効率的な電力制御のための鉄道トラクションシステムにおけるサイリスタの適用

サイリスタの紹介

サイリスタは、ゲートトリガーの後と保持境界下にある現在の低下まで、電流を通す、ビステーブルスイッチとして機能する4層半導体デバイスです。高電圧と低伝導損失の電流を処理する能力は、重い電気システムに不可欠です。鉄道の牽引では、電力需要はいくつかのメガワットを超えることができ、チリスタは、信頼性の高い動作に必要な堅牢性、効率、および制御を提供します。メカニカルスイッチとは異なり、それらは、過酷な電気システムに不可欠です。アーク騒音や過小径の発生を低減し、過小径の振動、振動を低減します。

鉄道トラクションにおけるサイリスタの役割

現代の鉄道の牽引システムは、オーバーヘッドの陰性線または3分の1のレールから牽引モーターへの電力の精密な管理を必要とします。サイリスタは、この電力の電子変換に集中し、AC-to-DCとDC-to-AC変換を有効にします制御電圧と電流。彼らは整流器、インバータ、DCチョッパーで採用され、電気複数のユニット(EMU)、機関車、および車両の回転制御制御のバックボーンを形成します。車両および車両の回転制御および回転制御装置は、DCの回転制御回路の制御回路の制御回路の制御および回転回路の車両に使用されます。

制御整流器

サイリスタベースの制御整流器は、DC トラクションモーターの調節可能な DC 電圧に、頭上線から AC 供給を変換します。サイリスタリングアングルを変化させることにより、エンジニアはモータ電圧を調整し、大きな電力抵抗器なしで滑らかな加速と減速を可能にします。初期のサイリスタドライブは、フェーズ制御ブリッジ(例えば、単相または三相フルコントロールブリッジ)を使用して、スライプな DC 条件を継続的に制御し、効率的な制御能力を向上します。パワーパワーモータドライバー制御パワードライバーパワーコントロールドライバーパワーパワードライバーパワーパワーパワーパワーパワードライバーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワードライバーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワードライバーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワードライバードライバードライバードライバーパワーパワーパワーパワーパワーパワーパワードライバードライバーパワードライバー

再生ブレーキ用インバータ

AC トラクションシステムでは、サイリスタを使用して電圧ソースインバーター(VSI)は、DC をラインまたは電池から可変周波数 AC に変えます誘導または永久磁石同期モーター。重要な進歩は、ゲートターンオフサイリスタ (GTO) および統合されたゲートカットサイリスタ (IGCT) のゲートカットサイリスタ (IGCT) の制御を強制的なコンマテーションを可能にする。回生ブレーキ中に、逆転のモーターは、DC の動作を、または DC の制御回路を他のシステムに制御する、または、または、AC コントロールコントロールコントロールスイッチを、または、または、または、または、または、DC コントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロールコントロール

現代牽引の高度のサイリスタのタイプ

従来の相制御式サイリスタ(SCR)は、従来のシステムでは使用されていませんが、現代のトラクションインバータはより洗練されたデバイスを採用しています。

[] ゲートオフサイリスタ(GTO):[]])は、負のゲートパルスでオフにすることができ、かさばりのある通勤回路の必要性を排除します。 GTOは、機関車や高速列車のための高電力の牽引インバータで広く使用されています。
[ 一体化されたゲート - カットされたサイリスタ(IGCT):[]] は、高速な切り替え速度で低伝導損失を結合し、マルチレベルのインバータトポロジーに適した。 IGCTは、統合ゲートユニットによるGTOよりも高い信頼性を提供し、スヌーバーの要件を削減しました。
[]シリコン制御整流器(SCR):[])は、古いLRVといくつかの補助電源のためのDCチョッパー回路でまだ発見され、IGBTによって段階的に出ているが、。

[ABBの高出力IGCT[]]は、低切換損失で複数のkVとkAを処理する、芸術の状態を実装します。

鉄道システムにおけるサイリスタの使用の利点

[]高電力処理:]] サイリスタは、最大10kVの電圧をアンペア数千のピーク電流を管理し、重運搬および高速列車の要求を満たすことができます。
[]効率:]]低オンステート電圧低下(通常1〜2 V)は、同流レベルで両極トランジスタと比較して、最低の伝導損失をもたらします。
信頼性:]は、前方故障の問題と高サージ電流能力のない頑丈な構造で、連続運転と過渡障害の下で長い耐用年数を保証します。
制御柔軟性:] 高度なゲートの発砲回路により、出力電圧と周波数の正確な調整が可能で、微調整されたトラクション制御とエネルギーの回復が可能になります。
[]Cost-Effectiveness:[非常に高い電力定格(マルチMW)の場合、特にライン周波数アプリケーションでは、よりはるかに経済的に、よりタイリストアは、します。

課題とソリューション

自分の強みにもかかわらず、シリスタは設計上の課題を提示します。彼らのラッチされた性質は、従来のSCRのゲート制御を介してオフにすることができず、強制通勤または自然ゼロ交差 - 動作周波数を制限する。 GTOs / IGCTsを使用した高電力インバータは、複雑なゲートドライバ回路とスヌーバーネットワークを使用して、スイッチ中にdi / dv / dtを制御する必要があります。熱管理も重要です: 高電流のデンタルディテクト、耐圧防火装置、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃性、耐衝撃

サイリスタベースのトラクションにおける将来のトレンド

パワー半導体の進化は続いています。シリコンカーバイド(SiC)や窒化ガリウム(GaN)FETなどのワイドバンドギャップ装置が低電圧のトラクション補助装置で登場していますが、3kV以上の電圧で主流の推進のために、チリスタ技術は競争を保っています。プレスパックパッケージとIGCTを組み合わせたハイブリッドモジュールは、より高い電流評価と強化された短絡障害モードを提供します。別の傾向は、電動モーターの決定やマルチパワーの制御回路の制御を低減します。 [F]

コンテンツ

サイリスタは、古典的なDCモータードライブから、再生ブレーキを備えた高度なAC推進まで、鉄道の牽引力制御の礎石を維持しています。それらの高電圧と電流機能、IGCTとGTOによるスイッチング性能を改善することで組み合わせ、世界有数の要求の厳しいレールシステムで引き続き採用されるようにします。鉄道事業者は、より大きなエネルギー効率と低寿命のコストをプッシュするにつれて、サイリスタベースの電力電子機器は、デジタル制御と代替パワーを組み合わせて進化させます[F]と[F]の代替技術は、および[F]を参照してください。 [F]