IGBT在客車DC 600V系統逆變器中的應用與保護
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(6)如果將方波電壓按照正弦波的規律調制成一系列脈沖，即使脈沖系列的占空比按正弦規律排列，當正弦值為最大時，脈沖的寬度也最大；反之，當正弦值為最小時．脈沖的寬度也最小，把脈沖的寬度調制的越細．即一個周期內脈沖的個數越多，調制后輸出的波形越好，電動機負載的電流波形越接近于正弦波，圖6為負載波形。
由于IGBT的耐過壓和耐過流能力較差，一旦出現意外就會損壞，因此必須對IGBT進行保護，客車DC 600 V供電系統逆變器的IGBT模塊有過壓、欠壓保護，過流、過載、過熱等保護功能。
3．1 過壓和欠壓保護
使用IGBT作開關時．由于主網路的電流突變，加到IGBT集電-發射問容易產生高直流電壓和浪涌尖峰電壓。直流過電壓的產生是輸入交流電或IGBT的前一級輸人發生異常所致。解決方法是在選取IGBT時進行降額設計；也可在檢測m過壓時分斷IGBT的輸入，IGBT的安全。目前，針對浪涌尖峰電壓采取的措施有：
(1)在工作電流較大時，為減小關斷過電壓，應盡量使主電路的布線電感降到最小；
(2)設置如圖7所示的RCD緩沖電路吸收保護網絡，增加的緩沖二極管使緩沖電阻增大，避免導通時IGBT功能受阻的問題。
對于由接觸網電壓的波動而造成的輸出欠壓，逆變器可以不停止工作，而是采取降頻降壓的方式，即當輸人電壓低于540 V時，逆變器按照Y／F=C(常數)的規律降頻降壓工作。
3．2 過流與過載保護
空調客車的IGBT模塊逆變器具備承受電動機負載突加與突減的能力：當輸出側和負載發生短路時，逆變器能立即封鎖脈沖輸出，并停止工作，IGBT產生過電流的原因有晶體管或二極管損壞、控制與驅動電路故障或干擾引起的誤動、輸出線接錯或絕緣損壞等形成短路、逆變橋的橋臂短路等。IGBT承受過電流的時間僅為幾微秒。通常采取的過流保護措施有軟關斷和降低柵極電壓兩種。
軟關斷抗干擾能力差，一旦檢測到過流和短路信號就關斷，容易發生誤動，往往啟動保護電路，器件仍被損壞。降低柵極電壓則是在檢測到器件過流信號時，立即將柵極電壓降到某一電平，此時器件仍維持導通，使過電流值不能達到最大短路峰值，就可避免IGBT出現鎖定損壞。若延時后故障信號仍然存在，則關斷器件；若故障信號消失，驅動電路可自動恢復正常工作狀態．大大增強了抗干擾能力。
當逆變器的輸出超過其自身的輸出能力，稱為過載，逆變器的過載檢測靠輸出側的電流傳感器或輸入側的直流電流傳感器。一般情況下逆變器的過載保護為反時限特性。即設定過載電流為額定電流的1．5倍持續1 min后保護，而低于1．5倍可延長保護動作時間。而高于1．5倍時則保護動作的時間小于1 min。
3．3 過熱保護
當逆變器的散熱器溫度超過允許溫度時，散熱器的熱保護繼電器給出信號讓逆變器的控制電路自動封鎖脈沖，停止工作。通常流過IGBT的電流較大，開關頻率較高，故器件的損耗較大。若熱量不能及時散掉，器件的結溫將會超過最大值125℃，IGBT就可能損壞。散熱一般是采用散熱器，可進行強迫冷卻。實際應用中，采用普通散熱器與強迫冷卻相結合的措施。并在散熱器上安裝溫度開關，可在靠近IGBT處加裝一溫度繼電器，以檢測IGBT的工作溫度。同時，控制執行機構在發生異常時切斷IGBT的輸入，以保護其安全。
4 結語
IGBT模塊開關具有損耗小、模塊結構便于組裝、開關轉換均勻等優點。已越來越多地應用在鐵路客車供電系統中。在應用IGBT時，應根據實際情況對過流、過壓、過熱等采取有效保護措施，以保證IGBT安全可靠地運行。
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