CN108574307B - 一种列供主电路的igbt软开关控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种列供主电路的IGBT软开关控制方法，本发明中在未启动四象限整流模块前，控制器通过按照一定开关占空比控制IGBT，IGBT开时，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压加列车负载上；启动四象限整流模块后，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程。该方法在一定程度上能够使客车负载电压上升率得到有效控制，避免输出过压过流故障的发生，提高了列供柜的可靠性。

Description

一种列供主电路的IGBT软开关控制方法

技术领域

本发明涉及列车供电系统领域，更具体地，涉及一种列供主电路的IGBT软开关控制方法。

背景技术

列车供电系统主要应用于铁路客运列车的供电。我国铁路客运列车供电一般采用机车集中供电的供电方式。机车集中供电即由机车将电网输入的交流电整流成直流，并向客运列车各个车厢提供DC600V的直流供电电压，各车厢再将该直流电压转变成所需的电能形式，从而驱动列车负载。

现有列供柜主电路控制时序为：闭合充电接触器→闭合短接接触器→启动四象限整流模块→闭合输出接触器，其详细过程如图2。这种主电路控制方法会导致四象限整流模块输出的直流600V电压突加到负载上，对负载的冲击很大，而且在满载情况下对四象限的控制带来很大挑战，容易发生过压故障，客运列车负载切除过程中同样会造成负载两端电压及电流的过快下降，对负载产生冲击。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种列供主电路的IGBT软开关控制方法，该方法在一定程度上能够使客车负载电压上升率得到有效控制，避免输出过压故障的发生，提高了列供柜的可靠性，

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种列供主电路的IGBT软开关控制方法，所述列供主电路将交流电通过四象限整流模块转化为直流电并输出到列车负载，四象限整流模块和交流电源之间还串联有一预充电单元，预充电单元包括充电接触器KM1、充电电阻R1、短接接触器KM2，充电接触器KM1与充电电阻R1串联后与短接接触器KM2并联，四象限整流模块和列车负载之间还并联有支撑电容Cd，列供主电路还包括一IGBT，IGBT的源极接整流电路的正极输出，IGBT的漏极接列车负载的正极，IGBT的栅极连接有一控制器；

所述列供主电路的IGBT软开关控制方法包括以下步骤：

S1：闭合预充电单元的充电接触器KM1，支撑电容Cd开始充电；

S2：当支撑电容Cd的电压达到预设电压值后，闭合预充电单元的短接接触器KM2，之后充电接触器KM1断开；

S3：控制器通过按照一定开关占空比控制IGBT，IGBT开时，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压加列车负载上；

S4：经过预设的时间后，控制器控制IGBT使其始终保持开的状态；

S5：启动四象限整流模块，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程。

在一种优选的方案中，所述列供主电路还包括续流二极管，续流二极管的正极接列车负载的负极，续流二极管的负极接IGBT的漏极。当列车负载切除时，续流二极管为列车负载内部电流提供续流回路，避免负载切除过程中电流突变。

在一种优选的方案中，步骤S2中，闭合预充电单元的短接接触器KM2后，经过延时时间T之后充电接触器KM1跳开，其中，0.5s<T<2s。

在一种优选的方案中，所述的延时时间T为1s。

在一种优选的方案中，步骤S2中，所述的预设电压值为380V~420V。

在一种优选的方案中，步骤S3中，四象限整流模块进行不可控整流输出直流400V的电压。

在一种优选的方案中，步骤S3~S4中，控制器控制IGBT使其始终保持开的状态，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压加列车负载上。

在一种优选的方案中，步骤S3~S4中，通过控制器控制IGBT的开关频率，并逐步递增占空比，直至IGBT始终保持开的状态，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上。

在一种优选的方案中，步骤S3中，控制器通过按照一定开关占空比控制IGBT，并且保持预设的占空比不变，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上。

在一种优选的方案中，所述方法还包括断开列车负载供电的过程，具体步骤为：

S6：关闭四象限整流模块，四象限整流模块进行不可控整流，输出直流370V~400V的电压到列车负载，使列车负载的电压从600V降到370V~400V；

S7：通过控制器控制IGBT的开关占空比，四象限整流模块进行不可控整流输出的直流370V~400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上，使列车负载的电压进一步减小；

S8：经过预设的时间后，控制器控制IGBT使其始终保持关的状态，此时列车负载的电压减小为0，完成列车负载的切除。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明公开一种列供主电路的IGBT软开关控制方法，本发明中在未启动四象限整流模块前，通过控制器控制IGBT的开关占空比，IGBT开时，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压加列车负载上；该方法在一定程度上能够使客车负载电压上升率得到有效控制，避免输出过压故障的发生，提高了列供柜的可靠性。

附图说明

图1为列供主电路的示意图。

图2为列供主电路的IGBT软开关控制方法的流程图。

图3为始终保持开的状态时IGBT开关状态图。

图4为占空比递增的IGBT开关状态图。

图5为占空比不变的IGBT开关状态图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种列供主电路的IGBT软开关控制方法，如图1所示，所述列供主电路将交流电通过四象限整流模块转化为直流电并输出到列车负载，四象限整流模块和交流电源之间还串联有一预充电单元，预充电单元包括充电接触器KM1、充电电阻R1、短接接触器KM2，充电接触器KM1与充电电阻R1串联后与短接接触器KM2并联，四象限整流模块和列车负载之间还并联有支撑电容Cd，列供主电路还包括一IGBT，IGBT的源极接整流电路的正极输出，IGBT的漏极接列车负载的正极，IGBT的栅极连接有一控制器；

所述列供主电路还包括续流二极管T1，续流二极管T1的正极接列车负载的负极，续流二极管T1的负极接IGBT的漏极。当列车负载切除时，续流二极管T1为列车负载内部电流提供续流回路，避免负载切除过程中电流突变。

如图2所示，所述列供主电路的IGBT软开关控制方法包括以下步骤：

S1：闭合预充电单元的充电接触器KM1，支撑电容Cd开始充电；

S2：当支撑电容Cd的电压达到380V~420V后，闭合预充电单元的短接接触器KM2，1s后充电接触器KM1断开；

S3：控制器通过按照一定开关占空比控制IGBT，IGBT开时，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压加列车负载上；

S4：经过预设的时间后，控制器控制IGBT使其始终保持开的状态；

S5：启动四象限整流模块，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程。

本实施例方法在一定程度上能够使客车负载电压上升率得到有效控制，避免输出过压故障的发生，提高了列供柜的可靠性。

实施例2

在实施例1所述的列供主电路基础上，本实施例中，如图3所示，列供主电路的IGBT软开关控制方法包括以下步骤：

S1：闭合预充电单元的充电接触器KM1，支撑电容Cd开始充电。

S2：当支撑电容Cd的电压达到380V~420V后，闭合预充电单元的短接接触器KM2，1s后充电接触器KM1断开。

S3：控制器控制IGBT使其始终保持开的状态，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流400V电压加列车负载上。

S4：启动四象限整流模块，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程。

本实施例中，在未启动四象限整流模块前，控制器控制IGBT使其始终保持开的状态，IGBT在主电路中作为软开关使用，当控制器发出高电平命令时，IGBT导通，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流400V电压加列车负载上。启动四象限整流模块后，整流输出直流600V电压到列车负载，实现对客车负载供电。

实施例3

实施例2的方法会导致不可控整流输出电压400V，突加到列车负载，列车负载电压上升很快，对负载产生冲击，不满足TB/T 3063-2011中要求“输出电压上升率不大于500V/ms”，而且客车一般存在蓄电池、滤波电容等容性负载，容易发生过流故障。

为了使客车负载电压上升率得到有效控制，本实施例在实施例1的列供主电路基础上进行改进，本实施例中，如图4所示，列供主电路的IGBT软开关控制方法包括以下步骤：

S1：闭合预充电单元的充电接触器KM1，支撑电容Cd开始充电。

S2：当支撑电容Cd的电压达到380V~420V后，闭合预充电单元的短接接触器KM2，1s后充电接触器KM1断开。

S3：通过控制器控制IGBT的开关频率，并逐步递增占空比，直至IGBT始终保持开的状态，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上。

S4：启动四象限整流模块，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程。

本实施例中，在未启动四象限整流模块前，通过控制器控制IGBT的开关频率，并逐步递增占空比，直至IGBT始终保持开的状态，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上，列车负载的电压逐步上升；该方法在一定程度上能够使客车负载电压上升率得到有效控制，避免输出过压故障的发生，提高了列供柜的可靠性，并且能够满足TB/T 3063-2011中“输出电压上升率不大于500V/ms”的要求。

实施例4

实施例3的方法通过改变IGBT开关占空比，并按一定增量逐步递增占空比，来控制IGBT软开关的导通，该方法在一定程度上能够使客车负载电压上升率得到有效控制，但是为了满足TB/T 3063-2011中“输出电压上升率不大于500V/ms”的要求，需要调节的控制参数比较多，参数之间存在耦合关系，工程实现比较麻烦。

为实现工程化简单实用，本实施例对实施例3进行改进，如图5所示，本实施例中，列供主电路的IGBT软开关控制方法具体包括以下步骤：

S1：闭合预充电单元的充电接触器KM1，支撑电容Cd开始充电。

S2：当支撑电容Cd的电压达到380V~420V后，闭合预充电单元的短接接触器KM2，1s后充电接触器KM1断开。

S3：控制器通过按照一定开关占空比控制IGBT，并且保持预设的占空比不变，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V~400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上。

S4：启动四象限整流模块，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程。

本实施例步骤S3中，通过控制器控制IGBT的开关占空比，并且保持预设的开关频率不变。该方法在IGBT开关频率恒定不变时，按照一定的占空比来控制IGBT软开关的导通，该方法只需要调节占空比一个参数，就可以控制输出电压上升率，很容易工程化实现，从而将整流电路输出的直流电通过该IGBT软开关控制方法缓慢上升的方式提供给客运列车负载，避免负载冲击，满足铁标TB/T 3063-2011电压上升率要求，避免输出过流故障的发生，提高了列车供电柜的可靠性。

本实施例中，所述方法还包括断开列车负载供电的过程，具体步骤为：

S6：关闭四象限整流模块，四象限整流模块进行不可控整流，输出直流400V的电压到列车负载，使列车负载的电压从600V降到400V；

S7：通过控制器控制IGBT的开关占空比，四象限整流模块进行不可控整流输出的直流400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上，使列车负载的电压进一步减小；

S8：经过预设的时间后，控制器控制IGBT使其始终保持关的状态，此时列车负载的电压减小为0，完成列车负载的切除。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种列供主电路的IGBT软开关控制方法，所述列供主电路将交流电通过四象限整流模块转化为直流电并输出到列车负载，四象限整流模块和交流电源之间还串联有一预充电单元，所述预充电单元包括充电接触器KM1、充电电阻R1、短接接触器KM2，充电接触器KM1与充电电阻R1串联后与短接接触器KM2并联，四象限整流模块和列车负载之间还并联有支撑电容Cd，其特征在于，列供主电路还包括一IGBT，IGBT的源极接四象限整流模块的正极输出，IGBT的漏极接列车负载的正极，IGBT的栅极连接有一控制器；

所述列供主电路的IGBT软开关控制方法包括以下步骤：

S1：闭合预充电单元的充电接触器KM1，支撑电容Cd开始充电；

S2：当支撑电容Cd的电压达到预设电压值后，闭合预充电单元的短接接触器KM2，之后充电接触器KM1断开；

S3：控制器通过按照一定开关占空比控制IGBT，IGBT开时，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V～400V电压加列车负载上；

S4：经过预设的时间后，控制器控制IGBT使其始终保持开的状态；

S5：启动四象限整流模块，整流输出直流600V电压到列车负载，完成列车负载供电过程；

所述列供主电路还包括续流二极管，续流二极管的正极接列车负载的负极，续流二极管的负极接IGBT的漏极；

步骤S2中，闭合预充电单元的短接接触器KM2后，经过延时时间T之后充电接触器KM1跳开，其中，0.5s<T<2s；所述的预设电压值为380V～420V；

步骤S3～S4中，通过控制器控制IGBT的开关频率，并逐步递增占空比，直至IGBT始终保持开的状态，四象限整流模块进行不可控整流，输出的直流370V～400V电压随着IGBT的开关占空比加到列车负载上；

所述方法还包括断开列车负载供电的过程，具体步骤为：

S6：关闭四象限整流模块，四象限整流模块进行不可控整流，输出直流370V～400V的电压到列车负载，使列车负载的电压从600V降到370V～400V；

S7：通过控制器控制IGBT的开关占空比，四象限整流模块进行不可控整流输出的直流370V～400V电压随着IGBT的开关占空比加列车负载上，使列车负载的电压进一步减小；

S8：经过预设的时间后，控制器控制IGBT使其始终保持关的状态，此时列车负载的电压减小为0，完成列车负载的切除。

Images