永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置制造方法及图纸

本发明专利技术永磁直驱系统中牵引逆变器的隔离保护设备，具体为永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置，包括相保护模块，其中相保护模块包括IGBT模块T1，IGBT模块T1两端并联有关断电压尖峰吸收电路，该关断电压尖峰吸收电路上串联有RC吸收电路、IGBT模块T2和二极管D1，IGBT模块T1和IGBT模块T2都和各自的控制单元连接，且IGBT模块T2的驱动信号比IGBT模块T1的驱动信号延迟一段时间。本方案以IGBT动态电力电子开关装置代替高压隔离接触器应用在永磁直驱系统中，其开通关断由电控单元TCU控制，动作迅速，三相分、合动作可以做到准确、同步，是一种应用价值比较高的开关，为高质量地开展永磁直驱系统暂态稳态试验提供了前提。

【技术实现步骤摘要】
永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置
本专利技术永磁直驱系统中牵引逆变器的隔离保护设备，具体为永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置。
技术介绍
随着高速铁路的迅速发展，永磁材料耐腐蚀性和热稳定性的改善以及在电机应用中成本的降低，使得永磁牵引电机在铁路机车上得到广泛应用。特别是由于牵引电机安装空间有限，要求输出功率大、调试范围宽，相比于异步电动机，永磁电机结构更紧凑、功率密度高、宽负载范围内效率更高，且不需要额外增加齿轮箱，因此永磁电机在机车牵引中的应用将具有更大的吸引力和发展前景。但是，由于永磁同步电机的永久磁铁在外部不供电时也能使定子线圈产生交链磁通，因此轨道交通永磁同步牵引系统处于惰行工况时，永磁电机将产生反电势，反电势会给牵引系统带来诸多问题：（1）如果反电势较大，且逆变器直流侧电容不能完全吸收再生能量导致电流侧过电压，当电压值大于IGBT耐压值时，IGBT可能被烧毁；（2）如果逆变器发生故障，如相与相之间短路，则惰行时的反电势会扩大故障影响；（3）电机若需要重新投入，则较高的反电势为重投带来困难。目前，普遍采用的办法就是在永磁牵引电机与牵引逆变器之间增加高压接触器进行隔离，使用耐压相当高的元件防止IGBT损坏，当惰行或者故障时，通过控制高压接触器断开，将牵引逆变器与永磁牵引电机隔离，起到保护器件的作用。接触器由于采用机械分断电流，响应时间达数百毫秒，永磁直驱系统中，接触器分断期间，电机反向电动势回馈到逆变器，逆变器直流母线电压急剧抬升，易对逆变器用电气部件造成破坏。同时，接触器也存在真空管损坏、拒合、空合等常见故障，有较高的维护成本。
技术实现思路
本专利技术依托于大功率永磁直驱系统项目，采用电力电子器件绝缘栅双极性晶体管（IGBT）替代机械隔离接触器，由于IGBT是一种VDMOS与双极晶体管的组合器件，集MOSFET和GTR的优点于一体，既具有功率MOSFET高输入阻抗、高速、热稳定性好、驱动功率小的特点，又具有GTR通态电压低、导电损耗小且耐压高的优点，能很好地满足要求。采用IGBT设计电力电子开关可满足及时开通、及时关断，消除延时，三相分合闸同时，运行时无噪声，是理想的开关元器件。基于此，本专利技术采用一套IGBT电力电子开关装置来实现永磁同步牵引系统三相逆变与电机的连通与关断。本专利技术是采用如下的技术方案实现的：永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置，包括相保护模块，其中相保护模块包括IGBT模块T1，IGBT模块T1两端并联有关断电压尖峰吸收电路，该关断电压尖峰吸收电路上串联有RC吸收电路、IGBT模块T2和与IGBT模块T2反并联二极管方向相反的二极管D1（二极管D1的阳极连接到电机侧，阴极连接到逆变器侧），IGBT模块T1和IGBT模块T2都和各自的控制单元连接，且IGBT模块T2的驱动信号比IGBT模块T1的驱动信号延迟一段时间。使用时，逆变器的一相输出接到IGBT模块T1的发射极E，IGBT模块T1的集电极C接到电机侧一相输入，三个相保护模块连接到逆变器的三相输出和电机之间；正常工作时，逆变器正向电压通过IGBT模块T1中反并联二极管传递到电机侧，负向电压通过IGBT模块T1中IGBT传递到电机侧，关断IGBT模块T1后，关断瞬间，IGBT模块T1会有较高的关断电压尖峰，为了避免较高的关断电压尖峰损坏IGBT，需要在IGBT模块T1两端并联RC吸收电路，由于本专利技术应用在三相交流电路中，串入的RC电路会在三相逆变电路相间形成回路，无法完全隔断逆变器侧和电机侧，需要在RC吸收电路上串联一个IGBT模块T2和与T2反并联二极管方向相反的二极管D1控制RC吸收电路，使RC吸收电路吸收T1关断电压尖峰后T2切断，具体设置T2的关断时间延时T1一段时间（约10us），T1关断后10us内T2仍然开通，RC吸收电路吸收T1关断电压尖峰。整个快速断路保护装置在微秒时间内切断。本专利技术技术方案带来的有益效果为：本方案以IGBT动态电力电子开关装置代替高压隔离接触器应用在永磁直驱系统中，其开通关断由控制单元控制，克服了传统触点式机械开关开通关断延时、运行时有噪音的缺点，动作迅速，三相分、合动作可以做到准确、同步，是一种应用价值比较高的开关，为高质量地开展永磁直驱系统暂态稳态试验提供了前提。附图说明图1为IGBT相保护模块电气连接结构图。图2为永磁直驱系统快速断路保护装置接线图。具体实施方式依托于大功率永磁直驱系统验证该专利技术装置，整个系统具体连接方式如图2所示。该方案借助一个逆变功率模块中的元器件作为一个IGBT快速断路保护装置。具体实施时，借用逆变功率模块的一相桥臂下管IGBT作为开关IGBT（T1），借用与之配套的电容和慢放电电阻作为RC吸收回路，借用其上管IGBT（T3）的反并联二极管作为二极管D1，借用另一相桥臂下管IGBT（T2）与T3一起控制RC回路的切断。将3个装置分别接入逆变电路的三相输出中。将3个快速断路保护装置的IGBT（T1、T2）的脉冲光纤和反馈光纤连接至永磁直驱调试用TCU上。TCU逻辑信号同时控制三个快速断路保护装置里T1、T2的门极信号，保证三个装置所有T1同时开通关断，T2也同时开通关断且延时T1一段时间。正常运行时，通过T1的IGBT和反并联的二极管形成开关装置。关断瞬间，电机反向电动势向三相逆变回路回馈能量，TCU向三相逆变回路及三个快速断路保护装置T1发出关断信号，T1经过微秒级别的延时后关断，TCU逻辑信号控制T2的关断时间延时T1约10us，保证T1关断10us内，RC吸收回路可以吸收IGBT的关断尖峰。T2关断后，吸收电容C通过电阻R放电。三相桥臂整个快速断路保护装置在微秒时间内切断。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置，其特征在于包括相保护模块，其中相保护模块包括IGBT模块T1， IGBT模块T1两端并联有关断电压尖峰吸收电路，该关断电压尖峰吸收电路上串联有RC吸收电路、IGBT模块T2和与IGBT模块T2反并联二极管方向相反的二极管D1，IGBT模块T1和IGBT模块T2都和各自的控制单元连接，且IGBT模块T2的驱动信号比IGBT模块T1的驱动信号延迟一段时间。

【技术特征摘要】
1.永磁直驱系统中利用IGBT实现的一种快速断路保护装置，其特征在于包括相保护模块，其中相保护模块包括IGBT模块T1，IGBT模块T1两端并联有关断电压尖峰吸收电路，该关断电压尖峰吸收电路上串联有RC吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海刚，俞晓丽，王立虎，牛勇，李锦，赵晨凯，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西,14