地铁高频辅助变流器热设计及试验验证

随着地铁辅助变流器的开关频率不断提高,合理的热设计是保证辅助变流器正常工作的前提。针对地铁高频辅助变流器,对产品热设计进行研究。利用PLECS软件计算关键模块的损耗,并设计多并联风道散热系统;采用Icepak软件建立该散热系统仿真模型,仿真得到高频辅助变流器关键模块的温升;最后对高频辅助变流器样机进行温升试验。仿真结果与试验测试结果对比表明,温升吻合性较好,验证了仿真分析的有效性,且关键模块温升小于45 K,满足该系统的散热需求,并为高频辅助变流器热设计及优化提供了方法。     

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。     

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。     

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.     

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。     

电力机车牵引变流器水冷系统的热仿真分析

水冷系统是大功率交流传动电力机车牵引变流器安全可靠运行的基础。因其结构复杂,很难采用经验公式和理论计算进行准确的分析,而采用有限体积法对整个水冷系统进行仿真时需面临计算精度与计算机资源巨大的问题。通过运用FLUENT软件先对水冷系统管道内冷却介质的流动情况进行分析,再以计算得到的各水冷散热器入口平均流速为输入参数,然后对逆变模块和整流模块的水冷散热器温升情况进行研究,得到水冷系统的散热性能仿真结果。仿真方法的可行性和仿真结果的准确性得到了试验验证。研究结果可为牵引变流器水冷系统的热设计提供指导。     

永磁同步牵引电动机温度场仿真分析

以一台永磁同步牵引电动机为例,根据其通风结构和传热特点,基于流体力学与传热学的基本原理,建立了电机流-固耦合的1/4物理模型。采用有限体积法对电机内部稳态温度场进行了仿真计算,并结合试验数据,对该电机的通风冷却结构进行了改进。电机温度场仿真结果和温升数值符合设计要求,温升试验数据验证了仿真计算结果的准确性,为该类型电机通风冷却结构的设计和温升计算提供了理论依据。     

250km/h货运动车组牵引变流器

为适应快速货运的发展要求,通过对现有变流器整流、牵引逆变和辅助逆变部分的控制进行优化,设计了250 km/h货运动车组牵引变流器。通过仿真验证,改进后的算法能提高网侧电流信号品质,可减小辅助变流器输出电压谐波含量,并且能改善辅助变流器输出各相电压之间的不平衡度。功能和研究性试验表明温升结果满足实际要求,型式试验验证了250 km/h货运动车组电气系统设计的合理性。     

具有散热结构的地铁列车再生制动能馈变流器结构设计

介绍了地铁列车再生制动能馈系统的工作原理,给出了一种基于模块化设计思路的能馈变流器结构设计方案。通过建立变流器柜的三维结构仿真模型,对柜内散热系统进行了热场分析;通过柜内温升试验及风速测试,验证了变流器散热系统结构的合理性。试验及测试结果表明,再生制动能馈变流器体积小、重量轻,不仅满足了产品的设计要求,还解决了变流器柜内散热效果不好的问题。     

中频辅助变流器半实物仿真研究

轨道交通车辆使用的中频辅助变流器采用LLC谐振变换器和中频变压器替代传统工频变压器,可提高变流器的开关频率和减小磁性元件的体积与重量。为提高辅助控制单元(ACU)的设计和验证手段,对中频辅助变流器半实物仿真进行研究,建立了中频辅助变流器的电路模型;通过实时仿真系统、信号处理系统、数据采集系统、ACU和上位机搭建了半实物仿真系统;通过半实物仿真结果与实际试验结果的对比验证了该仿真系统的正确性和有效性。     

基于Icepak的机车牵引变流器热设计

以某机车牵引变流器散热系统为研究对象,对其功率模块和其他热敏感度高的关键部件热损耗进行分析。针对该变流器的整体布局特征,提出各功率模块采用独立风道的方式进行冷却,并在风机的入口前设计导流装置,将各模块的冷却风量按功耗的比例进行分配,均衡冷却效果。采用Icepak软件计算变流器内部的流场分布和功率模块的温度分布,结果表明:各关键部件的散热都能满足设计要求,各功率模块的冷却效果也较为均衡。通过温升试验验证,试验结果与仿真结果基本吻合,验证了方案的可行性。     

动车组充电机散热分析及优化设计

根据充电机功率模块的热流密度及温升确定了充电机的冷却方式,并提出了充电机的散热设计方案。通过散热仿真计算,计算了充电机各关键元器件温升,计算结果表明该散热设计方案满足散热需求。同时,通过温升试验对充电机整机进行了温升测试及内循环优化设计,试验结果显示增加内循环风道可有效降低充电机功率模块各元器件表面温度。     

HXD1C电力机车辅助变流器风道数值模拟及试验研究

对HXD1C电力机车辅助变流器用理论计算确定散热器尺寸,通过经验公式计算散热系统所需风量,用CFD软件FLUENT对风道散热系统进行了三维数值模拟分析,求解散热系统的温度场分布.通过与试验结果进行对比研究,表明计算结果满足工程运用所需的精度要求,可应用于类似系统的热分析中.     

CRH3型动车组辅助变流器半实物仿真系统

基于对CRH3型动车组辅助变流器电路结构、控制器K1及其接口的分析,采用的模拟方案有:使用电磁继电器模拟接触器的闭合和关断;使用常闭按钮开关模拟熔断器、主风扇M30和变压器超温保护的反馈触点;采用反相器将IGBT的控制信号取反,以模拟IGBT的反馈信号;设置2个可调电阻用以模拟功率模块进风口和出风口的PT100温度传感器,并通过调节电流实现对主风扇M30的控制。采用Matlab软件的Simulink工具箱建立辅助变流器半实物仿真系统主电路的仿真模型,在Matlab软件的实时开发环境(Real-Time Win-dows Target,RTW)模块中经过模型分析、代码转换、程序生成并运行联编文件等步骤,获取该模型的可执行文件。运行该可执行文件,通过选择外部模式、构造、连接目标机、运行等步骤,再打开控制器K1,实现半实物仿真系统和控制器的协同工作。使用Visual Basic软件开发该仿真模型的人机界面。实践证明,这一方式完全能满足设计需求,同时又具有较高的性价比。该辅助变流器半实物仿真系统已经成为辅助变流器国产化设计的重要工具。     

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。     

悬索桥主缆温度场计算

研究目的:精确地计算悬索桥主缆各种状态下的温度场,对于悬索桥的架设至关重要.为此,在一些基本假设的基础上,建立主缆的热分析模型和非稳态热传导微分方程,推导太阳热辐射和热对流边界条件,主缆计算模型的热物性参数则采用了模型试验得到的结果.为了得到特定环境条件下的数值解,建立主缆温度场的计算方法及主缆热平衡矩阵方程.研究结论:通过对某桥梁主缆温度场的有限元计算及与实桥主缆温度场实测结果的对比,证明了计算方法的精确和可靠,可用于悬索桥主缆设计、施工和运营阶段的温度场计算.     

永磁同步电机的三维流场温度场耦合计算

随着永磁同步电机功率密度的提高与体积的减小,准确预估其温升成为设计过程中的关键难题。为解决该难题,以某永磁同步电机为研究对象,基于基本假设和求解条件,采用多参考坐标系模型与有限体积法对永磁同步电机三维流动与传热耦合仿真模型进行求解。对永磁同步电机内部的流体流动特性、整体温度场、定转子温度场以及对流换热系数分布进行了分析。研究方法与结果可为永磁同步电机的热设计工作提供指导。     

基于ProE和ANSYS的变流器柜体结构分析

通过变流器结构分析的计算实例，介绍了简化有限元模型以及建立焊缝和螺栓连接结构的方法。建模过程中实现了ProE和ANSYS的仿真环境相互集成，利用软件的各自优势完成了模型简化和求解分析。分析结果表明，该变疵器柜体的强度和刚度达到了设计要求，该方法可为产品设计提供指导。     

网侧变流器系统建模及半实物仿真实现

建立网侧单重变流器系统的数学模型。解决了半实物仿真环境下的过电压过电流同题，实现了所建数学模型和实物控制器的闭环仿真。试验结果表明，所建模型基本反映了变流器系统主要电量的运动规律，能够满足系统仿真试验要求。     

智能型充电机在高速动车组中的应用

介绍了充电机的技术参数、电路结构及工作原理,分析了移相全桥ZVS变换器的工作原理及工作运行模式;并通过MATLAB模拟仿真对系统参数进行仿真验证,最后,通过充电机联调试验站完成地面联调试验,验证了充电机的各项性能指标达到设计要求。