地铁列车大功率高频辅助变流器散热系统的设计及优化试验验证

[目的]地铁列车大功率辅助变流器高度集成化后,散热要求越来越高,为此有必要提出散热系统新设计方案。[方法]通过系统的损耗计算、风机选型、散热风道布局等一系列正向设计,结合仿真来验证热设计的合理性。[结果及结论]仿真表明,在单台辅助变流器故障工况下,中间腔室流场分布不均,导致变压器温升较高,存在热失效风险。在此基础上对风道结构进行优化,仿真确认优化后风道的流场分布较均匀,变压器温升显著降低且在器件应用温度范围内,表明优化后散热系统满足应用需求。为验证理论设计的合理性,开展了样机的温升试验,对比仿真和样机试验结果,在单台/两台满载工况下,关键器件的温升和仿真温度差控制在5℃,均在选型的应用范围内,表明风道散热系统设计合理。通过正向优化设计提出了一种新型变流器散热系统及柜体结构,样机试验验证了仿真分析的有效性,大幅缩短了样机的开发周期,提高了市场响应速度,为大功率高频辅助变流器设计及优化提供方法及思路。

标准地铁列车大功率高频辅助变流器热设计

为了满足标准地铁列车的设计需求,文章提出一种大功率高频辅助变流器,并对其散热性能及核心功率器件的损耗进行分析计算。通过对比热仿真模型和样机温升试验,证明热仿真模型能够比较准确地反映功率器件的温升。

基于大功率LLC谐振变换器的中频化辅助变流器

为降低辅助变流器的体积重量,提高功率密度,设计了一种基于大功率LLC谐振变换器的中频化辅助变流器。首先,对中频化辅助变流器拓扑和LLC谐振变换器工作原理进行了介绍,在此基础上对LLC谐振变换器电压增益和频率的设计进行了详细分析,最后进行了仿真和实验验证,为辅助变流器减重增效打下了基础。

串联谐振直流耦合变流器中大功率GTO辅助门极的正反向恢复

串联谐振直流耦合交流器是一种具有吸引力的电路结构。它使用了门极可关断晶闸管GTO作为半导体开关。传统模式要求电路附加串联二极管来完成关断过程,使GTO正向恢复。本文则采用单个GTO与特殊门极驱动来实现GTO的正反向恢复,并提出了一种新的试验电路,它具有与串联谐振直流耦合交流器相同的热应力和电应力。实验结果表明,在26kHz开关频率下,2000 A GTO的总功耗有所减少,而延迟时间只稍许增加。因此,这种新的单器件模式使得谐振开关在大功率应用中更具吸收力。

高频辅助变流器斩波电路共模谐振分析及抑制方法研究

文章针对高频辅助变流器共模谐振的分析与抑制方法展开研究,提出了一种高效的共模等效建模方法。首先将“多噪声源”的变流器系统等效成多个“单一噪声源”模型,显著降低了系统的复杂度,便于分析特定噪声源产生的谐振。其次分析了高频辅助变流器斩波电路共模电流的时频特征和干扰耦合路径的转移导纳特性,揭示了共模谐振的产生机理。最后提出了一种从源头抑制谐振的方法,并通过仿真与试验验证了抑制方法的有效性。

基于T型三电平的大功率高频辅助电源箱的研制

基于T型三电平逆变拓扑,对大功率高频辅助电源箱的电气结构设计提出了合理的均流低感方案,并对该系统进行了并联风道的热设计和结构强度仿真,最后加工样机进行各项电气性能、温升和冲击振动试验。结果表明,功率模块散热器基板温升、磁性器件温升的仿真与试验温度误差在10%以内,并顺利通过冲击振动试验,验证了数值模拟的准确性和可行性。上述分析为大功率高频辅助电源箱的产品化应用提供了重要保证。

HX_D1C型大功率交流传动电力机车辅助电路

详细介绍大功率交流传动HXD1C型电力机车辅助电路的结构组成、原理和特点,阐述了AC 440 V电路、AC 220 V电路和DC 110 V电路的结构构成、工作原理、保护模式、设计理念等。

一种新型低地板车用轻量化高频辅助变流器的研制

研制了一种轻量化高频辅助变流器,该变流器主要由Buck三电平电路、LLC谐振变换器、三相逆变器以及半桥DC/DC变换器组成。阐述各组成电路的主电路结构,分析其工作机制和模态,并研究关键元器件参数的设计方法。仿真和样机试验结果表明:该辅助变流器系统性能良好,显著提高了产品的功率密度。

多制式高频辅助变流器模块设计

提出了一种应用于400 km/h高速永磁动车组辅助变流器系统的高频辅变模块,模块内部集成TLbuck变换、LLC谐振变换及三相逆变功能,涉及多种不同电压等级的IGBT器件,解决了低压器件在高压工况下应用的耐压问题,适用于交流与直流两种制式供电。文章主要阐述了绝缘设计、总体结构设计、散热设计、驱动控制方案,并通过仿真和试验进行了验证。

城轨高频辅助变流器LLC谐振变换器优化设计研究

研究了DC 750 V供电系统的高频辅助变流器LLC谐振变换器的工作情况,找出了该功率等级下LLC难以实现软开关的关键问题,并提出了如何优化该系统参数的建议。最后,通过仿真和试验结果验证了结论的准确性。

下一代地铁列车节能型牵引及辅助变流系统

牵引和辅助变流器系统作为地铁列车牵引传动以及车载负载供电的核心设备之一,直接决定地铁列车的性能、效率以及运行的可靠性。介绍我国下一代地铁列车的节能型牵引及辅助变流器系统。针对牵引变流器系统,介绍其基本功能,并就永磁同步电机在地铁列车上的应用和自牵引系统设计的实现展开研究;针对辅助变流器系统,介绍其拓扑结构和基本功能,针对新型的高频辅助逆变器的结构和功能展开讨论。通过牵引和辅助系统的综合优化设计,实现地铁列车的高性能、高效率以及可靠运行。

一种适用于动车组高频辅变的电容自均压直流变换器

高频辅助变流器具有高功率密度、高变换效率的优势,是节省车底空间、优化乘车环境、降低能量消耗的重要手段。提出一种适用于动车组高频辅变的电容自均压直流变换器,其拓扑能够实现输入侧直流电压的降压和均分,降低开关管电压应力并减少后级隔离DC/DC变换器的数量;同时,电容自均压拓扑中的开关器件均能实现零电流开关,降低了变流器的开关损耗;此外,电容自均压变换器具有输入电压自平衡特性,无需采用额外的电压平衡控制策略以维持输入侧串联电容的电压均衡。相比于现有的高频辅助变流器方案,本文提出的拓扑能够有效减少开关器件和变压器数量,降低器件损耗和控制复杂性,为车载辅助变流器体积、质量和效率的进一步优化提供了空间。分析该拓扑的工作原理、控制方法以及自均压特性,并提出相应的电路参数优化设计方法。最后,搭建功率等级6 kW的实验样机,通过开展均压特性、动态切换性能以及软开关特性实验,验证了所提出拓扑的可行性。

基于高频正弦母线的辅助电源系统的设计

本文提出了一种基于高频正弦母线的辅助电源系统,分析了高频正弦母线的优点,给出了高频正弦电压源的设计方案,并制作了样机,给出了试验波形。说明了本方案在大功率电力电子设备中的应用前景。

三电平Boost型高频链逆变器损耗分析与优化

为提高列车辅助变流器可靠性、效率和功率密度,提出一种取消直流滤波环节的三相整流型高频链逆变器拓扑结构,通过采用三电平Boost变换器有效降低了整流电压峰值,并协调考虑损耗因素与全运行周期线路电压,确定了电压增益的优化取值空间,进而提出输入电压前馈补偿控制策略。进一步分析六脉波解调混合调制策略下系统的不同工作模式,提出一种有源箝位零电流软开关实现方法,并在全输入电压范围和全负载范围内对整个辅助变流器进行损耗分析,证明了该方法在效率提升方面的优势。最后仿真和实验进一步验证了理论分析的正确性。

400km/h多流制高速动车组牵引系统研制

围绕400 km/h高速动车组多制式、轻量化及节能降耗的牵引系统设计需求,阐明了牵引系统的设计原则,论述了牵引辅助变流器、永磁电机等关键部件的技术方向和设计特点,介绍了牵引系统及关键部件试验验证情况。试验结果表明,该牵引系统及关键部件性能良好,满足动车组牵引系统各项指标要求。

节能技术在城市轨道交通车辆牵引传动系统中的应用

牵引传动系统是城市轨道交通车辆的重要耗能系统,节能技术在牵引传动系统中的应用对于城市轨道交通未来的发展意义重大。通过结合城市轨道交通列车能耗仿真软件对车辆能耗构成进行分析,提出牵引传动系统的主要节能措施,并重点介绍碳化硅功率器件、永磁同步牵引传动、中高频大功率DC-DC辅助变流和DC600V直流供电等节能技术的现状和应用特点,以期为节能技术在城市轨道交通牵引传动系统中的应用提供参考和借鉴。