基于SiC MOSFET的牵引逆变器在轨道交通中的应用研究

阐述了SiC器件和Si器件的开关特性和能耗对比;根据轨道交通牵引工况计算比较了SiC器件和Si器件的功率损耗;针对高开关频率应用,进行了包括温升、噪声、损耗、效率等一系列试验验证。试验结果表明,采用SiC MOSFET的牵引逆变器可以有效降低电机的谐波损耗,实现牵引系统节能降耗,并降低中低速段的电机噪声。     

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。     

SiC功率器件在电力牵引系统的应用研究

介绍电力机车传动系统的构成,对开关器件功率损耗进行简要分析,通过与传统硅基功率器件在机车变流器应用的对比分析,说明碳化硅(SiC)功率器件在轨道交通领域的应用优势。     

轨道交通列车碳化硅充电机器件损耗计算方法

第三代宽禁带半导体——碳化硅器件的广泛应用,使轨道交通列车充电机系统中器件的损耗计算逐渐成为列车电源系统设计中的一项关键技术.提出了一种碳化硅器件的损耗计算模型.基于PLECS软件进行了碳化硅器件的损耗仿真对比,验证了该损耗计算模型的合理性.对所研制的碳化硅充电机进行了功能验证,验证了碳化硅器件损耗计算模型在实际应用中的正确性.     

寄生参数对IGBT关断浪涌电压影响的仿真建模

IGBT作为能源变换与传输的核心器件具有良好的载流与抗压能力,在轨道交通、电力系统等行业领域应用非常广泛。以建模仿真的方式模拟浪涌电压实际运行性能,深入研究其特性,可为提高功率器件系统的安全性与稳定性提供依据。文中通过有限元法求解电磁准静态场提取单桥臂回路各器件的寄生参数,并结合IGBT器件静态、动态特性建立了精确的单桥臂电路模型。通过对比不同精度模型的仿真计算结果表明,寄生参数对于浪涌电压的幅值大小和振荡具有不可忽视的影响,在电路优化设计中应予以充分的关注。该精确模型具有精准、易调控的特点,仿真结果对IGBT功率器件精确的损耗计算、可靠的电磁兼容设计及评估潜在风险具有指导性意义。     

某集中式动力单元电抗器温升过高的问题分析与解决对策

针对温升试验时牵引电抗器温升超标问题,通过现场排查、分析推断电抗器受风面积太小是导致其温升过高的主要原因.首先基于热损耗理论,计算器件的功率损耗;然后构建牵引系统增加导风罩前后的有限元模型,并运用ICEPAK对系统进行热仿真分析,以验证增加导风罩后的散热效果;最后加工导风罩用于样机的温升试验.结果表明:仿真温度与试验温...     

DC-DC变换器中25 kW高频功率变压器的设计

介绍了中低速磁浮列车DC-DC变换器用25kW高频功率变压器的设计,包括其磁芯材料的选择原则、参数计算、损耗计算以及效率计算的方法。试验运行结果表明所设计的高频功率变压器满足功率输出、温升等性能要求。     

有源钳位逆变器最小开关损耗调制策略的研究

针对三电平有源钳位逆变器拓扑,介绍了一种减小开关损耗的调制方案。首先分析了各种工作状态下每个功率器件的开关损耗情况;然后基于零序分量注入的载波调制算法,提出了一种动态最小开关损耗载波脉宽调制策略;最后建立仿真模型,逆变器侧分别选取CRH380A型动车组牵引电机以及三相阻感电路作为负载。验证了该拓扑调制方案能有效地降低总开关损耗,均衡损耗在各开关器件上的分布,提高了牵引系统的热稳定性。     

二电平IGBT变频器载荷工况下损耗和温升计算程序的开发

介绍了采用IPOSIM和Simulation-Tool软件计算载荷工况下损耗和温升的方法,并对软件的计算方法作了改进,形成了二次开发程序,克服了原有软件对载荷点数量的限制。以某地铁车辆变频器的运行数据为研究对象,通过程序计算得到了运行过程中的损耗、散热器温度、IGBT模块中芯片壳温及结温变化曲线,可为地铁车辆IGBT变频器的热设计工作提供指导。     

地铁列车异步牵引电动机发热校验方法及应用

文章介绍了对地铁异步牵引电动机进行发热校验的具体方法,根据线路条件和列车特性,进行线路模拟计算;然后根据模拟计算时的划分点,调用电磁计算程序,进行单点计算,计算出电机损耗,用平均损耗法对地铁异步牵引电动机进行发热校验。     

城轨列车牵引变流器箱体热仿真设计方法

箱体热设计是变流器结构设计的重点和难点。以热仿真设计方法作为箱体设计的指导思想,根据热仿真设计需要,重点分析计算箱体内主要发热器件损耗,并给出计算公式。以北京地铁13号线牵引变流器为例,计算得到主要发热器件的损耗,并采用计算机辅助求解软件FLOTHERM,在满载工况下,对设计变流器模型进行了整个机组的稳态工况热仿真计算,电气与电子器件仿真结果满足温升设计预期。并依据此研究成果试制样机,机组实测参数与仿真结果一致,验证了箱体热仿真设计方法的科学性和实用性。     

基于功率循环的功率器件寿命评估快速工程方法

介绍了工程中常用的4种基于主动功率循环的半导体功率器件寿命评估模型,针对这些模型存在忽略功率器件封装与实际工况复杂性的问题,提出用于寿命评估的功率循环试验更适合基于器件退化而非器件失效来选定阈值的观点,并给出了快速完成实际工况模式下基于器件退化的功率循环试验的阈值设定方法,功率器件寿命评估快速公式和残余寿命评估方法。该方法在工程实践中可以快速低成本地评估功率器件的寿命。     

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。     

高速动车组辅助变流器箱体的热仿真设计方法

基于热传递基本原理的高速动车组辅助变流器箱体热仿真设计流程主要包括建立几何模型、设置仿真初始条件、网格划分及稳态求解计算3个环节.根据辅助变流器的基本技术参数,并结合模拟及混合信号仿真软件Saber对辅助变流器主电路的仿真结果,给出辅助变流器中变压器、电抗器和绝缘栅双极型晶体管等主要发热器件功率损耗的计算公式.以某高速动车组辅助变流器为例,采用计算流体力学软件Flotherm,按照辅助变流器箱体热仿真设计流程,得到额定工况下辅助变流器箱体的温度场和流场分布结果,并制成辅助变流器样机.对比变压器线包和铁芯及功率模块散热片样机实测结果与仿真结果,验证了辅助变流器箱体热仿真设计方法的可行性.     

问与答

答：（1）IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是功率MOSFET 技术的派生器件。它结合了双极结型晶体管（BJT）的低导通损耗和功率MOSFET的高开关速度的特点,是一种电压控制型器件。与晶闸管相比，IGBT速度更快，dv/dt抗干扰和栅极关断能力更好。当某些晶闸管例如GTO由门极关断时，要求有反向门极电流，而IGBT关断时，唯一要求的是栅极电容放电。象MOSFET一样，IGBT是跨导器件，只要保持栅极电压在阈值电压电位以上，便能维持IGBT的充分导通状态。在故障情况下，IGBT表现了可靠耐用的特性。当器件处于端子短路或接地状态时，短路…     

牵引变流器功率器件结温在线监测方法综述

功率器件结温在线监测对牵引变流器安全可靠运行至关重要,准确的结温监测是牵引变流器失效分析、运行状态监测、健康管理和剩余服役寿命预测的基础。因此,面向功率器件结温在线监测开展了大量研究。在此基础上,概述了以热网络模型法和温敏参数法为主的功率器件结温在线监测方法,以此为分类基准梳理了现有功率器件的结温监测方法并讨论了在牵引变流器中在线实现的可能,详细介绍了功率器件结温监测方法针对在线应用及客观因素干扰的发展与改进。最后,总结并对比了现有功率器件结温在线监测方法的演变、联系与差异,在分析现有结温监测方法面临挑战的基础上,展望功率器件结温在线监测在人工智能技术辅助下的前景。     

宽禁带功率器件键合缓冲技术的可靠性分析

在电力电子应用中,性能优于硅功率器件的宽禁带功率器件得到广泛关注。然而,传统功率器件封装中的芯片顶部的电气互连结构现在已成为限制宽禁带功率器件寿命的主要因素。因此,有必要通过使用键合缓冲技术将铜键合线、焊带和引线框架来代替铝键合线作为芯片顶部的电气互联以满足宽禁带功率器件在高温工作条件下的要求。文章回顾了不同键合缓冲技术和金属键合材料在功率循环测试中的可靠性表现。其中,因瓦合金键合缓冲材料与铜键合线的结合在众多键合材料中显示出最强大的功率循环测试能力。失效分析显示,宽禁带功率器件封装的薄弱点已经从芯片顶部的键合材料变为氧化铝陶瓷衬底或芯片上表面的铝金属层。     

交流传动机车主变压器谐波损耗分析

大功率电力电子器件的大量应用,使交流传动机车主变压器在谐波环境下运行.本文以ANSOFT软件为平台建立变压器仿真模型,计算谐波条件下主变压器的铜耗及变压器铁芯损耗功率,推导铁芯硅钢片的涡流损耗公式并分析硅钢片的涡流特性.所得结果表明:谐波的存在使交流传动机车主变压器的铜耗和铁芯损耗增大,且谐波电流产生的损耗比等量工频电流产生的损耗大.分析结果可为变压器的设计优化提供参考.     

内螺纹铣削加工程序自动生成软件的实现

主要讨论了如何利用C＋＋编程，实现内螺纹铣削加工参数的自动计算，并且根据计算所得数据由计算机自动生成相应的加工程序，从而提高内螺纹铣削数控程序的编制速度与数据准确性，提高牵引电机部件上内螺纹加工精度，减少丝锥损耗，降低加工成本。