铁路客车DC600V电源IGBT模块故障诊断与保护

摘要

铁路客车的承载客流量大、成本低、运用和维修简单等特点，是人们在铁路运输、暑运、春运及日常出行中选择最多的一种方式。客车DC600V电源主要适用于G型车和T型车，可以为车上的用电设备提供可靠的电源。为了保证DC600V电源的良好运行状态，需要深入研究IGBT这一重要单元的性能，论文的选题具有重要的实用价值和工程应用前景。 论文的研究内容及取得的主要成果体现在以下四个方面： （1）分析逆变器的工作原理，总结日常检修及运用过程中的故障情况，分析各电器元件的故障率，得出IGBT故障占驱动故障的15%左右这一结论。从提高产品质量、降低运行维护及检修成本的角度出发，引申出IGBT深入研究的重要意义。 （2）分析IGBT在三相逆变器电路中常见的开路故障、短路故障及桥臂直通故障这三种故障类型的状态，结合单位的实验设备测试IGBT的静态和动态性能，判断需要进行检修的IGBT品质，以决定是否更换IGBT模块。 （3）针对逆变器开路故障选取了基于中点电压信号分析和诊断，利用故障状态下功率器件承受的电压信号的变化，将采集到的电压信号转化为逻辑电平，通过逻辑门的“与非”运算，能有效、快速的定位到具体的故障点，从而实现逆变器IGBT开路的诊断。 （4）分析IGBT的过压失效、过流失效和过热失效的现象，结合实际电路及结构特点在理论上进行简单的保护分析。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 课题研究的主要内容及研究方案

第2章 铁路客车DC600V电源三相逆变器设计

2.1 铁路客车DC600V电源工作原理

2.2 三相逆变器的工作原理

2.3 三相逆变器技术参数

2.3.1 主要技术参数

2.3.2 其它技术参数

2.4 三相逆变器故障类型统计

2.5 本章小结

第3章 IGBT工作特性

3.1 引言

3.2 IGBT的结构和工作原理

3.3 IGBT的基本特性

3.3.1 IGBT的静态特性

3.3.2 IGBT的动态特性

3.4 IGBT的擎住效应和安全工作区

3.5 IGBT的失效分析

3.5.1 IGBT过压失效

3.5.2 过流失效

3.5.3 过热失效

3.6 本章小结

第4章 IGBT常见故障及参数测试

4.1 IGBT开路故障

4.2 IGBT短路故障

4.3 IGBT参数测试

4.3.1 手动测试

4.3.2 试验台测试

4.4 本章小结

第5章 IGBT开路故障诊断

5.1 系统建模

5.2 逆变器功率管开路诊断原理

5.3 基于中点电压信号分析的诊断方法

5.3.1 功率管电压信号分析

5.3.2 故障信号逻辑运算分析

5.4 硬件电路设计

5.5 仿真结果分析

5.6 本章小结

第6章 IGBT功率模块保护

6.1 过压保护

6.2 过流保护

6.3 过热保护

6.4 本章小结

第7章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

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