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HXD3B型机车门极驱动单元GDU故障分析及检测方法研

轨道交通 | 发布时间:2017-09-07 | 人气: | #评论# |本文关键字:HXD3B,GDU,门极驱动单元,工作原理,故障分析,检测方
摘要:摘要: 介绍了 HXD3B型电力机车门极 驱动 单元 GDU的功能及工作原理, 并对日常检修中的常见故障进行了分析 , 根据分析结果,研究如何检测门极驱动单元 GDU性能的方法,确保机车正

摘要:介绍了HXD3B型电力机车门极驱动单元GDU的功能及工作原理,并对日常检修中的常见故障进行了分析根据分析结果,研究如何检测门极驱动单元GDU性能的方法,确保机车正常运用

关键词: 门极驱动单元;工作原理;故障分析;检测方法

The fault analysis and detection method study of Gate Drive Unit GDU 

for type HXD3B locomotive

 AbstractThe paper presents the function and principle of the Gate Drive Unit GDU, analyzes the common faults in daily maintenance and studies how to detect the Gate Drive Unit GDU,make sure the locomotive runs normally.

Key wordsGate Drive Unitoperating principlefault analysisdetection method

 

HXD3B型机车门极驱动单元GDU是变流器模块内部绝缘栅双极型晶体管IGBT的驱动部件,根据驱动控制单元DCUPWM控制指令,驱动IGBT的导通和关断,实现变流器的网侧整流、牵引逆变和辅助逆变,为机车提供动力。同时,GDU还具有IGBT过电压保护等一系列的保护功能。因此,GDUIGBT的正常工作及其保护起着非常重要的作用。

1 门极驱动单元GDU的工作原理

HXD3B型机车采用庞巴迪生产的DYTP 150型门极驱动单元,如图1所示,共有5个接口,其中X1接口用于连接集电极辅助端子ACX2接口用于连接IGBT的门极G、发射极E和发射极辅助端子AEX3接口为GDU的电源接口,为GDU提供DC24V电源;在GDU左下方有两个光纤接口,其中左侧的为光电耦合器,右侧的为发光二极管,用以实现光信号和电信号的相互转换。


GDU 

1 DYTP 150型门极驱动单元

驱动控制单元DCUPWM控制指令通过光纤传送给门极驱动单元GDUGDU通过光电耦合器将光信号转换成电信号,实现了对控制信号的隔离,再经过内部驱动电路对控制信号进行放大后,将门极正、反偏压电压VGE施加在IGBT的门极G和发射极辅助端子AE间,控制IGBT的导通和关断。同时,GDU将工作状态信息通过发光二极管转换成光信号通过光纤反馈给DCU,使DCU时刻掌握IGBT的导通和关断状态。

由于IGBT在关断时,集电极电流下降率较高,将引起集电极过电压,并且由于整个电路中的杂散电感与负载电感的作用,将在IGBT的集电极C和发射极E之间形成较高的浪涌尖峰电压,易导致IGBT击穿,因此GDU通过内部缓冲吸收电路与IGBT的集电极C和发射极E相连接,吸收电感中释放的能量,降低IGBT关断过电压。

DYTP 150型门极驱动单元为可编程驱动单元,根据变流器实现网侧整流、牵引逆变和辅助逆变三种功能,对应三个版本的软件,分别是THA941A0THA942A0THA943A0GDU在上电自检过程中,通过X2接口的接线定义判断软件版本与变流器功能是否匹配,若不匹配,则会封锁输出。

门极驱动单元GDU还具有驱动欠压保护功能,即GDU的供电电压低于阈值后,将会封锁输出。

2 门极驱动单元GDU常见故障分析

为了研究门极驱动单元GDU故障原因,对HXD3B型机车自投入运用以来的变流器故障进行了统计分析,分析结果表明,GDU故障原因主要有以下几种:

1.硬件破损。该类故障主要在更换变流器模块的过程中造成,比如工具磕碰,或者在插拔光纤连接器时造成锁闭器卡板断裂导致光纤连接不良。

2.光电耦合器或发光二极管故障。由于驱动控制单元DCU控制IGBT导通时的信号为高电平,当IGBT正常导通后,GDU反馈低电平信号,反之亦然。因此,当光电耦合器故障后,由于一直处于低电平,IGBT保持关断,GDU反馈为高电平,所以DCU判断IGBT未开启;当发光二极管故障后,GDU反馈始终为低电平,因此DCU判断为IGBT未关闭。

3.驱动电压不稳或异常。门极正偏压电压过大或过小,或者当IGBT导通后电压不稳,均会造成IGBT损坏,如正偏电压过大时,会在负载短路时导致短路电流随正偏电压增大而增大,可能使IGBT出现擎住效应,导致门控失效,从而造成IGBT损坏;若正偏电压过小,则会使IGBT退出饱和区而进入线性放大区域,使IGBT过热损坏;另外,IGBT开通后,DCU提供的正偏电压不稳定,将会导致IGBT在正常工作或过载情况下退出饱和导通区而损坏。

4.门极驱动单元性能不良。一种情况是GDU输出的驱动脉冲上升沿或下降沿时间过长,导致IGBT开关损耗增大,当IGBT高频率开关时,容易造成芯片温升过高,不仅限制了IGBT的开关频率和输出能力,还对IGBT的安全工作造成威胁;另一种情况是GDU输出的驱动脉冲与输入的控制脉冲存在较大的延时,一方面增加了系统响应滞后,另一方面影响保护的快速性。

责任编辑:电气自动化网

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