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内容导航：1、牵引逆变器：汽车创新与性能的相互交融2、牵引逆变器的作用是什么1、牵引逆变器：汽车创新与性能的相互交融
踩下电动汽车 (EV) 的踏板，即可获得快速、平稳的加速。我们对此已经感到非常满足了？当然不。新型电动汽车将拥有更高的性能和更长的续航里程。由于电动汽车将储存的电能转化为推进力，此类改进发生在电气层面，而不是牵引电机层面。牵引逆变器技术的新发展使其成为一个增长领域。牵引逆变器可以管理从高压电池包到电机的能量转换并推动车辆。大多数电动汽车的头条新闻都集中在电池系统的创新上而往往忽略了牵引逆变器。借助于 TI 具有带实时控制功能的微处理器和隔离式栅极驱动器，牵引逆变器的进步正在进一步推动人们对电动汽车性能升级的期望。更高的开关频率可直接优化可靠性、性能、重量和功率密度，也为采用更轻、更快的电机铺平了道路。新一代电动汽车驾驶起来会更加有趣。TI 混合动力汽车/电动汽车牵引逆变器系统经理 Xun Gong 说：“实际上，电力电子领域的创新正在超越机械方面的限制，促使我们即将达到机械限值。”
缔造新的效率标准
从某些方面来看，目前电动汽车已经非常高效。电动汽车的能源浪费仅为典型燃油发动机的四分之一，但仍有很大的改进空间。引擎盖下的元件使用和系统设计越好，意味着能够可靠、无故障驾驶更长时间。当微控制器可以承担更多功能时，便可减少电路数量和外壳重量，从而减小电动汽车中整体电子系统的尺寸并减轻其重量。TI 为用于严苛工业环境的高压电机设计了工业控制器和功率集成电路 (IC)，并且能够承受数十年的恶劣条件，这些经验会告诉我们如何帮助客户应对电动汽车的设计挑战。TI 隔离栅极驱动器应用经理 Audrey Dearien 说：“通过与工业客户合作开发电机驱动器，我们学到了很多系统级问题与解决方案，我们的产品从一开始就是为高压系统设计的，以创新为基础只为打造更好的牵引逆变器。”
为何碳化硅很重要
要推动电动汽车实现更高的性能，非常重大的变化之一是牵引逆变器中使用的高压功率开关从绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 向碳化硅 (SiC) 技术的转变。因为 SiC 比 IGBT 更高效，可提高电池包储存能量的利用率，所以这是一种自然的升级。此外，SiC 比 IGBT 更小，运行温度更低，进一步减轻了驱动系统的重量、缩小机械尺寸并减少了能源浪费。但转变到 SiC 会带来其他新的挑战。与 IGBT 相比，SiC 更容易因短路而损坏，因此电动汽车需要更加合适的栅极驱动技术来配合向 SiC 的迁移。Audrey 说：“我们的栅极驱动器可以快速检测到短路，在不到百万分之一秒的时间内将其关闭，保护器件免受损坏。”
SiC 的开关速度非常快，这是贡献其效率优势的一个原因，但这种高开关速度可能产生更高的的系统电噪声，因此会错误地触发故障或启动电机。我们的栅极驱动器通过降低驱动系统噪声影响的安全功能来降低这种风险。Audrey 说：“过去使用较慢的开关模块，开关损耗只能降到一定水平。但使用 SiC 后您将获得更高的开关速度，但同时必须对其进行有效控制。如果没有高效并且可靠的开关，您将无法获得 SiC 的全部优势。”
支持更高的电动汽车功率密度
牵引逆变器升级只是电动汽车行业发展趋势的一部分，其主要目标是提高大功率电子系统的功率密度。这一改进将使更小的电路板输出更大能量，从而减小功率转换系统、电机和牵引逆变器的尺寸并减轻其重量。Xun 说：“功率密度提高后，汽车会变得更轻，因此您可以更快地实现加速，或者您可在车内获得更多的空间。” 集成动力系统是提高功率密度的另一种方法。随着模拟和嵌入式处理技术的进步，汽车制造商能够将车载充电器、直流/直流转换器和牵引逆变器等单独的系统组合到单个域控制器下的一个紧凑机械外壳中。通过集成动力总成，汽车制造商可以将设计成本降低一半并且提高效率、可靠性和功率密度。同时，这也为驾驶员创造了更好的体验，包括更低的购买或拥有成本、更长的车辆寿命和更好的道路行驶性能。新一代牵引逆变器通过提供以下特性提高了电动汽车的效率和性能：支持高压 800V。当今的大多数电动汽车都使用 400V 电池包，但行业正在慢慢转向 800V 电池包。800V 的电机能以每分钟两倍的转速运行，但同时可能存在更高的能量损失和浪费风险。TI 基于 Arm® 的高性能微控制器 (MCU) 和快速栅极驱动器已准备好迎接挑战，其快速的电流环路控制可以以每百万分之一秒调整一次电机的开关算法。 TI Sitara™ MCU 产品线经理 Mike Pienovi 说：“随着系统中功率级别的提高，任何低效率造成的损失都变得更加明显。要利用这一新潜力，您需要让微控制器具有低延迟、高精度传感和控制，从而支持更高的开关频率并更大限度地提高效率。”上路安全。我们专有的隔离技术可以帮助汽车及其高压电池在道路上安全运行。此外，我们用于牵引逆变器和电机控制的汽车微控制器和其他元件均符合功能安全标准，可以帮助系统设计人员达到最高 ASIL-D 的功能安全等级。提高可靠性。我们的产品和系统设计可通过增强电容隔离、故障检测和健康状态监测（包括热监测和电压监测），来帮助延长牵引逆变器和其他关键电动汽车元件的使用寿命。这些诊断和元件检查可为系统提供早期预警和措施选项，帮助汽车制造商降低关键元件的时基故障率。当这些功能全部实现后，新一代轻型、超高转速电机可能会抢占大部分的头条新闻，但了解情况的电动汽车司机会明白，牵引逆变器的进步才会使得大部分性能和可靠性升级成为可能。
2、牵引逆变器的作用是什么
牵引逆变器的作用是什么
牵引逆变器
简介：牵引逆变器是城市轨道交通车辆的心脏，其性能的优劣直接影响到城市轨道交通车辆的运行能力、运输能力、耗电量等等。
上个世纪90年代末，随着大功率电力电子技术的不断进步与发展，车辆牵引电气系统也在不断地更新与发展。牵引逆变器中的电子器件经历了半控型晶闸管(SCR、、全控型晶闸管(GTO、及绝缘门极双极型晶体管(IGBT、的发展过程。
牵引逆变器采用热管走行风冷。对于大功率电力电子器件的散热方式有多重，如强迫风冷，水冷，油冷等，其中还油冷及水冷系统较为复杂，强迫风冷产生较大的噪声。采用热管散热既保留了风冷散热器结构简单、维护方便的特点，又保证了散热效率，而且无噪声、无污染。
牵引逆变器的保护和作用
在设计牵引逆变器时，既要充分发挥逆变器的输出能力，又要保证其可靠性，所以逆变器的保护设置非常重要。
1、逆变器控制机保护
2、触发脉冲级保护
3、元件级保护
在设计牵引逆变器时,为保证其可靠性,保护设置非常重要。逆变器的保护分为3级,即逆变器控制级保护、触发脉冲级保护和元件级保护。第1级保护的种类比较多,主要包括逆变器的输入、输出电流过流,电压的过压、欠压,逆变器的温度、电机过电流及相电流不平衡等保护;第2级保护主要为IGBT元件提供稳定而可靠的触发脉冲;
第3级保护是为IGBT元件的本身特性设定的,也称驱动级保护,用于防止IGBT元件的损坏。本牵引逆变器设有各级保护功能,其中轻微故障引起的保护动作在系统恢复正常后或主控制器操作回零后自动复位。
控制方式
牵引逆变器的控制方式经历了凸轮调阻、斩波调压和调频调压(VVVF、三大方式。
由于VVVF交流传动系统具有诸多优点及其技术上已趋成熟，采用VVVF交流传动系统的地铁、轻轨车辆已在世界各国新建地铁、轻轨系统中广泛应用，成为现在地铁、轻轨车辆的主流。
主电路
目前，城市轨道交通车辆牵引逆变器 的典型主电路主要有以下3种：一种是采用1个变流器模块驱动4台牵引电机(1C4M、的车控方式的主电路;一种是采用2个变流器模块驱动4台牵引电机(2C4M、的架控方式的主电路;一种是采用2个变流器模块驱动4台牵引电机(2C4M、的车控方式的主电路。
供电制式
目前供电制式主要有2种：一种是DC 750V供电电压制式，另一种是DC 1 500V供电电压制式。
牵引逆变器主要由2个相同的IGBT变流器模块构成，还包含有控制箱、传感器等部件。牵引逆变器所有对外控制连接器均采用密封结构;3个隔舱采用门锁结构设计，每个隔舱都设计一个密封门，不仅防水防尘，而且使得部件的安装和维护、拆卸更加方便;主电路的输入输出电缆通过电缆夹由铜接头压接，因此使得整柜密封完全能够满足车底设备防护 等级IP54的`要求。
牵引逆变器的作用是什么
正弦波逆变器与普通逆变器有什么不同
纯正弦波逆变器功能参数要求严格，价格较高，用于对波形参数要求较高的电子电路。而普通逆变器是正弦波、方波、杂波等成分的杂合波形，对于一般用电器可以使用，价格较低。
1、正弦波逆变器输入电路
逆变器的输入通常是直流电，或市电经过整流滤波得到的直流电，这些直流电包括直流电网、蓄电池、光伏电池以及其他方式得到的直流电，通常这些电能不能直接作为逆变器输入侧电压，而是通过一定的滤波电路和EMC电路之后才作为逆变器的输入。
2、逆变主电路
逆变器主电路是由功率开关器件组成的功率变换电路，主电路的结构形式分很多种，不同的输入输出条件下，主电路形式也不相同，每种功率变换电路都有它的优缺点，在实际设计中应考虑最合适的电路拓扑作为主电路结构。
3、控制电路
控制电路按照逆变器输出的要求，通过一定的控制技术产生一组或者多组脉冲电压，通过驱动电路作用于功率开关管，使功率开关管按照指定的次序导通或者关断，最终在主电路输出端得到所需的电压波形。控制电路的作用对于逆变系统至关重要，控制电路的性能直接决定了逆变器输出电压波形的质量。
4、输出电路
输出电路一般包括输出滤波电路和EMC电路，如果输出为直流电，应在后面加入整流电路。对于隔离输出的逆变器，输出电路前级还应有隔离变压器。根据输出是否需要稳压电路，可将输出电路分为开环和闭环控制，开环系统输出量只由控制电路决定，而闭环系统中输出量还受反馈回路影响，使输出更加稳定。
5、辅助电源
控制电路与输入输出电路的某些部分或芯片有特定的输入电压要求，辅助电源可满足电路中特定的电压需求。通常情况下辅助电源由一个或几个DC-DC变换器构成，对于交流输入的场合，辅助电源由整流后的电压与DC-DC变换器组合完成。
6、保护电路
保护电路通常包括输入过压、欠压保护、输出过压、欠压保护、过载保护、过流和短路保护。对于在特定场合工作的逆变器还有其他保护，如在温度很低或者很高的场合需要有温度保护，在某些气压变化的情况下还要有气压保护，在潮湿的环境中要有湿度保护等。
牵引逆变器的作用是什么
牵引变流器由：四象限斩波器、中间电压电路、制动斩波器、脉冲宽度调制逆变器四部分组成。作用是：转换直流制和交流制间的电能量，把来自接触网上的1500V直流电转换为0-1150V的三相交流电，通过调压调频控制实现对交流牵引电动机起动、制动、调速控制。
随着电力电子技术发展，牵引变流器在轨道车辆中的应用也在不断地进步与发展。其中IGBT、GTO、IPM器件属电压驱动的全控型开关器件，脉冲开关频率高、性能好、损耗小，且自保护能力也强。
①电压型逆变器：单相作用原理如图5中a所示，由于换向要求直流侧电压Ud需保持恒定而得名。如果控制电路触发脉冲使器件F1、F2的通断次序如图5中b，则交流侧可得一矩形波电压如图5中c。5c该交流电压幅值为Ud,而频率可由控制回路进行调节。图5中a中的c为支撑直流电压用的支撑电容，D1、D2为当负载电流和电压不同相时做续流用的续流二极管。
异步牵引电动机起动时要求逆变器供出幅值可变的、接近正弦的低频电压,这可用分谐波调制法控制F1、F2的通断顺序来达到。电压型逆变器在控制电路作用下能顺利地转入再生制动。利用这一可逆性又可制成交-直-交电力机车电源侧变流器，它能提供恒定的中间环节直流电压，又可调节交流电网侧的功率因数和改善电流波形，这就是电压型四象限变流器。
②电流型逆变器：电路原理如图6中a,它要求直流侧是一电流源，即Id要相对稳定,这可以采用串联电抗器Ld来达到。如果控制各强迫关断器件的导通顺序(图6中b)，则在电机每相绕组中可得到2π/3电角度导通的交变电流(图6中c)。
在低频起动时为了避免因 2π/3矩形波电流而造成过大的电机力矩脉动，也可采用电流分谐波调制方法。电流型逆变器只能调频不能调压，调压功能由电源侧交－直变流器来完成。电流型逆变器已在地铁车辆上应用。
交流-交流变流器 不需经过直流中间环节,可直接将单相交流电变成三相可调频的交流电。这种变流器中较成功的是用次驱动同步型牵引电动机的两组三相反并桥式系统，它在原理上类似一电流型直-交逆变器,并借助于电源和负载电势进行换向。这种类型的变流器已在苏联ВЛ83型电力机车上应用。循环变流器是另一种降频交-交变流器,是燃气轮机车电传动系统可以选择的一种设备。
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