在70年代末期之前,牽引傳動係統主要采用快速晶閘管。但是晶閘管存在著明顯的缺點,主要體現在:(1)關斷增益比較大,普遍在3~5之間,門極關斷電流大,門極驅動電路複雜,驅動功率也比較高。(2)需要非常繁雜的開關吸收電路。(3)開關頻率比較低,隻有200Hz~300Hz。這就導致了變流機組的結構複雜,效率低下,可靠性較差,維修難度也比較高。
由於晶閘管的以上缺點,可以通過兩種創新途徑進行改良。第一種是結構改進和工藝創新,製做出了集成門極換流晶閘管。集成門極換流晶閘管的性價比很高,可靠性也比較好,采用了強驅動的門極控製技術,顯著的提高了晶閘管的性能,也取消了開關吸收電路,簡化了結構;加入了緩衝層,把原先的陽極短路結構變為比較薄的透明發射極,減少了矽片厚度,也減少了通態、動態功耗和開關損耗。第二種是混合集成技術,可以把多種不同的器件相結合,相互彌補,獲得具有優異綜合性能的新器件。絕緣柵雙極晶體管是將場效應管和雙極型三極管混合集成,進而獲得高達幾十千赫茲的開關頻率,避免了二次擊穿問題,也不需要吸收電流,具有電流飽和性等優點。
隨著各種高性能電力電子器件的誕生,上世紀80年代中後期,集成門極換流晶閘管應用於大功率交流傳動軌道列車,使得車輛的綜合性能得到了很大程度的提高。進入上世紀90年代,中高壓絕緣柵雙極晶體管的問世,使得變流傳動機組又得到了更新換代。自2002年起,絕緣柵雙極晶體管應用在輕型以及重型城市郊區軌道車輛的牽引傳動係統中,之後又在大功率電力機車得到了廣泛應用。各種大功率電力電子器件及先進的控製技術出現,確立了現代交流傳動技術的優勢,使軌道車輛電傳動技術發生了根本變革,由直流傳動向交流傳動轉變。
三、結束語
軌道車輛以其客流量大、節能、綠色環保等特點,是各大中型城市的交通問題有效解決措施。隨著我國經濟水平的增長和城市化進程的日益加快,軌道車輛的技術研究與應用前景日益廣闊。為了滿足市場的需求,跟上世界牽引傳動技術的發展趨勢,需要我們結合現狀,並進行進一步研究開發,輻射到電氣自動化、節能環保等領域,研發出具有自主知識產權的國產高性能牽引傳動係統。
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