SiC牽引逆變器技術在地鐵中的應用研究

萬 金 施浚琿 戴 琦

(1.西安中車永電捷通電氣有限公司 陜西 西安 710016； 2.上海地鐵維護保障有限公司車輛分公司 上海 200235)

0 引言

近年來，我國軌道交通行業蓬勃發展。軌道交通主要的能耗是電能，電費約占整個運營成本的30%。如何進一步降低能耗，對于做好節能減排工作，落實節能減排目標具有重要意義。牽引系統是最主要的用電負載，節能空間最大。圍繞節能降耗，以碳化硅(SiC)為代表的新一代半導體器件應用對牽引電傳動系統技術的發展有重要意義[1]。

目前在地鐵中廣泛應用的牽引逆變器，主要為基于Si材料的IGBT功率器件，與傳統Si材料器件相比，SiC作為半導體材料具有優異的性能，尤其是用于功率轉換和控制的功率元器件，在擊穿場強、禁帶寬度、電子飽和速度、熔點以及熱導率方面都有優勢，因此可以實現低導通電阻、開關頻率高和耐高溫高壓條件下工作[2]。

本文以SiC牽引逆變器為研究對象，比較了混合SiC和Si的功率器件損耗，通過更換功率器件、配套新型牽引控制單元以及新PWM控制算法，減少功率器件的開關損耗和導通損耗，同時優化控制算法抑制電流諧波降低電機損耗。最后，通過現車測試，驗證SiC牽引逆變器實際的節能效果。

1 牽引損耗說明

圖1為牽引逆變器主電路損耗和電機損耗分類餅狀圖，可以看出在主要電氣品中，電機損耗占大部分，所以降低電機損耗十分重要[3]，而電機損耗中，因逆變器的轉換控制而產生的諧波損失占17%。

圖1 主電路損耗和電機損耗分類