从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展_一_.pdf

1 2 5/2006 综述·评论 从GTO变流器到IGBT变流器看传动技术的发展 （一） W.Runge（德） 摘 要：铁道机车动车在完成其牵引和运输任务中，传动技术起着决定性的作用。无论是在发挥牵引力方 面，还是在与电网的关系方面，电力电子学和交流传动控制技术赋予了传动新的特征。GTO技术为交流传动的发 展作出了重要贡献。但最近期间IGBT技术有了长足的发展，其功率和电压应用范围得到了扩大，并逐步取代GTO。 以德国BR423型城市高速铁路电动车组、BR185型电力机车以及瑞士联邦铁路Re484多流制机车的牵引变流 器为例介绍了IGBT技术的优点和新的潜力。 关键词：交流传动；变流器；电力电子元件；GTO；IGBT 中图分类号：TN303 文献标识码：A 文章编号：1671-8410(2006)05-0012-05 W. Runge(Germany) Abstract: Bombardier Transportation for the class-423“S-Bahn” EMUs and for Deutsche Bahn’ of which an eloquent example is to be found on Bombardier’ Re 484). Key words: A.C drive; converter; power electronic element; GTO; IGBT 0 引言 1 16.7 Hz电气化铁路牵引传动的发展阶段 目前大功率电力机车动车的传动技术正经历着变 1.1单相交流串励电动机传动 革，交流技术的突破应归功于GTO晶闸管。GTO技术 铁路干线电气化始于1910年，1990年制造出用单 已很成熟，新兴的IGBT传动技术发展迅速，越来越多 相交流串励电动机的机车。由于铁路电网的频率较低， 地用于新造机车动车上。采用IGBT技术的变流器组件 要使用换向磁场分路，电机很少在达到设计转速时无 体积变小了，复杂度和损耗功率降低了，开关频率提 火花地换向。为控制其电压，也就是控制转速和转矩， 高了。 开发了各种换接系统，它们能在负荷下尽可能精细地 铁道机车动车传动技术面临着越来越多的特殊挑 分级和换接变压器绕组的抽头，例如用电流分配扼流 战。与此同时，它在MW级传动技术的发展中占有领 圈的接触器、用微调器的凸轮组合开关和最后用晶闸 先地位。全球只有少数几家制造厂家致力于该领域的 管负荷开关或晶闸管调节器的高压调压开关。 工作。本文以庞巴迪传动技术制造厂的观点，介绍了 使用高压调压开关时，为了精细分级和减小换向 干线机车动车传动用GTO和IGBT技术的发展。 电流，需要增加用于变压器上的额外费用。随着晶闸 5/2006 从GTO变流器到 IGBT变流器看传动技术的发展 （一） 1 3 管负荷开关的使用，20世纪60年代电力电子学就进入 首台1 400 V中间直流环节电压的机车传动变流器（1987 了传动技术领域 （当时德国联邦铁路的E10、E40、E50 年起向BT/SZU铁路提供了8台使用这种GTO变流器的 型和后续系列BR111、BR151及BR103型电力机车）。从 机车，从1989年起向瑞士联邦铁路 （SBB）、苏黎世城 1974年起，这种技术日臻完善，LEW机车厂开发的晶 市高速铁路提供了115台用这种GTO变流器的Re450型 闸管调节器，可以连续甚至是静态地在高调压开关每 电力机车）。 级约500 V电压之间转接（今天的BR155、BR143、RB112 80年代末有了可供使用的4 500 V/3 000 A的GTO， 型电力机车）。