导体技术基础之上。ABB充分利用其独特的电力电子技术组合,为轨道交通市场研发了能源效率高、性能可靠、结构紧凑、提供友好而周到服务的新型牵引变流器。如果将安装在地铁、有轨电车或机车中的牵引电机比作人的肌肉,那么牵引变流器就相当于人的心脏和小脑。     

HX_D2型机车主变流器IGBT炸裂原因分析及整改措施

针对HXD2型机车在运用过程中主变流器功率模块的IGBT元件炸裂故障,通过解体检查及室内模拟试验,分析故障原因,并进行了相关整改,降低了故障的发生率。     

基于250～350km/h可变编组动车组牵引系统研究

介绍了250～350 km/h可变编组动车组牵引系统的性能指标。参照大西高铁综合试验数据和中国标准动车组互联互通阻力测试结果确定动车组运行总基本阻力计算公式,依据列车运行速度和编组数得出阻力调整因子,对可变编组动车组运行总基本阻力加以修正。根据动车组加速度和牵引力要求,计算出不同速度等级的4～18编组整车功率,并依次计算出牵引电机和变流器的功率。为提升牵引系统的轻量化和集成化技术,主变流器选定3 300 V/500 A SiC混合功率模块器件。根据3个速度等级4～18编组整车的功率比,考虑牵引电机极限值,计算出相应速度列车的动拖比和齿轮箱变速比。在不同的速度等级和编组情况下,分别对3种故障状态下的牵引性能进行验证。计算结果表明:所设计的牵引系统具有可行性,列车牵引、启动和电制动性能良好。     

牵引功率单元IGBT保护电路优化设计

为解决由于部件的设计原因导致的牵引系统接地保护试验故障诊断不准确问题,从系统和部件的角度进行分析研究,排查出是由于牵引功率单元IGBT驱动电路部分器件的设计选型不当所致。通过调整IGBT驱动板短路保护电路电容、电阻的参数并通过试验验证,解决了此类问题。通过系统的研究分析及IGBT驱动电路的优化设计,可准确定位故障,利于动车组牵引系统的检修维护。     

现代交流传动技术的水平及前景

交流传动技术的发展，与功率半导体器件及控制技术的发展密切相关。就器件的发展来说，已经历了普通晶闸管、GTO以及IGBT等阶段。目前，IGBT器件正向中大功率的应用方面发展。文中介绍了由西门子公司开发的新的交流传动控制策略——SITRAC。它集动态转矩控制、耐久性和优化的模块以及自调节功能于一体，并且可以不用速度传感器。文中还介绍了超导变压器、静止能量存储系统、无牵引齿轮装置的直接驱动系统和燃料电池等新技术及它们的应用，并讨论了它们的发展前景。     

高可靠牵引变流器IGBT主动结温控制技术研究

轨道交通变流器应用工况相对严苛,对变流器和IGBT器件的可靠性与寿命要求较高。为改善IGBT的结温提高变流器的应用寿命和可靠性,基于机车变流器模块的工作模式构建通用损耗计算模型,实现对变流器IGBT器件结温的在线估算;在此基础上,结合轨道交通应用场景,分别从开关损耗和散热系统2个维度设计了一种综合主动结温控制方法。仿真和试验验证实施主动结温控制是可行的。