结温导向的牵引变流器寿命优化控制

结温是影响绝缘栅双极型晶体管(IGBT)寿命的主要因素。为了提高地铁两电平牵引变流器寿命,提出一种降低结温的异步牵引电机双矢量模型预测转矩控制(DVMPTC)策略。将传统DVMPTC的第二个电压矢量选择范围缩小在与第一个电压矢量不切换或仅切换一次的范围,降低IGBT开关损耗的同时减小系统计算量;在代价函数中约束IGBT及其反并联二极管的损耗,动态加入损耗因子,并赋予权重系数,使得最优矢量的选择兼顾控制性能与降低损耗。通过仿真分析,本文所提方法相较于传统基于分段调制算法的直接转矩控制策略,降低了结温及其波动,提高了牵引变流器寿命。

增强牵引变流器过载的IGBT泵升驱动技术

轨道交通牵引变流器在车辆启动加速和紧急制动过程中,会运行在过载工况,即流过IGBT的电流超过设计的额定电流。此时虽然仍在器件允许电流范围内,但IGBT损耗会出现较大增幅,导致变流器温升大幅波动。研究一种集成门极电压泵升技术的IGBT驱动电路,在需要短时加大IGBT通流能力时,可以将门极开通电压升高,降低IGBT的导通压降,减小IGBT的损耗和温升波动。分析过载工况下的牵引变流器工作特性,并在此基础上计算IGBT的损耗和温升情况;分析门极开通电压升高对IGBT导通压降的影响,并设计具有门极电压泵升功能的IGBT驱动电路。通过仿真和双脉冲动态开关实验,验证此设计功能的有效性。

高原双源动力集中动车组内燃车牵引变流器关键技术分析与验证

针对高原型内燃机车运行海拔高、散热工况复杂和轻量化要求高的特点,文章介绍了一种复兴号高原双源动力集中动车组内燃车牵引变流器的主电路结构、工作原理及其设计方法。对于运行海拔高的特点,使用海拔修正的方法对柜内电气绝缘性能进行加强;对于散热工况复杂的特点,选择合理的冷却方案,并对整柜的损耗和散热能力进行精细化热设计,确保其散热能力;对于轻量化要求高的特点,使用模块化布局和有限元结构仿真的方法,在保证结构强度的同时实现轻量化设计。试验表明,牵引变流器能满足各项性能指标要求。

高寒动车组牵引变流器的振动测试及分析

针对我国西北部地区恶劣天气和老化线路影响高寒动车组安全可靠运行的问题,开展实际线路运行时振动测试及分析。根据即墨至乌鲁木齐的车辆运行速度和地形特征,划分青岛—济南、济南—西安、西安—兰州、兰州—乌鲁木齐4个区间,对比分析不同区间内的振动有效值。结合IEC 61373标准,对比分析实测振动有效值、冲击峰值与标准值的差异。通过振动频谱分析牵引变流器不同部件的振动特性,利用统计容差法编制不同部件的实测载荷谱,并利用有限元方法分析中频和高频振动对牵引变流器结构的影响。结果表明,济南—西安区间内的振动高于其他区间,西安—兰州区间内的冲击高于其他区间;柜体吊耳和控制箱的振动主要体现在垂向与纵向,而横向较小,且以中频段和低频段为主;冷却风机的振动集中在低频段,来自于风机转频;功率模块振动以横向和纵向为主,中频段和高频段的振动远大于低频段。

基于放电过程的机车牵引变流器电容故障预警方法及应用

直流侧支撑电容是牵引变流器的关键部件之一,等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)的大小是判断支撑电容是否失效的重要标准。本文提出一种基于中间回路放电过程的电容ESR辨识方法,通过获取支撑电容的电压电流信号实现ESR辨识,采用K-means算法进行工况划分,自适应获取放电过程的工况数据范围。采用支持向量回归进行ESR辨识,现场电容预警准确率可达91%,验证了该辨识方法的有效性,能够有效实现电容的故障预警。

机车牵引变流器输入侧接地故障诊断策略研究

机车运用过程中,为区分不同点接地故障,一般通过判断接地电压传感器的接地电压波形变化特征进行区分。为精确判断出有运用风险的输入侧接地故障点,对牵引变流器输入回路进行了研究,针对目前机车牵引变流器发生输入侧接地故障时未对不同接地点接地电压波形进行区分的故障判断逻辑,通过分析输入回路不同点发生接地时,接地电压的变化特征,提出针对输入回路不同点发生接地故障后的优化检测判断逻辑。通过半实物仿真和地面试验验证,表明采用通过区分接地电压变化特征,优化输入侧接地判断逻辑,对输入回路接地点的接地故障判断更加精准,极大地降低因发生输入侧接地故障导致的停车机破事故,提升机车运用的可靠性。

轨道交通牵引变流器的非金属材料防火等级确定分析

轨道交通在现代交通运输系统中扮演着重要角色,在为大众的出行带来方便的同时,也关系着大众的生命和财产安全,可以说,轨道交通安全问题不容小觑。牵引变流器是轨道交通车辆的重要组成部分,具有整流与逆变作用,在长时间的工作中牵引变流器极易发生火灾。而在牵引变流器设计中,非金属材料的选择占据着重要位置,但此类材料是牵引变流器发生火灾的主要燃烧物质,在牵引变流器安全性能的评价中,非金属材料的防火性能成为重要的参考指标。基于此,文章对轨道交通牵引变流器的非金属材料防火等级进行了确定,并根据轨道交通火灾防控标准,提出了牵引变流器非金属材料的防火措施,希望能够提高牵引变流器防火水平,保证轨道交通安全稳定运输。

深度国产化HXD1机车牵引变流器短接接触器卡分故障分析

本文主要介绍了深度国产化HXD1型机车牵引变流器短接接触器的工作原理,通过短接接触器卡分故障分析,明确接触器故障判断逻辑,采用了接触器的专业检测方法,阐述了牵引变流器短接接触器卡分故障的原因以及排查方法。通过对电力机车牵引变流器故障问题排查的深入分析,对直流接触器原理分析、测试方法的详细讲解,对电力机车牵引变流器的检修起到了很大的参考意义。

高速动车组牵引变流器EMI建模仿真研究

牵引变流器是动车组电磁兼容问题中的主要干扰源。结合某型动车组牵引变流器及牵引变流系统的电路结构,阐述了牵引变流器EMI干扰的产生机理及其主要危害,搭建了IGBT动态模型和相应的牵引变流器EMI模型。牵引变流器产生的干扰电流主要通过线缆传导耦合和线缆辐射耦合对其他系统产生干扰,因此,对牵引变流器输入及输出线缆上的高频传导电流进行系统仿真分析并进行了试验验证。研究结果为动车组牵引系统的电磁兼容设计及优化提供了仿真方法,为进一步分析牵引变流器辐射EMI及对弱电敏感设备产生的影响提供了仿真分析基础。

HXD1C型电力机车牵引变流器功率模块的振动测试与分析

为获得电力机车牵引变流器核心部件的振动特性,开展HXD1C型电力机车的线路运行振动测试,从时域、频域和特征频率等角度分析牵引变流器功率模块的振动特性,并分析不同线路、IGBT器件开关频率对功率模块振动的影响。研究结果表明:功率模块的振动主要来自电容,电容的纵向振动大于横向和垂向,在900、1100、1700、1800 Hz等频率处振动较大;水冷散热器的横向振动大于纵向和垂向,在900、1000、1100、1500、1700 Hz等频率处振动较明显;重庆至内江的振动最大,其次为兰州至武威南,兰州至陇西的振动最小。振动测试与分析可为电力机车牵引变流器功率模块的振动优化提供指导。

基于XgBoost算法的牵引变流器柜体温度异常检测

牵引变流器是列车电气系统的重要组成部分,它直接关系到列车能否正常运行。牵引变流器的柜体温度变化可以间接的反应牵引变流器的健康状态。当前列车的牵引变流器的柜体温度的异常判断准则比较简单:通过阈值进行判断,即高于某个温度值则视为异常。但是这种方法存在如下的缺点:当阈值过高时,对温度不敏感,准确率较低;而阈值较低时,误报率较高。本文介绍了一种综合当前时刻牵引变流器冷却系统的温度和压力、列车速度、室外温度、牵引变流器的电压和电流等变量作为输入的回归算法计算温度预测值,基于XgBoost算法检测高速列车牵引变流器柜体温度异常。

HXD1型电力机车牵引变流器风机振动测试分析

针对现场反馈电力机车牵引变流器内部的斩波器风机出现振动过大、异音和轴承掉粉等问题,开展线路运行的振动测试,与GB/T 21563-2018相比,从时域和频域角度分析牵引变流器柜脚、风机安装座和风机轴承等部位的振动特性。研究结果表明:标准推荐频率范围内的振动测试有效值低于标准值,考虑中高频振动分量时,大多数测点的横向振动测试有效值均超过标准值。接触器的冲击对附近设备及车体振动峰值影响很大,导致冲击峰值高于标准值。振动冲击环境恶劣,且斩波器风机的安装支架固有频率低于换热器风机,是斩波器风机振动失效的主要原因。实际线路的振动测试分析可为电力机车车载设备的减隔振设计提供数据基础。

动车组牵引变流器冷却风机的噪声异常分析

针对某动车组牵引变流器冷却风机存在噪声异常的问题,开展装车测试和车间测试,分析导流罩、电机和油封橡胶等部件对冷却风机噪声的影响,并基于宽频噪声预测法对冷却风机进行流场仿真与噪声仿真,分析导流罩和叶轮间隙对噪声的影响。研究结果表明:噪声测试确定异常噪声来自冷却风机的气流经过导流罩时产生的高频气动噪声,人耳对于高频噪声较敏感而容易识别。噪声仿真发现随着导流罩与叶轮间隙增大,噪声辐射峰值先增大后减小,在3.6 mm时存在噪声峰值。将导流罩与叶轮间隙控制在1.5 mm~2.5 mm可有效解决噪声异常的问题。仿真与测试相结合的方法可为冷却风机产品的噪声性能优化改进提供指导。

CR400AF型动车组牵引变流器线路振动测试及分析

为弥补GB/T 21563-2018中关于动车组设备振动数据不足的问题,以复兴号CR400AF型动车组2号车牵引变流器吊耳和车厢地板为测试对象,通过线路振动测试数据的时域、频域分析及与GB/T 21563-2018的对比分析,得到牵引变流器吊耳和地板的振动特性及基于统计容差法获得牵引变流器的实测谱和规范谱.研究结果表明:与GB/T 21563-2018标准值相比,牵引变流器各测点振动有效值都较小,其中垂向和横向约为标准值的20%,纵向约为标准值的50%;GB/T 21563-2018标准载荷谱仅考虑了2~60 Hz振动频谱的影响.归纳整理的实测谱和规范谱可以体现1~1 000 Hz的振动特征.线路振动测试及分析可为CR400AF型动车组牵引变流器的安全可靠应用提供指导。

高速动车组牵引变流器的压力特性及温升计算

为分析高速动车组运行过程中列车表面压力对牵引变流器进出风口的影响以及牵引变流器的冷却散热效果,首先建立列车明线运行的空气动力学模型,通过数值模拟得到高速动车组以速度350 km/h明线运行时的压力分布特性,结果表明牵引变流器的进出风口均为负压,出风口与进风口平均压差值为负值,这有利于牵引变流器的通风散热;然后根据牵引变流器的结构特点分别建立了液冷子系统和风冷子系统的仿真模型,得到主逆变组件、整流组件和辅助逆变组件的绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)元件温升,以及变压器、电抗器等电气部件的温升;最后通过温升试验验证仿真计算结果的准确性和牵引变流器的散热效果。牵引变流器的压力特性及温升计算,对于高速动车组的开发研制具有一定意义。

基于高温环境的内燃动车组牵引变流器研制

基于高温环境特点,对某型号内燃动车组的牵引变流器进行研究设计,详细介绍牵引变流器的主电路、主要技术参数和冷却系统,并通过试验验证该型号内燃动车组牵引变流器设计的合理性和可靠性,能够满足高温环境应用要求。

牵引变流器主动阻尼振荡抑制策略研究

针对地铁列车牵引传动系统直流侧电压振荡导致逆变器过流封锁问题,文章提出了一种通过牵引变流器-异步电机系统建模,提取直流侧电容电压振荡信号实时修正给定转矩或转差的牵引变流器主动阻尼振荡抑制策略,并搭建仿真模型进行验证,同时优化牵引系统控制软件,在广州市轨道交通九号线进行现场试验。仿真及试验结果表明:主动阻尼振荡抑制策略能够很好地解决牵引变流器因直流电压振荡而导致的过流问题。

交流传动牵引变流器可靠性在线监测方法研究

随着客运快速化、高速化,货运重载化、快捷化的发展,交流传动系统成为现代列车发展的必然趋势。牵引变流器作为交流传动系统的关键设备,其可靠性分析十分必要。计及牵引负荷的随机性和冲击性,对不同器件,建立相应可靠性分析模型。基于物理失效机理建立了IGBT模块失效率模型,依据可靠性预计手册分析其他组件的可靠性,各方法有机结合提高可靠性分析效率与准确性。以结温为主要监测变量,提出了一套牵引变流器可靠性在线评估流程,为全面监测牵引变流器的安全可靠运行提供重要参考。

基于预充电过程的牵引变流器支撑电容器参数辨识方法

支撑电容器是牵引变流器的关键部件之一,起着稳定直流侧电压的作用。支撑电容器若长期处于高温、高压的环境,其等效串联电阻会逐渐增大,电容器的性能会逐渐衰退,从而影响变流器的可靠性。根据电容器的健康状态采取不同的维修策略,可以提高牵引系统的安全性和可维护性。为此,文章针对机车牵引变流器提出一种基于预充电过程的支撑电容器参数辨识方法,以实现对支撑电容器的失效预警。其不需要增加传感器,而是利用机车每次启动预充电过程的中间电压以及二次侧电流信号,根据支撑电容器等效电路建立参数的辨识模型;与传统的基于梯度下降的参数辨识算法不同,文章采用遗传算法在参数变化区间内搜索最优值进行等效串联电阻的辨识,以提高参数辨识的可靠性。在不同噪声情况下进行仿真实验并通过模拟机车预充电过程进行物理实验,结果显示,辨识误差均在±3%以内,验证了所提出方法的有效性。

牵引变流器底部散热器风速随车速变化研究

目前牵引变流器大多采用水冷或强迫风冷的冷却方式,而走形风冷方式相较于水冷或强迫风冷方式,可简化牵引变流器的柜体结构,但牵引变流器模块的核心部件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)对温度比较敏感,因此明晰在走形风冷条件下,牵引变流器底部散热器风速随车速的变化可得知IGBT模块散热器设计的边界条件,为IGBT模块的散热设计提供帮助。本研究通过设计一种散热器测试工装,通过试验对牵引变流器底部散热器风速随车速的变化情况进行研究,量化得到了二者之间的关系,并通过数值仿真推导得到牵引变流器散热器的散热边界条件。