高可靠牵引变流器IGBT主动结温控制技术研究

轨道交通变流器应用工况相对严苛,对变流器和IGBT器件的可靠性与寿命要求较高。为改善IGBT的结温提高变流器的应用寿命和可靠性,基于机车变流器模块的工作模式构建通用损耗计算模型,实现对变流器IGBT器件结温的在线估算;在此基础上,结合轨道交通应用场景,分别从开关损耗和散热系统2个维度设计了一种综合主动结温控制方法。仿真和试验验证实施主动结温控制是可行的。     

基于DGA技术的牵引变压器在线监测系统

为了确保高速铁路安全运行,实时监测牵引变压器运行状态,及时地发现牵引变压器内部故障具有重要的意义。文章在分析牵引供电系统运行可靠性要求和牵引变压器故障诊断要求的基础上,提出了基于DGA技术的牵引变压器在线监测的构想,并设计了相应的TTM-Ⅰ型牵引变压器在线监测系统,实现了对牵引变压器运行状态的不间断监测。现场运行数据与实验室数据的比较验证了该系统的有效性。     

基于热传导模型的IGBT结温计算方法

针对IGBT芯片结温难以直接测量的问题,提出了一种基于热传导模型的IGBT结温计算方法。基于经典的Cauer型RC网络结构,建立了变流器热传导模型;结合传递函数概念和热传导模型结构,完成了变流器热传导模型的参数识别;通过查阅IGBT产品手册以及实际工作工况,计算得到IGBT实时功率损耗;最终通过MATLAB/Simulink进行仿真计算,得到变流器IGBT芯片的实时结温。此方法实现了IGBT芯片结温的快速计算,为IGBT可靠性和寿命评估提供了数据支撑,同时也为功率模块及变流器的设计研发提供了新的科学依据。     

可单重四象限整流器运行的牵引变流器主电路损耗与控制研究

短编组城际动车组相对于标准8辆编组动车组动车数较少,现有牵引变流器主电路设计方案在牵引变流器故障损失动力时会对车辆运行造成严重影响。对牵引变流器主电路进行优化设计,使其具备单重四象限整流器运行的硬件基础;提出单重四象限整流器运行的主从控制策略和故障处理措施,并进行原理分析和试验验证。试验中牵引变流器实现了单重四象限整流器的独立运行。同时,车辆启动时四象限整流器的单重运行可降低IGBT损耗,并进行分析计算和仿真验证。     

新一代牵引级IGBT模块技术研究与应用

牵引级IGBT模块是现代轨道机车车辆牵引变流器中实现电能变换和功率输出的核心功率器件。新一代牵引级IGBT模块采用最新的IGBT4芯片、EC4二极管芯片、VLD和DLC芯片边缘终端技术,优化了芯片面积与栅极电荷的设计,具有较低的导通电压、优良的高低温电气特性和安全工作区性能。新型IHV-B封装优化了内部芯片布局和互连设计,降低IGBT模块的杂散电感;通过增大芯片的有源面积,减少静态损耗并降低了模块的"结-壳"热阻;优化的功率端子结构提高了抗振动性能,并具有良好的温度分布特性。IGBT4模块通过了一系列严格的可靠性测试,具有良好的环境适应性、功率循环能力和高可靠性。应用IGBT4模块可以提升牵引变流器的功率密度和集成度设计,实现小型轻量化和长寿命的牵引系统解决方案。     

IGBT牵引变流器的发展

简述了IGBT牵引变流器的发展沿革,比较了IGBT与GTO等元件的功率要求和工作特性,分析了IGBT牵引变流器的发展前景,介绍了IGBT牵引变流器的应用实例,得出了在各功率等级的牵引变流器中,IGBT将完全取代GTO晶闸管的结论.     

基于250～350km/h可变编组动车组牵引系统研究

介绍了250～350 km/h可变编组动车组牵引系统的性能指标。参照大西高铁综合试验数据和中国标准动车组互联互通阻力测试结果确定动车组运行总基本阻力计算公式,依据列车运行速度和编组数得出阻力调整因子,对可变编组动车组运行总基本阻力加以修正。根据动车组加速度和牵引力要求,计算出不同速度等级的4～18编组整车功率,并依次计算出牵引电机和变流器的功率。为提升牵引系统的轻量化和集成化技术,主变流器选定3 300 V/500 A SiC混合功率模块器件。根据3个速度等级4～18编组整车的功率比,考虑牵引电机极限值,计算出相应速度列车的动拖比和齿轮箱变速比。在不同的速度等级和编组情况下,分别对3种故障状态下的牵引性能进行验证。计算结果表明:所设计的牵引系统具有可行性,列车牵引、启动和电制动性能良好。     

高寒动车组牵引变流器运行环境特性研究

振动和温度是影响车载设备可靠性的重要环境因素。通过对某高寒动车组牵引变流器在"青岛—乌鲁木齐"的长距离线路运行测试,获取了牵引变流器柜体及其关键部件的振动和温度等实际运行数据,研究了不同车速和线路条件下牵引变流器及其关键部件的振动和温度特性差异,并与IEC 61373标准进行对比,了解了该车型牵引变流器实际运行环境特性。在此基础上,通过随机振动数据统计归纳技术得到了牵引变流器柜体及其关键部件运行线路振动载荷谱,可为产品可靠性研究和优化提供参考。     

大功率牵引变流器用预充电电阻的仿真计算分析

电力机车牵引变流器的可靠运行,与各零部件的参数密切相关。在介绍四象限变流器主要技术参数及电力原理的基础上,探讨大功率牵引变流器用预充电电阻的参数设计方法,应用专用软件对结果进行仿真分析。     

轻轨车牵引计算软件的设计

为了获得轻轨车的运行速度、运行电流、运行功率等参数,设计一套计算软件对轻轨车运行进行仿真是必要的。本软件根据轻轨车的不同路况、车辆参数,建立最大运行工况牵引模型,改进了牵引算法,利用VB6.0语言对各路段的轻轨车速度、牵引电机功率、牵引电机电流等数据进行了计算,并对计算结果进行了整合、分析。最终,该软件绘出了一系列运行曲线并生成数据报告,模拟出了轻轨车的最大工况运行状态,这对主变流器和牵引电机的选取有重要意义。     

基于状态观测器的单相整流系统传感器故障诊断与容错控制方法

交直交传动系统广泛应用于高速铁路牵引领域。电力牵引变流器作为牵引传动系统核心部件,由于其自身结构复杂,且运行环境恶劣,易突发故障。本文针对牵引变流器脉冲整流器网侧电流传感器和中间直流侧电压传感器故障,通过建立单相脉冲整流器混合逻辑动态MLD(Mixed Logic Dynamic)模型,构建系统状态观测器,研究基于状态观测器的传感器在线故障诊断与容错控制方法,并基于RT-LAB在回路试验平台进行了验证。试验结果验证了该方法的有效性,其具有诊断速度快、精度高的特点,适用于电力牵引传动系统应用。     

地铁辅助变流器功率损耗与热仿真分析

辅助变流器功率密度的不断提高使密闭箱体内的发热更加严重,因此辅助变流器热设计的重要性随之显现出来。以地铁辅助变流器为例,首先分析计算箱内各主要电气器件功率损耗,利用FloTHERM流体热仿真软件建立仿真模型,设置初始条件并求解计算,得出变流器运行中箱体内部的温度场和流场分布。之后对辅助变流器的样机进行了温升试验并将多测点实测温度与仿真结果对应位置进行了对比,对比的结果证明了热仿真方法对地铁辅助变流器进行发热情况分析的可行性与准确性,对辅助变流器的热设计提供了参考。     

两相两重四象限变流器的控制方法及实现

为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证。结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率。     

中大功率变流技术的发展

回顾了与中大功率变流技术密切相关的各类功率半导体器件发展历程，详细介绍了当前广泛应用的IGBT，IGCT，IEGT，MTO，碳化硅功率器件及其应用特点。概述了大功率变流技术的基本电路拓扑，介绍了三电平电压源变流器、级联H桥多电平变流器以及矩阵变换器等常用拓扑。并从工业调速系统、铁路牵引系统以及公路牵引系统等实际应用出发，介绍了大功率变流器的最新应用实例，包括混合动力和纯电动汽车的驱动装置等。提出了在大功率变流领域一些有望在未来10年得到提高的关键性技术和需要特别加以关注的发展趋势。     

HX_N6型大功率混合动力内燃机车牵引变流器

重点阐述了HX_N6型大功率混合动力内燃机车牵引变流器的研制背景以及主电路、工作原理、性能参数和技术特点,并对该牵引变流器的关键器件、冷却系统进行选型设计。地面试验和装车考核证明,该牵引变流器完全能够满足整车的性能要求。     

考虑功耗的同相补偿变流器可靠性优化分析

以5 MW同相补偿变流器为例,结合重载铁路牵引负荷实测数据,利用Bayerer模型和线性累积损伤理论评估不同运行方式下同相补偿变流器的可靠性,并计算了组合式同相供电系统的功率损耗。结果表明,在牵引负荷波动较小的情况下,增加同相补偿装置的出力可以有效降低同相补偿变流器的故障率,从而提高变流器的可靠性,但是系统的功耗会相应增加。     

基于DGA与神经网络的牵引变压器在线监测技术

针对油浸式牵引变压器的常见故障形式,提出一种牵引变压器全局故障诊断方法,即在传统油中溶解气体分析(DGA)方法基础上,利用BP神经网络强有力的关系处理能力,实现对牵引变压器的运行状态与故障形式的在线监测与判别。仿真测试结果验证了方案的可行性。     

地铁车辆电传动系统标准化产品平台研制

通过确定地铁车辆电传动系统平台的系统技术性能及系统主电路,探讨对主要器件和部件的平台化设计与选型,并最终确定简统化接口方案以及牵引变流器平台的总体结构与设计要点。最后通过仿真计算,对牵引变流器箱体进行静强度、振动模态和随机振动疲劳分析,结果证明试制的系列化牵引变流器结构强度以及铝合金型材满足设计要求。     

CRH2型系列动车组牵引变流器介绍及故障分析

介绍CRH2型系列动车组牵引变流装置结构原理、故障分析,牵引变流器由2台脉冲整流器功率单元、1个中间直流电路、1台三相逆变器功率单元组成.列举了武汉铁路局自2007年高铁正式投入运用以来,CRH2型系列动车组牵引变流器运用故障统计,并进行了分析.     

基于混合碳化硅器件的城市轨道交通车辆牵引节能研究

以碳化硅为代表的新一代半导体器件在城市轨道交通车辆中的应用对车辆牵引电传动系统技术的发展意义重大。将混合碳化硅器件应用于城市轨道交通车辆牵引系统中，能极大地发挥碳化硅器件高温、高频和低损耗的特点，提高车辆牵引系统效率，实现牵引系统的节能降耗目标。与硅功率器件的电机损耗相对比，混合碳化硅功率器件的电机损耗可降低4%;通过更换功率器件、配套新型牵引控制单元，以及采用新的PWM(脉冲宽度调制)控制算法，降低了功率器件的开关损耗和导通损耗。在此基础上，优化了碳化硅功率器件的控制算法，以抑制电流谐波、降低电机损耗。软件仿真和装车测试结果验证了该混合碳化硅器件在车辆牵引系统中的节能效果。