8K型电力机车辅助逆变器控制系统和IGBT驱动保护技术的研究 (1)论文.pdf

北京交通大学硕士学位论文
型电力机车辅助逆变器控制系统
和丁驱动保护技术的研究
摘要
电力机车用辅助电源逆变器取代进口电力
机车故障率高的辅助电源后,己有二百多台实际运行了
很长一段时间。运行结果说明,辅助逆变器的设计
是合理的,能满足机车恶劣环境的运行需要。但经过长
期运行后,也暴露出了几个问题。本文以此为出发点对
其控制系统进行了研究和改进设计,并在此基础上对
工的驱动保护技术进行了研究。
本文将先进的在系统可编程技术工和技术
运用到机车上,解决了型电力机车工辅助逆变器
原控制系统中的脉冲分配核心器件的老化问
题。重新设计了开关电源,用单端反激式取代了推挽式,
用电流控制方式替代了电压控制方式,去掉了可靠性不
高的保险管。采用动态的过流保护阂值的方法解决了辅
助逆变器机组低温启动过程中的过流保护问题。对
型电力机车工辅助逆变器存在的低温短路保护问题
进行了大量的现场试验,以研究低温对于系统的影响。
在大量实验的基础上,排除了工主电路的低温问题,
确定了影响系统低温性能的因素,对此进行了分析,并
提出了采用二极管钳位的解决方法。重新设计的控制系
统在大同通过了高低温试验。这些问题的解决具有重大
的现实意义。
对开关过程的优化和短路保护技术进行了研
究,从理论上分析了栅极驱动参数对开关期间
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、开关损耗以及工的影响,为进一步研究提供了
理论依据。用工仿真研究了栅极驱动参数对工
短路的影响。
对大功率的的开关特性进行了研究,设计了
的驱动保护电路,采用驱动方法
优化了开关损耗和
在对国外几种典型的工驱动电路比较研究的基
础上,研制了一种新型工驱动保护电路。其中采用
可编程逻辑器件实现输入侧逻辑功能用脉冲变压器替
代光祸来传输控制信号提出了动态关断的方法优化了
关断过程,在小的开关损耗和开关时间下抑制了过电
压,可以实现无缓冲工作采用了软降栅压和软关断相
结合的短路保护措施,并且仅在开通瞬间设置保护盲
区。仿真和试验结果证明,本驱动电路能够根好的实现
正常驱动、动态关断以及短路保护等功能。
关键词辅助逆变器,控制系统,工驱动保护
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、、
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一
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第一章绪论
选题的背景及论文的提出
八十年代中期为了解决晋煤外运中铁路运输动力不足的问
题,国家决定进口一批电力机车以解燃眉之急。最后选定了由法
国阿尔斯通公司牵头的欧洲赫兹集团推荐的轴交直传动大
功率电力机车,铁道部命名为型电力机车。型电力机车
自引进投入运行以来,共台分别在北京铁路局的丰台机务
段、大同西电力机务段运营。其辅助电源中的逆变器机组,
由该集团的公司设计。在设计的当时,其技术属于世界先
进水平。但公司因当时的设计技术所限和对实用经验
不足,以至于电力机车投入运行以后,其辅助逆变器
逆变器机组几乎每天都有烧损故障发生,严重影响列车的安全可
靠运行。据应用部门反应,对电力机车的检修,有一半的精
力放在逆变器机组上。为此,保修期由四年延长至七年。
保修期结束后, 公司已不再负责维修,与此同时,国外厂
家给我们电力机车提供的配件元件已停止生产,不再
给我们供货,而国内生产的元件因质量所限,装车使用更
容易烧损。所以,国内很多家单位开始型电力机车辅助逆变
器的研究,但结果都不令人满意。为此,本实验室开始了该课题
的开发研究工作并最终装车试运行成功。到目前为止,一共有二
百多台在实际运行。
长期的运行结果说明,工辅助逆变器的设计是合理的,
能基本满足机车恶劣环境的运行需要,但是还存在一些不足之
处。一是当初设计工辅助逆变器控制系统时,为了确保上车
的成功,采用了原辅助逆变器控制系统上的实现脉
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冲分配和主要逻辑功能。但国外已经不再生产,目前
只能使用从报废的原控制系统上卸下的芯片,这种老化芯片
的使用大大降低了其可靠性。长期运行中发现,有的逆变器的脉
冲分配器不能正常工作,有时即使能够正常工作,手指的轻微接
触也会影响其输出。二是原辅助逆变器的开关电源采用开环
的推挽式结构,在进行工辅助逆变器设计时,同样为了提高
成功率,仍然采用了推挽式结构,只不过由开环改成闭环。实际
中发现随着输入电压的变化时,无反馈的输出稳定性较差,