基于HVIPM模块的电力机车变频控制

　　1 引言

　　三菱公司在电力机车领域发展了一门新的技术，就是采用基于新一代高压智能功率模块(hvipm)两电平变频控制，该产品紧凑、轻巧，而且在模块内部集成了驱动电路和各种保护功能。

　　目前在电力机车拖动上的发展趋势是要求有更快的速度、更高的能效、更舒适的乘坐和更低的维修频度。要达到这些目的，使用绝缘栅双极晶体管(igbt)是一种比较好的方法，因为它能提供快速的开关、低损耗和低能量电压驱动控制回路。基于igbt的变频器一般体积较小、重量轻、效率高、控制快和噪音低。三菱公司正在发展的技术将是利用更小、更轻和更可靠的下一代高压智能功率模块(hvipm)，hvipm是由igbt组成，并内置门驱动电路和保护回路(是由igbt模块与内置门极驱动电路和保护电路所组成)。

　　本文将介绍的就是基于3.3kv hvipm的电力机车变频控制系统。

　　2 电力机车牵引的两电平变频器

　　三菱公司推出的变频器原型将是下一代电力机车用的紧凑、轻巧、高可靠、低维护量和环保的变频器。图1所示是在电力机车上主要的技术挑战目标和他们的解决方案。

　　在三菱公司的每台机车中都有两部分共计8个马达组成(图2)，而表1列出了变频器的基本技术指标。本系统采用进线为直流1500vdc的逆变器方式，配置为4台410kw(各控制2台205kw的交流电机)，采用风冷和矢量控制。

　　该变频器(或逆变器)的主回路采用3.3kv/1.2kahvipm模块，其回路电感可通过采用低感充油式滤波电容和层积式母排来降低。另外，其元器件数量的降低使变频器本体更加可靠、小巧和轻灵。

　　图3所示是hvipm的外观， 除了igbt外， 该模块还包括集成式(集成的)门驱动电路，以及检测和防止过流、过压、过热和门驱动电压不足(门极驱动欠压)等故障的电路。

　　3 低噪音设计

　　噪音是在电力机车变频器设计中必须考虑的一个重要环境因素。三菱公司引入了一种高载波频率技术和零矢量调制功能以保证新型两电平变频器的低噪音指标，并基本和三电平变频器所能达到的噪音等级一致。该载波频率带宽为800～1200hz，能降低噪音和能耗。同时采用零矢量调制则可以避免机车和牵引头之间的机械共振。

　　图4所示是使用这种方法的电机电流频率分布的频谱分析。在机车运行在30km/h时，距离牵引头1.5m的地方测得为65db，与三电平的变频器的噪音相类似。而且，采用零调制技术将可能获得更低的噪音。