IGBT在客車DC 600V系統(tǒng)逆變器中的應(yīng)用與保護(hù)
加入技術(shù)交流群
(6)如果將方波電壓按照正弦波的規(guī)律調(diào)制成一系列脈沖，即使脈沖系列的占空比按正弦規(guī)律排列，當(dāng)正弦值為最大時(shí)，脈沖的寬度也最大；反之，當(dāng)正弦值為最小時(shí)．脈沖的寬度也最小，把脈沖的寬度調(diào)制的越細(xì)．即一個(gè)周期內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)越多，調(diào)制后輸出的波形越好，電動(dòng)機(jī)負(fù)載的電流波形越接近于正弦波，圖6為負(fù)載波形。
由于IGBT的耐過壓和耐過流能力較差，一旦出現(xiàn)意外就會(huì)損壞，因此必須對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù)，客車DC 600 V供電系統(tǒng)逆變器的IGBT模塊有過壓、欠壓保護(hù)，過流、過載、過熱等保護(hù)功能。
3．1 過壓和欠壓保護(hù)
使用IGBT作開關(guān)時(shí)．由于主網(wǎng)路的電流突變，加到IGBT集電-發(fā)射問容易產(chǎn)生高直流電壓和浪涌尖峰電壓。直流過電壓的產(chǎn)生是輸入交流電或IGBT的前一級(jí)輸人發(fā)生異常所致。解決方法是在選取IGBT時(shí)進(jìn)行降額設(shè)計(jì)；也可在檢測(cè)m過壓時(shí)分?jǐn)郔GBT的輸入，IGBT的安全。目前，針對(duì)浪涌尖峰電壓采取的措施有：
(1)在工作電流較大時(shí)，為減小關(guān)斷過電壓，應(yīng)盡量使主電路的布線電感降到最??；
(2)設(shè)置如圖7所示的RCD緩沖電路吸收保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，增加的緩沖二極管使緩沖電阻增大，避免導(dǎo)通時(shí)IGBT功能受阻的問題。
對(duì)于由接觸網(wǎng)電壓的波動(dòng)而造成的輸出欠壓，逆變器可以不停止工作，而是采取降頻降壓的方式，即當(dāng)輸人電壓低于540 V時(shí)，逆變器按照Y／F=C(常數(shù))的規(guī)律降頻降壓工作。
3．2 過流與過載保護(hù)
空調(diào)客車的IGBT模塊逆變器具備承受電動(dòng)機(jī)負(fù)載突加與突減的能力：當(dāng)輸出側(cè)和負(fù)載發(fā)生短路時(shí)，逆變器能立即封鎖脈沖輸出，并停止工作，IGBT產(chǎn)生過電流的原因有晶體管或二極管損壞、控制與驅(qū)動(dòng)電路故障或干擾引起的誤動(dòng)、輸出線接錯(cuò)或絕緣損壞等形成短路、逆變橋的橋臂短路等。IGBT承受過電流的時(shí)間僅為幾微秒。通常采取的過流保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降低柵極電壓兩種。
軟關(guān)斷抗干擾能力差，一旦檢測(cè)到過流和短路信號(hào)就關(guān)斷，容易發(fā)生誤動(dòng)，往往啟動(dòng)保護(hù)電路，器件仍被損壞。降低柵極電壓則是在檢測(cè)到器件過流信號(hào)時(shí)，立即將柵極電壓降到某一電平，此時(shí)器件仍維持導(dǎo)通，使過電流值不能達(dá)到最大短路峰值，就可避免IGBT出現(xiàn)鎖定損壞。若延時(shí)后故障信號(hào)仍然存在，則關(guān)斷器件；若故障信號(hào)消失，驅(qū)動(dòng)電路可自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)．大大增強(qiáng)了抗干擾能力。
當(dāng)逆變器的輸出超過其自身的輸出能力，稱為過載，逆變器的過載檢測(cè)靠輸出側(cè)的電流傳感器或輸入側(cè)的直流電流傳感器。一般情況下逆變器的過載保護(hù)為反時(shí)限特性。即設(shè)定過載電流為額定電流的1．5倍持續(xù)1 min后保護(hù)，而低于1．5倍可延長保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。而高于1．5倍時(shí)則保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間小于1 min。
3．3 過熱保護(hù)
當(dāng)逆變器的散熱器溫度超過允許溫度時(shí)，散熱器的熱保護(hù)繼電器給出信號(hào)讓逆變器的控制電路自動(dòng)封鎖脈沖，停止工作。通常流過IGBT的電流較大，開關(guān)頻率較高，故器件的損耗較大。若熱量不能及時(shí)散掉，器件的結(jié)溫將會(huì)超過最大值125℃，IGBT就可能損壞。散熱一般是采用散熱器，可進(jìn)行強(qiáng)迫冷卻。實(shí)際應(yīng)用中，采用普通散熱器與強(qiáng)迫冷卻相結(jié)合的措施。并在散熱器上安裝溫度開關(guān)，可在靠近IGBT處加裝一溫度繼電器，以檢測(cè)IGBT的工作溫度。同時(shí)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)生異常時(shí)切斷IGBT的輸入，以保護(hù)其安全。
4 結(jié)語
IGBT模塊開關(guān)具有損耗小、模塊結(jié)構(gòu)便于組裝、開關(guān)轉(zhuǎn)換均勻等優(yōu)點(diǎn)。已越來越多地應(yīng)用在鐵路客車供電系統(tǒng)中。在應(yīng)用IGBT時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)過流、過壓、過熱等采取有效保護(hù)措施，以保證IGBT安全可靠地運(yùn)行。
評(píng)論