HXDC型電力機車牽引變流器電氣原理分析與檢修

1、2010屆畢業(yè)設計說明書HXD1C型電力機車牽引變流器電氣原理分析與檢修專 業(yè) 系 班 級 學生姓名 指導老師 完成日期 2013屆畢業(yè)設計任務書一、課題名稱HXD1C型電力機車牽引變流器電氣原理分析與使用維護二、指導老師：第1周至第10周進行三設計內(nèi)容與要求1課題概述 完成本課題的設計要求學生具有電路電力電子變流技術模擬電子與數(shù)字電子技術及工廠電氣控制設備等方面的基礎知識。本課題與電力電子變流技術有著密切的關系，隨著電力變流技術的飛速發(fā)展，越來越多的機車采用交流電機作為牽引源，交流機車牽引電機采用牽引變流器提供變壓變頻電源實現(xiàn)變頻調(diào)速及牽引功率的調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速易于實現(xiàn)電機車的平穩(wěn)啟動和調(diào)速運

2、行，并具有能耗低、調(diào)速范圍廣、靜態(tài)穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點。通過本課題的設計，學生能夠熟練掌握電力電子開關器件IGBT的特性及應用，深入理解電力電子變流技術在交傳機車牽引電機調(diào)速領域的應用。同時，通過對交傳電力機車牽引變流器主電路與控制電路的分析,培養(yǎng)學生進行運用所學知識分析與解決實際問題的能力以及創(chuàng)新設計能力。2設計內(nèi)容與要求1) 大功率交傳機車主傳動系統(tǒng)分析（1）主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及技術特點；（2）交傳機車牽引電機的結(jié)構(gòu)與工作原理，大功率交傳機車牽引電機常用的調(diào)速方式與功率調(diào)節(jié)方式；（3）對交流機車牽引傳動采用變頻調(diào)速、調(diào)功與其它方式進行對比分析；2)TGA9型牽引變流器主電路分析（1）多重四象限

3、整流電路工作原理分析：查閱相關技術資料，對牽引變流器常用的整流電路類型進行分析，重點對TGA9型多重四象限整流電路進行技術分析；（2)中間直流環(huán)節(jié)濾波電路的結(jié)構(gòu)與電路分析，濾波電容預充電的方式；（3）PWM逆變器結(jié)構(gòu)與工作原理分析；常用逆變開關器件的結(jié)構(gòu)與工作原理，重點對IGBT的結(jié)構(gòu)及集成驅(qū)動電路進行分析；3） TGA9型牽引變流器控制電路的設計與分析（1）掌握常用PWM芯片的結(jié)構(gòu)與工作原理，根據(jù)電氣原理圖對PWM逆變控制電路進行分析；（2）牽引變流器過流、過壓與溫度保護電路的分析。4）TGA9型牽引變流器的使用維護四、設計參考書1 周志敏等， IGBT和IPM及其應用電路，人民郵電出版社出

4、版2 變頻調(diào)速三相異步牽引電動機的設計3 徐立娟、張瑩，電力電子技術，高等教育出版社4 王青松，三相電流型多電平整流器的研究，浙江大學碩士學位論文5 郭佳，電力機車輔助變流器三相逆變器的控制研究，北京交通大學碩士學位論文6 林渭勛，現(xiàn)代電力電子電路,浙江大學出版社五、設計說明書要求 1封面2目錄3內(nèi)容摘要（200400字左右，中英文）4引言 5正文（設計方案比較與選擇、設計方案原理、計算、分析、論證，設計結(jié)果的說明及特點）6結(jié)束語7附錄（參考文獻、圖紙、材料清單等）六、畢業(yè)設計進程安排 1第1周熟悉畢業(yè)設計具體任務，進行相關資料收集，了解設計原理，選定設計方案。2第2周至第3周完成交傳機車主傳

5、動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理的分析。3第4周至6周完成對TGA9型牽引變流器控制電路的結(jié)構(gòu)與工作原理的分析，查找資料完成牽引變流器的日常使用與維護。4第7至8周進行畢業(yè)設計論文初稿的撰寫。5第9周完成論文初稿的編寫。6第10周完成設計任務書。7準備畢業(yè)設計答辯。七、畢業(yè)設計答辯及論文要求1畢業(yè)設計答辯要求答辯前三天，每個學生應按時將畢業(yè)設計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導教師審閱，由指導教師寫出審閱意見。學生答辯時對自述部分應寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。答辯小組質(zhì)詢課題的關鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關的基

6、本理論、知識、設計與計算方法、實驗方法、測試方法，鑒別學生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。2畢業(yè)設計論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。圖紙要求:按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標準或工程要求繪制。2012年6月摘 要HXD1C型電力機車，運行穩(wěn)定、可靠，能滿足該型電力機車的運用要求，實現(xiàn)模塊化，通用化，降低了機車運營和維護成本。HXD1C型電力機車作為我國國產(chǎn)率最高的

7、新型大功率機車，在現(xiàn)代化鐵路運輸起著無可替代的重要作用。本畢業(yè)設計針對HXD1C型機車牽引變流器及控制系統(tǒng)的技術特點和主要參數(shù),描述了其結(jié)構(gòu)闡述了牽引變流器功能模塊和功能原理。對HXD1C型機車在運用中主變流器、制動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等常見故障進行原因分析,并介紹相應的措施。關鍵詞：電力機車 牽引變流器 冷卻系統(tǒng) 控制系統(tǒng)電力機車 常見故障 應對措施。AbstractHXD1C type electric locomotive, the operation is stable and reliable, and can satisfy the use of this type of electri

8、c locomotive requirements, realize modular, universal, reduce the locomotive operation and maintenance costs. HXD1C type electric locomotives in China GuoChanLv highest new type high power locomotive. In modern railway transportation plays an irreplaceable important role. The design specification fo

9、r HXD1C locomotive traction converters and control systems technical characteristics and main parameters, describes its structure elaborated traction converter function module and function principle. HXD1C locomotive main converter, braking system, auxiliary systems and common faults in the use of r

10、eason analysis. And introduce appropriate measures。 Keywords:Electric locomotive Traction converter Cooling system Control system of electric locomotive Common faults; Measures目 錄第一章 大功率交傳機車主傳動系統(tǒng)11.1 主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及技術特點11.2 交傳機車牽引電機的結(jié)構(gòu).21.3 大功率交傳機車牽引電機常用的調(diào)速方式與功率調(diào)節(jié)方式.2第二章 TGA9型牽引變流器主電路分析62.1 牽引變流器的簡介6 牽引變流

11、器的主要技術特點72.1.2 牽引變流器的主要參數(shù)72.1.3 牽引變流器的結(jié)構(gòu)72.2 多重四象限整流電路工作原理8四象限整流器9濾波電容的設計12濾波電容充電、放電過程122.3 中間直流環(huán)節(jié)濾波電路的結(jié)構(gòu)與電路14中間支撐電容14諧振吸收回路14接地故障檢測及固定放電電阻15斬波放電(直流放電)電路152.4 PWM逆變器結(jié)構(gòu)及工作原理162.4.1 PWM逆變器結(jié)構(gòu)。16 PWM逆變器原理。162.4.3 電壓型PWM整流器間接電流控制182.5 常用PWM芯片工作原理192.6 脈寬調(diào)制逆變器202.7 逆變橋的換相過程212.8 三相逆變器的變頻變壓的原理分析222.8.1 基本工

12、作方式180導電方式22 波形分析（圖2.25）222.9 IGBT的結(jié)構(gòu)及集成驅(qū)動電路分析23 IGBT的結(jié)構(gòu)23 IGBT集成驅(qū)動電路252.9.3 設計柵極驅(qū)動電路時，主要考慮的問題252.10牽引變流器過流、過壓與溫度保護電路.26第三章 TGA9型牽引變流器的使用維護283.1 牽引變流柜故障28 整流，逆變模塊28 TCU控制箱插件板29 網(wǎng)絡控制模塊故障29 牽引變流器短接接觸器293.2 制動系統(tǒng)303.3 車頂設備303.4 輔助系統(tǒng)30心得體會32參考文獻33第一章 大功率交傳機車主傳動系統(tǒng)1.1 主傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及技術特點交流傳動技術是一門綜合技術，但其本質(zhì)的特點是牽引電

13、機采用了交流異步電動機，其一系列的有點都是由此變現(xiàn)出來的。與傳統(tǒng)的直流傳動機車相比，交流傳動機車具有一些明顯的優(yōu)勢1、結(jié)構(gòu)簡單交流傳動采用的異步電動機除軸承外，沒有其它摩擦部件，結(jié)構(gòu)簡單，使得其可靠性大大優(yōu)于直流牽引電動機。直流電動機由于受到換向和機械強度的限制，最高轉(zhuǎn)速只能達25O0r/min左右，而交流電機的轉(zhuǎn)速可達4O00r/min以上。所以，在同樣功率的情況下，交流電機體積小，重量輕，從而改善了機車的動力學性能。2、粘著性能好異步電動機具有很硬的機械特性，當某個輪對發(fā)生空轉(zhuǎn)時，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)矩很快降低，具有很強的恢復粘著能力。空轉(zhuǎn)發(fā)生時，轉(zhuǎn)速上升值不大，這樣，機車在同樣的粘著重量下

14、，可以發(fā)揮出更大的起動牽引力和持續(xù)牽引力。異步電動機的工作點可以很方便地進行平滑調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)最大可能的粘著利用，不會出現(xiàn)粘著中斷的情況。同時，通過各軸的單獨控制，當某臺電機發(fā)生空轉(zhuǎn)時，可調(diào)節(jié)該臺電機，這樣能充分利用機車的粘著性能。由于上述特性和良好的控制功能，交流傳動系統(tǒng)的粘著系數(shù)可以利用得很高。3、功率大，恒功率范圍廣現(xiàn)代交流傳動機車最大輪周功率可達160OkW-18O0kW，制動功率可做到與額定牽引功率相等，恒功率速度比2.5-3。牽引功率大導致牽引力大，而又由于粘著性能好，大的牽引力能充分發(fā)揮其牽引能力。因此，交流傳動機車有強的使用靈活性，它既可滿足貨運的大的起動牽引力要求，又可滿足客運

15、高速度的要求，做到客貨機車通用，實現(xiàn)機車多拉快跑的目的。 4、可靠性高且維修簡便異步電動機無換向器、無電刷裝置;密封性好，防潮、防塵、防雪性能好;全部電氣部件均是絕緣的，且所用絕緣材料均為H級或F級，絕緣性能好，耐熱性能好。因此故障率低，可靠性高。同時，交流傳動機車的電氣主回路，取消了方向轉(zhuǎn)換開關、工況轉(zhuǎn)換開關等故障率較高的大電器，機車控制都是通過微機控制完成，主傳動系統(tǒng)的可靠性很高，維修量很小，且檢修簡便，維修費用大大降低。5、動力性能與制動性能好異步電動機體積小、重量輕，同時采用特殊的懸掛裝置，簧下重量小，有較高的曲線通過能力，對軌面的沖擊力小?？稍趶V闊的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)電制動，甚至可以制動

16、到零，制動功率大。一部分電制動的能量可用于其它輔助設備。1.2 交傳機車牽引電機的結(jié)構(gòu).電動機運行的三相異步電機。三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換。圖1.1 電動機外觀圖電動機有兩大部分組成：定子和轉(zhuǎn)子定子：定子是電動機靜止不動的部分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機座三部分組成轉(zhuǎn)子：電機中的旋轉(zhuǎn)部件。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組組成：1、轉(zhuǎn)子鐵心：和定子鐵心一樣，既是電動機磁路的一部分，又能安放轉(zhuǎn)子繞組。2、轉(zhuǎn)子繞組：有籠型和繞線型兩種。 （1）籠型繞組：導體用銅條或鋁條，兩頭用端環(huán)聯(lián)接。結(jié)構(gòu)可

17、靠簡單，但是轉(zhuǎn)子電阻固定。 （2）繞線型轉(zhuǎn)子：接成星型的三相繞組通過滑環(huán)與外電路聯(lián)接，便于串入電阻改善電動機的運行性能。1.3 大功率交傳機車牽引電機常用的調(diào)速方式與功率調(diào)節(jié)方式.1.3 大功率交流傳動機車牽引電機常用的調(diào)速方式與功率調(diào)節(jié)方式已知異步電動機的轉(zhuǎn)速n （1-1）從上式可見，改變供電頻率f2電動機的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可太到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。在生產(chǎn)機械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有

18、改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無換向電動機調(diào)速等。從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。1 變頻調(diào)速 在保證電動機變頻時磁通不變，該方式通過調(diào)節(jié)電源頻率實現(xiàn)無極調(diào)速；變頻調(diào)速方式又分交交與交直交兩大

19、類型，而后一種類型又分為電壓源型與電流源型。2 串級調(diào)速 該方式針對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串入一個反電動勢進而達到調(diào)速的目的。串級調(diào)速有電子串級和電機串級兩種方式。電子串級方式由整流器、電抗濾波器和有源濾波器組成。轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率通過整流器整流、電抗濾波后，由晶閘管變換裝置裝換為工頻交流電，經(jīng)逆變變壓器饋送給電網(wǎng)，或饋送給電動機定子變成為附加的電磁功率，此方式稱為內(nèi)反饋方式。電機串級調(diào)速方式則采用附加的直流電動機將轉(zhuǎn)差功率變?yōu)闄C械能，饋送給主電動機（機械串級），或通過異步電動機轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl電饋送給電網(wǎng)，該方式目前又被內(nèi)反饋式取代的趨勢。串級調(diào)速可以將差功率收回，整體效率高。但該方式如采用開環(huán)的方

20、式，電動機機械特性較軟，且僅適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。3 雙饋電動機調(diào)速 雙饋電動機調(diào)速就是對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的定子饋入恒壓（額定電壓）恒頻（工頻）電源、轉(zhuǎn)子饋入變壓頻電源的特殊型串級調(diào)速。該方式的容量在國內(nèi)已達到2400KW，國外已達到幾十兆瓦。該方式既可次同步調(diào)速，有可以超同步調(diào)速；但缺點是僅適應于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機4 變極調(diào)速 該調(diào)速方式通過改變定子繞組的接法去改變極對數(shù)，進而實現(xiàn)有級調(diào)速；若對高電壓大功率電動機進行調(diào)速，對所采用的轉(zhuǎn)換開關的要求比較高，一般采用油浸式或真空式開關。5 變阻調(diào)速 該方式通過在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子回路中串入可變電阻，以改變電流，降低輸出轉(zhuǎn)柜，即加大轉(zhuǎn)差

21、的方法實現(xiàn)調(diào)速。該方式調(diào)速范圍小，一般為50%100%；為滿足大功率調(diào)速的要求，且所串電阻一般為液體電阻或調(diào)速用頻敏電阻。6 液力偶合器調(diào)速 這是一種中間環(huán)節(jié)的調(diào)速裝置，它以籠型電動機為原動機，以液體（油）為工質(zhì)，由泵輪和渦輪組成。泵輪由原動機驅(qū)動，帶動工質(zhì)油旋轉(zhuǎn)，油所產(chǎn)生的動能和壓油的動能和壓力，從而改變泵輪與渦輪的轉(zhuǎn)差，實現(xiàn)液力偶合無極調(diào)速。其功過原理如圖1.2示。圖1.2 液壓偶合器工作原理液力偶合器從結(jié)構(gòu)上可以分為進口調(diào)節(jié)式、出口調(diào)節(jié)式和進出口調(diào)節(jié)式三種類型，國內(nèi)系列化產(chǎn)生的液力偶合器功率范圍為506300KW，調(diào)速范圍為10%90%，調(diào)速比為4:1或5:1，適合于3000r/min以

22、下的大功率風機、泵類負載。缺點是：液力偶合器使用得電動機與負載之間沒有直接連接，當液力偶合器出現(xiàn)故障時，沒法切換為工頻運行;油、水泵系統(tǒng)維修率高額定功率的15%。表1 .1 各種調(diào)速方法的比較調(diào)速方法變頻率f改變轉(zhuǎn)差率s變極對數(shù)雙饋電動機晶閘管串級調(diào)速轉(zhuǎn)子串級電阻調(diào)速液力偶合器調(diào)速電動機類型異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機籠型異步電動機多速異步電動機功率范圍/KW數(shù)千國內(nèi)已達到2400以上3020004數(shù)千30數(shù)千0.45100調(diào)速范圍5：110:12:14:12:14:12:15:12:14:1轉(zhuǎn)速變化率小低速時大較小大大較小平滑性能好好好好好有級轉(zhuǎn)矩特性恒轉(zhuǎn)

23、矩恒功率恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩或恒功率效率（%）90以上95以上80901-s1-s7090功率因數(shù)0.30.90.80.350.750.80.90.650.90.60.9投資費用高較高較高低一般低適用場合輥道、高速傳動及風機水泵等分機、水泵等風機、水泵等頻繁起動、短時低速運行。風機、水泵等機床、化工攪拌機、起重機械、風機、水泵等第二章 TGA9型牽引變流器主電路分析2.1 牽引變流器的簡介電力機車交流牽引傳動系統(tǒng)主要包括各高壓設備、主變壓器、牽引變流器、牽引電機及相應控制系統(tǒng)。其中，牽引變流器是電力機車傳動級控制的核心部件，其功能是實現(xiàn)將工頻電網(wǎng)中交流電通過變頻變壓控制，變換為適合于交流電

24、力機車運行要求及頻率可變的交流電。圖2.1所示。是我國自行研制的交流傳動干線貨運機車的牽引變流器。圖2.1 牽引變流器外觀圖牽引變流器參數(shù)額定輸入電壓：970/50HZ額定輸入電流：3*1390A中間電壓：DC 1800V額定輸出電壓：3AC 1375V額定輸出電流: 3*598A最大輸出電流: 3*814A控制電壓 DC 110V輔助電源：三相440/60HZ外形尺寸：（3100*1060*2000）mm質(zhì)量：2500kg該牽引變流器主電路采用交一直一交結(jié)構(gòu)，由電源側(cè)整流器和電機側(cè)逆變器兩部分組成，中間直流電路采用大容量支撐電容儲能的電壓型結(jié)構(gòu)，保證了兩側(cè)變流器(整流和逆變)能夠在互不干擾的

25、情況下工作。整流器采用四象限整流器，有利于提高機車的功率因素，減少諧波電流分量。逆變器采用單軸控制，當某一軸出現(xiàn)故障時，可以將其隔離，只損失部分牽引力，有利于機車運用。中間直流回路連接有二次諧振電路、過壓保護電路和接地檢測電路等。此外，控制系統(tǒng)還采用了直接轉(zhuǎn)矩控制技術、再生制動技術、TCN網(wǎng)絡技術等先進的控制技術。2.1.1牽引變流器的主要技術特點1）主電路特點。 牽引變流器輸入端為三重四象限變流器（網(wǎng)側(cè)變流器），直接連接到主變壓器的 3 個牽引繞組輸出端；牽引變流器輸出端為三相逆變器（電機側(cè)變流器），直接與牽引電機連接；中間直流環(huán)節(jié)包括支撐電容器、二次諧振電路、過壓斬波電路、接地檢測電路等。

26、開關元件采用3 300 V/1 200 A 等級 IGBT 元件，技術成熟可靠。2）控制電路特點。 變流器輸入端采用四象限變流器控制方式，具有中間直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定、功率因數(shù)接近于1、 能量可再生等優(yōu)點； 輸出端采用異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制方式， 具有動態(tài)響應特性優(yōu)良、 控制簡介高效、 牽引力變化平穩(wěn)等優(yōu)點。3）結(jié)構(gòu)設計特點。 各部件采用模塊化設計，具有整體結(jié)構(gòu)相對簡單、檢修維護方便等優(yōu)點。4）冷卻系統(tǒng)特點。 牽引變流器冷卻采用水冷卻方式， 具有冷卻效率高、 體積質(zhì)量小、 維護方便等優(yōu)點。2.1.2 牽引變流器的主要參數(shù)變流器的主要電氣和結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.1所示。2.1.3 牽引變流器的結(jié)構(gòu)牽引變流器

27、作為一臺完整的組裝設備安裝在機械間內(nèi),由變流器模塊 、牽引控制單元 （TCU）、線路接觸器和預充電單元、接地檢測單元、諧振電容、斬波電阻、冷卻系統(tǒng)及各類監(jiān)視控制傳感器組成，各類部件可以方便地拆卸。斬波電阻布置在變流器側(cè)面，左側(cè)預留了檢修空間，檢修時可以從側(cè)面取出。諧振電容布置在變流器背部，檢修時需要將變流器吊出，但是諧振電容一般故障率較低。 其余部件均布置在變流路正面。表2.1 變流器主要電氣和結(jié)構(gòu)參數(shù)項目技術參數(shù)四象限變流器額定輸入電壓/V額定輸入電流/A最大輸入電流/A元件開關頻率/Hz控制方式AC 97013901544450-中間直流環(huán)節(jié)中間直流電壓/V支持電容/mF二次協(xié)振電感/mH

28、二次協(xié)振頻率/HzDC 180025.80.27100逆變器輸出電壓/V額定輸出電流/A最大輸出電流/A極薄頻率范圍/Hz控制方式三相AC 01 4045988140117直接轉(zhuǎn)矩控制冷卻參數(shù)冷卻方式水和添加劑體積比散熱功率/kW強迫水循環(huán)冷卻44%/56%80結(jié)構(gòu)參數(shù)外觀尺寸mm*mm*mm質(zhì)量/kg31001060200（長寬高）約25002.2 多重四象限整流電路工作原理牽引變流器電路原理圖見圖2.2,其功能和狀態(tài)參數(shù)均由TCU監(jiān)控和保護.機車在牽引工況時,變流器將主變壓器次邊繞組上的單相交流電轉(zhuǎn)變成驅(qū)動牽引電機所需的變壓變頻三相電制動工況時.牽引電機處于發(fā)電工況,變流器將電機發(fā)出的電能

29、反饋給電網(wǎng),以第一個主電路單元為例說明變流器主電路的工作原理.牽引變壓器牽引繞組a1原x1輸入電壓首先經(jīng)由KM4 R1 組成的充電回路對直流回路的支撐電容充電.充電完成后閉合短接接觸器KM1牽引工況時單相工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)四象限PWM 整流器整流為1800V直流電壓.再經(jīng)逆變器逆變?yōu)槿郪VVF電壓供給牽引電機,再生制動工況時牽引電機發(fā)出的三相電壓經(jīng)整流,逆變后通過牽引變壓器,受電弓反饋回電網(wǎng),電抗器L1 和C3C8 組成二次諧振回路.用于濾除四象限PWM 整流器輸出的二次諧波電流RCH1 為過壓斬波電阻,用于直流回路的過電壓抑制R4 為固定放電電阻袁用于將支撐電容上的電壓放至安全電壓以下；R8

30、R9 為直流分壓電阻、中點接地,用于變流器主電路接地檢。圖2.2 變流器電路原理圖2.2.1、四象限整流器在牽引變流器中，四象限整流器設計成變流器模塊的形式，外觀圖參見圖2.3。變流器模塊(以下簡稱模塊)集成了IGBT元件、水冷散熱器、溫度傳感器、門控單元、門控電源、脈沖分配單元、支撐電容器、低感母排等部件。模塊上IGBT元件之間及與支撐電容的連接使用低感母排(Busba:)，減少了線路上的雜散電感，省去了吸收電路，使電路更為簡潔可靠。脈沖分配單元與門控單元間的信號傳輸通過光纖實現(xiàn)，解決了高壓隔離問題，提高了模塊的抗干擾性能。圖2.3 變流器模塊的外觀圖四象限整流器在牽引工況下進行交-直變換，

31、將來自牽引變壓器的單相交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為中間電路提供電能：在再生制動工況時，通過中間直流電路進行直-交變換，將電能回饋電網(wǎng)。四象限整流器(4QS)這一術語表示的是在牽引工況以及制動工況下，電壓和電流間的相位角完全可調(diào)節(jié)的。通過對電壓和電流間的相位角控制，能夠在全部四象限內(nèi)工作，從而實現(xiàn)能量的雙向流動圖2.4 四象整流電路圖原理采用IGBT作為開關器件的四象限整流器，由高運算粗粒能力的DSP產(chǎn)生PWM脈沖進行控制。當電機工作在電動狀態(tài)的時候，整流控制單元控制整流側(cè)IGBT的開關和通斷。IGBT的開通與斷開與輸入電抗器共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正彈性弦電流波形，這樣就消除了二極

32、管整流產(chǎn)生的諧波。使功率因數(shù)高達99%，消除了對電網(wǎng)的諧波污染。此時能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆流回路向電機，變流器工作在第一，第三象限。輸入電壓和輸入電流波形如圖2.5所示。圖2.5 輸入電壓和輸出電流的波形當電動機工作在發(fā)電機狀態(tài)的時候，電機產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)的熱、二極管回饋到直流母線，當直流母線電壓超過一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動，將直流逆變成交流，此時能量由電機通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。變流器工作在二。四象限。輸入電抗器的主要功能是電流濾波?；仞侂娏骱碗娋W(wǎng)電壓的波形如圖2.6所示。圖2.6 回饋電流和電網(wǎng)電壓的波形簡單的電壓型四象限脈沖整流器的基本原理，儲能器與直流側(cè)負載并聯(lián)

33、。結(jié)合圖2.7 PWM 整流器的理想模型來說明 PWM 變流電路的基本功能：圖2.7 PWM整流器在圖2.7中，AC/DC 變流器為 PWM 整流電路的主電路，輸入部分由電網(wǎng)電動勢u 和交流側(cè)電感 L 組成，輸出部分則是由負載電阻和負載電動勢功組成(電動勢是由負載電感產(chǎn)生)。做理想化假設，AC/DC 無損耗，則變換前后率不變，即： （2-1）式中： 輸入交流側(cè)電壓和電流；輸出直流電壓和電流。在理想情況下，輸入（交流）功率和輸出（直流）功率達到平衡，因此可以通過對輸入側(cè)的控制實現(xiàn)對輸出側(cè)的控制，由圖可以看出，輸入輸出各參量存在如下關系： (2-2)假設交流側(cè)輸入電流的幅值保持不變，則電感上的電壓

34、的幅wL也保持不變。電網(wǎng)電壓、輸入電壓和電感上電壓三者構(gòu)成三角形關系，所以通過控制輸入電壓即可以實現(xiàn) PWM 整流電路的四象限運行。 儲能器所接受的電流是正弦形的，其頻率為供電頻率的2倍，幅值恰好等于直流側(cè)負載電流。 另一方面，在該儲能器上的電壓是一個純直流電壓。 所以，對于這個作為儲能器的電抗兩端網(wǎng)絡來說，加在其上的直流電壓不引起電流，而流過雙倍網(wǎng)頻的交流電流也不會在其端子上引起電壓。 一般情況下電流中有一定大小的諧波。為使牽引變流器輸入電流的諧波盡可能的小，四象限整流器的開關頻率應足夠的大。在大功率使用場合，由于開關器件自身開關時間或大電流等多方面的限制。必須采取其他措施來改善變流器輸入電

35、流的品質(zhì)，我們通常采用多重化四象限整流電路，各重四象限整流器的載波錯開一定的相位角，從而抵消部分諧波分量，改善輸入電流品質(zhì)。2.2.2、濾波電容的設計整流濾波電路的原理如圖2.8 所示，主要有 D1D4二極管、濾波電容C 和負載電阻 RFZ組成。如果負載電阻RFZ等效為電源設備的穩(wěn)壓電路，就對濾波電路提出指標要求。在整流電路輸出電壓、功率保證的情況下，主要是對紋波電壓的要求。紋波電壓是指濾波電路、穩(wěn)壓電路輸出直流電壓含有的波動電壓。 如果濾波電路輸出的紋波電壓過大，將導致穩(wěn)壓電路輸出紋波電壓增大，甚至難以穩(wěn)壓。紋波電壓是由整流輸出的單相脈動電壓對濾波電容C 的充電 、放電過程產(chǎn)生的；在負載 R

36、FZ不變的條件下，電容 C 的大小決定著紋波電壓的高低。 可見，電容 C 的設計，應依據(jù)紋波電壓的要求來設計。 圖2.8 整流濾波電路原理2.2.3濾波電容充電、放電過程針對圖2.9 濾波電路 ，用示波器測試的波形圖分析 C 的充電、放電過程更為直觀。 當K 斷開時，全波整流電路輸出的電壓波形，即為濾波電路的輸入電壓Ui，如圖2 所示 ，是把圖2.9 整流濾波形圖輸入的正弦波電壓Ui（有效值）圖2.9 的轉(zhuǎn)變成頻率為 100 Hz 的單向脈動電壓，如圖2.9 的。 當 K 接通時，濾波電路輸出的直流電壓為U0，并疊加有紋波電壓U，如圖 2.9 的。 如果圖 2中的和重疊后， 在示波器上就會出現(xiàn)

37、圖 2.9 中的波形圖。 從圖 2.9 的中就可分析出電容 C 的充電與放電過程。圖2.9 的，為圖 2.8 電路處于穩(wěn)態(tài)時輸出的 Uc電壓波形，U 是紋波電壓，其幅度決定于 C 和負載 RFZ的大小。如圖2所示，當處在0t1， U0=UcUi，C處于放電過程，D1D4均處于截止狀態(tài)； 在 t1t2，UiU0=Uc，C處于充電過程，D2、D處于導通狀態(tài)，D1、D4處于截止狀態(tài)；在 t2t3，uiU0=Uc， C隨ui規(guī)律放電， 仍存在 D2、D3處于導通狀態(tài)，D1、D4處于截止狀態(tài)；在t3t4， uiU0=Uc，C處于放電過程，D1D4處于截止狀態(tài)。 從 t4后開始，其過程同 t1t4。 可以

38、看出從 t1t3期間，是電容 C 充電過程，紋波電壓的變化規(guī)律和 Ui（Ui=U0=Uc） 相同 ； 在 t3t4期間，Uc按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)為 =RFZC。IGBT是電子開關元件，其開通和關斷的頻率相對較高。下面舉例說明整流器從無電流的狀態(tài)開始的工作過程。參見圖2.10，如果在正半波時，S2或S3兩個IGBT開關中的一個處于開通狀態(tài)，變壓器次邊繞組處于短路狀態(tài)，電流開始上升。此時，如果原來開通的IGBT關斷，由于變壓器的漏電感使電流連續(xù)。電流通過IGBT開關Sl或S4的續(xù)流二極管流入直流支撐回路并緩慢降低。利用這一原理，電流就可以圍繞一個參考值上下波動且COS尹和直流支撐電壓值能保持在

39、要求的范圍內(nèi)。IGBT開關頻率決定每個周期的脈沖數(shù)量，脈沖頻率越高，電流值能越精確地跟蹤參考電流值。圖2.10 四象限整流器的電流/電壓波形2.3 中間直流環(huán)節(jié)濾波電路的結(jié)構(gòu)與電路2.3.1、中間支撐電容中間支撐電容作為能量存儲單元，其作用是對中間直流回路的電壓進行濾波和緩沖。因為在一個短的時間周期內(nèi)輸入的能力和輸出的能量不對等，因此必須在中間直流回路設置支撐電容，也可以說支撐電容對整流器和逆變器進行了能量解藕。牽引變流器的中間支撐電容是由分布在各變流器模塊內(nèi)的電容器組成。2.3.2、諧振吸收回路諧振吸收回路是一個諧振電路，由諧振電容器和置于主變壓器中的諧振電抗器組成，用來過濾中間直流回路中兩

40、倍于輸入電壓頻率的能量流產(chǎn)生的紋波，如圖2.11。它作為一個串聯(lián)的諧振電路工作，其諧振頻率為兩倍基波頻率。為了保證其諧振頻率的精確，諧振電容器分為固定的基礎電容器和容值可調(diào)的電容器兩部分。該可調(diào)電容器可由用戶定期調(diào)整，以避免頻率的漂移。圖2.11 諧振電路2.3.3、接地故障檢測及固定放電電阻圖2.12 接地故障檢測簡圖如圖2.12所示，接地故障檢測電路由跨接在中間直流電路的兩個串聯(lián)分壓電阻和中點電壓檢測的電壓傳感器組成，串聯(lián)分壓電阻的中點接地，中點檢測信號送TCU內(nèi)的檢測電路(濾波電容器、運算放大器和一個比較電路)判斷主電路是否接地。在正常工況下，傳感器測得的電壓值等于中間直流電壓的1/2。

41、如果發(fā)生接地故障，被測電壓就會因電容器充電的改變而發(fā)生變化，電容器的電壓值將達到中間直流電壓的0%或者100%。這樣，就可以檢測到接地故障。同時，并聯(lián)在中間直流回路上的高阻值電阻，還起到固定放電電阻的作用，用于牽引變流器非正常關閉后直流支撐電容和二次諧振電容的固定放電。牽引變流器停機后，如果快速放電回路有故障不能泄放中間直流電能，則固定放電電阻可在規(guī)定時間內(nèi)將中間直流電壓降至安全電壓以下。2.3.4、斬波放電(直流放電)電路如圖2.13所示，牽引變流器的中間直流回路并聯(lián)有斬波放電電路，用于中間直流過壓保護和停機后的快速放電。RcH為斬波電阻，由一個IGBT功率元件控制電阻的投切，當TCU檢測到

42、中間直流電壓超過規(guī)定值時，將觸發(fā)斬波管(IGBT)開通，中間直流的能量通過斬波電阻快速的釋放掉，使中間直流電壓迅速的恢復正常值，隨后斬波管關閉，穩(wěn)定中間電壓。變流器正常停機后，中間直流支撐電容和二次諧振電容上的能量也將通過斬波回路快速釋放。圖2.13 中間直流回路斬波放電電路2.4 PWM逆變器結(jié)構(gòu)及工作原理圖2.14 PWM逆變器原理圖2.4.1 PWM逆變器結(jié)構(gòu)。該逆變電路以六個IGBT()作為開關器件，IGBT可以由門極控制關斷，所以該電路采用自換相方式，無需輔助換相電路。電路輸出側(cè)接一組星行連接的電容器組，主要有兩個作用：一是對輸出PWM電流波形進行濾波，減小電流中的諧波：二是在IGB

43、T換相時提供換相回路，以減小IGBT關斷時的過電壓。與電壓源型逆變電路不同，PWM式電流源型逆變電路在控制中不能采用三相導通方式，如果三相導通，則各相電流與負載的工作情況有關，從這個意義上講，其電流將不是唯一可控的，同時由于直流側(cè)電流不能突變，負載必須為電流提供通路，同一時刻必須有兩相導通，所以PWM式電流源型逆變電路采用兩相導通的方式。PWM 變流器具有電能雙向流動的功能，當電能由電網(wǎng)流向負載時，處于整流狀態(tài)；而當電路向電網(wǎng)回饋電能時，PWM 變流器處于逆變狀態(tài)。2.4.2 PWM逆變器原理。從電力電子技術發(fā)展來看，整流器是較早應用的一種AC/DC變換裝置。整流器的發(fā)展經(jīng)歷了由不控整流器(二

44、級管整流)、相控整流器(晶閘管整流)到PWM整流器(門極關斷功率開關管)的發(fā)展歷程。傳統(tǒng)的相控整流器，雖應用時間較長，技術也較成熟，且被廣泛應用，但仍存在以下問題:(l)晶閘管換向引起電網(wǎng)電壓波形畸變。(2)網(wǎng)側(cè)諧波電流對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染。(3)深控時網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)很低。(4)閉環(huán)控制時動態(tài)相應相對比較慢。雖然二極管整流器，改善了整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，但仍會產(chǎn)生網(wǎng)側(cè)諧波電流而污染電網(wǎng);另外二極管整流器的不足還在于其直流電壓的不可控性。針對上述不足，PWM整流器對傳統(tǒng)的相控二極管整流器進行了全面改進。其關鍵的改進在于用全控型功率開關管取代了半控型功率開關管或二極管，以PWM斬控整流取代了相控整流或不

45、控整流。因此，PWM整流器可取得以下優(yōu)良性能:(1)網(wǎng)側(cè)電流為正弦波。(2)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制(如單位功率因數(shù)控制)。(3)電能雙向傳輸。(4)較快的動態(tài)控制相應。顯然，PWM整流器已不是一般意義上的AC/DC變換器。由于電能的雙向傳輸，當PWM整流器從電網(wǎng)吸取電能時，其運行于整流工作狀態(tài);而當PWM整流器向電網(wǎng)傳輸電能時，其運行于有源逆變工作狀態(tài)。所以此時的PWM整流器我認為可以叫PWM整流器了圖2.15 PWM整流器的主電路圖三相PWM整流器主電路如圖2.15所示，采用IGBT作為系統(tǒng)功率開關器件。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，三相變換器同三相逆變器一樣均采用了三級型PWM調(diào)制技術，功率開關器件IGBT始終

46、處于工作狀態(tài)，使變換器三相輸入電流中的諧波成分非常小，電流波形失真因數(shù)近似為“1”，從而解決了變換器由于輸入電流畸變引起的功率因數(shù)下降問題。也就是說，保證交流輸入側(cè)電壓與電流同相位(基波相移因數(shù)為1)成為獲得高功率因數(shù)的最首要條件。由于三相變換器采用三級型PWM控制，可通過不同的調(diào)制方法控制輸入電流im(m=a，b，c)的相位和幅值，從而達到:(l)保持變換器輸出的直流電壓恒定。(2)保持變換器輸入電流Im和電網(wǎng)電壓Um同相位，即實現(xiàn)基波相移因數(shù)為1。因此PWM控制方法成為決定基波相移因數(shù)，即決定變換器功率因數(shù)的關鍵。雖然有多種控制方法，但其控制策略大致相同。如圖2.16，如果忽略高次諧波，功

47、率變換部分可以等效為一個三相交流電壓源，其單相(以A相為例)基波等效電路圖2.16 單相等效電路由圖2.16可見，Ura。是控制量，通過不同的控制方法適當調(diào)節(jié)Ura。的大小和相位，就能控制輸入電流的相位以控制系統(tǒng)功率因數(shù);同時控制輸入電流的大小以控制傳入功率變換部分的能量，也就控制了直流側(cè)輸出電壓。因此，通常采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)相結(jié)合的雙閉環(huán)控制方式。電壓外環(huán)保證穩(wěn)定的輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)主要用于提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。綜上可見，PWM整流器實際上是一個交、直流可控的四象限運行的變流裝置。該裝置的核心在于網(wǎng)側(cè)電流的控制，一方面，可以通過控制PWM整流器交流側(cè)電壓，間接控制網(wǎng)側(cè)電流;另一方面，也可通

48、過網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)控制，直接控制PWM整流器的網(wǎng)側(cè)電流，下面分別舉例說明這兩種電流控制的PWM整流器的控制思路的優(yōu)缺點。2.4.3電壓型PWM整流器間接電流控制間接電流控制技術實質(zhì)上是，通過PWM控制，在變換器交流側(cè)生成幅值、相位受控的正弦PWM電壓。一該PWM電壓與電網(wǎng)電動勢共同作用于變換器交流側(cè)，并在變換器交流側(cè)形成正弦基波電流，而諧波電流則由變換器交流側(cè)電感濾除。由于這種變換器電流控制方案通過直接控制變換器交流側(cè)電壓進而達到控制變換器交流側(cè)電流的目的，因而是一種間接電流控制方式。這種間接電流控制由于無需設置交流電流傳感器以構(gòu)成電流閉環(huán)控制，因而是一種簡單控制方案。從控制方式上，間接電流控制又

49、分為靜態(tài)間接電流控制和動態(tài)間接電流控制。這里以靜態(tài)間接電流控制為例來簡述其控制的原理。三相電壓性PWM整流器靜態(tài)間接電流控制，主要依據(jù)三相交流側(cè)基波電流電壓矢量的靜態(tài)關系，求解相應的控制算法。圖2.17便是一單相為例畫出的靜態(tài)間接電流控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖中為實現(xiàn)直流側(cè)電壓無靜差控制，電壓調(diào)節(jié)器輸出為交流側(cè)電流的指令信號，在通過控制運算，最終輸出IGBT的驅(qū)動信號，從而實現(xiàn)了三相電壓性PWM整流器靜態(tài)間接電流控制，并穩(wěn)定了直流側(cè)電壓。圖2.17 靜態(tài)間接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖這種靜態(tài)間接電流控制實現(xiàn)比較簡單，而且不需要檢測網(wǎng)側(cè)電流，結(jié)構(gòu)簡單，容易編程。但這種結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化敏感，動態(tài)相應比較慢，

50、存在瞬態(tài)直流電流偏移等等缺點。2.5 常用PWM芯片工作原理逆變器控制插件采用美國T I 公司生產(chǎn)的高性能DSP芯片VC33，主要功能為：應用SVPWM脈寬調(diào)制技術向逆變器模塊提供DC-AC變換調(diào)制脈沖，并通過輸出端電壓傳感器采樣實現(xiàn)對輸出電壓的閉環(huán)控制，使輸出電壓穩(wěn)定1，并具有保護逆變器電路的功能。PWM控制芯片SG3525 具體的內(nèi)部引腳結(jié)構(gòu)如圖2.18所示。其中，腳16 為SG3525 的基準電壓源輸出，精度可以達到（5.11）V，采用了溫度補償，而且設有過流保護電路。腳5、腳6、腳7 內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)設電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525 的振蕩器。振蕩器

51、還設有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內(nèi)部誤差放大器 的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB 左右。 根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9 和腳1 之間一般要添加適當?shù)姆答佈a償網(wǎng)絡。圖2.18 SG3525的引腳圖2.19 SG3525的內(nèi)部框圖2.6 脈寬調(diào)制逆變器脈寬調(diào)制逆變器由三個相模塊組成，逆變器在輸出端U、V、W處提供一個變頻變壓的三相交流電源。在原理上，可以將IGBT簡單理解為非?？焖俚拈_關。有了這種模型，可以想象3個輸出端U、V、W可以與中間直流回路中的“+”或“一”端任意相連，其開通或關斷的模式必須保證逆變器

52、的輸出為三相正弦交流。在圖2.20中，圖示了兩個輸出端子之間的電壓。兩輸出端子之間輸出電壓的最大幅度值取決于中間直流電壓.可以通過改變IGBT逆變器的占空比來調(diào)節(jié)輸出電流的有效值。輸出電壓波形重復的頻率和脈寬調(diào)制逆變器的輸出頻率相同。在制動工況時，電機軸上的轉(zhuǎn)矩的方向與電機旋轉(zhuǎn)的方向相反，電壓和電流之間產(chǎn)生了很大的相移。通過設定基波電壓，脈寬調(diào)制逆變器能保證這一電壓和電流之間的相移。圖2.20 脈寬調(diào)制逆變器的方式工況圖2.21 脈寬調(diào)制逆變器的脈沖工況圖2.22 制動工況下電壓和電流的相位2.7 逆變橋的換相過程如圖2.23逆變電路中到換相的等效電路，其他各個IGBT之間的換相過程與此相似。

53、圖中是輸出側(cè)幾個電容的等效電容，設在換相前其電壓極性如圖2.23所示。整個換相過程可以分為以下幾個階段： 圖2.23 換相過程圖1） 在A時刻觸發(fā)上橋臂的IGBT器件，由于的電壓極性是上正下負的，不會承受反壓而自動關斷。2） 關斷，電流則迅速有換相到，此時電流路徑有兩條：u相負載w相負載和v相負載w相負載，此時電流由u相向v相換相，u相電流向充電，隨著的電壓逐漸升高，u相電流逐漸減小，同時v相電流逐漸增大。3） 兩端電壓最終將升高到超過uv兩相的線電壓。當u相電流減小到0時，輸出電流最終完全轉(zhuǎn)移到v相，換相過程結(jié)束。2.8 三相逆變器的變頻變壓的原理分析三個單相逆變電路可組合成一個三相逆變電路

54、,應用最廣的是三相橋式逆變電路圖2.24 三相電壓型橋式逆變電路2.8.1 基本工作方式180導電方式1)每橋臂導電180，同一相上下兩臂交替導電，各相開始導電的角度差120 。2)任一瞬間有三個橋臂同時導通。3)每次換流都是在同一相上下兩臂之間進行，也稱為縱向換流2.8.2 波形分析（圖2.25）1)負載各相到電源中點N的電壓：U相，1通，=Ud/2，4通，=-Ud/2。2)負載線電壓 （2-3）3)負載相電壓 （24）圖2.25 電壓型三相橋式逆變電路的工作波形2.9 IGBT的結(jié)構(gòu)及集成驅(qū)動電路分析2.9.1、IGBT的結(jié)構(gòu)IGBT是一個三端器件，具有柵極G、集電極C和發(fā)射極E，目前多數(shù)的IGBT為N溝道型。IGBT簡化等效電路和圖形符號如圖2.26所示。從圖中可看出，IGBT是有雙極型晶體管與MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu)，相當于一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP集體管，圖中的是集體管基區(qū)內(nèi)的調(diào)制電阻。IGBT是一種場控器件，起開通與關斷是有柵極和發(fā)射極間的電壓決定的，當為且大于開啟電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，并為晶體管提供基極電流，進而使IGBT導通。當施加反向電壓或不加電壓時MOSFET內(nèi)溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，使得IGBT關斷。圖2.26 IGBT簡化等效電路和圖形符號由于制作工藝的不同，常導致器件具有不同的異性。按照IGBT器件C、E間擊