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。     

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。     

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。     

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。     

城轨辅助变流器热设计方法研究

针对辅助变流器热设计的需求,建立有限体积法的迭代方程,并结合城轨辅助变流器的热设计,提出热仿真的设计步骤与方法。依照此方法建立北京城轨13号线辅助变流器箱体与内部主要电气部件的数学模型,采用仿真与公式计算结合的IGBT热损耗计算方法,使用六面体网格离散时间与空间域的模型,借助流体力学软件迭代有限体积法方程进行热仿真的计算,计算结果满足温升要求。依据此热设计结果试制成样机,完成稳态温升试验,并将主要电气部件试验结果与仿真结果进行对比。结果满足设计初衷,验证了有限体积法的热仿真分析方法的可行性。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

地铁车辆牵引变流器自主化研制

介绍了ITC52-H-02型自主化牵引变流器的主要技术参数、主电路原理、总体结构及其变流器模块的技术特点,简述系统通风散热设计、低次谐波抑制性能。该牵引变流器完全自主化研制,并已在广州地铁车辆上完成各项型式试验,满足牵引系统应用需求。     

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.     

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。     

基于flotherm软件的HXD2辅助变流功率模块散热研究

以HXD2辅助变流柜三维模型和其型式试验报告提供的准确数据为依据,利用热仿真软件flotherm搭建辅助功率模块的散热模型,并对功率模块在特定状态下的热分布情况进行仿真,并与试验数据对比,证明了建模及仿真分析的有效性,为今后模块散热优化设计等方面提供了前期指导.     

高度集成化永磁牵引变流器的研制

文章按照标准地铁列车研制及试验项目的统型设计思路,提供了一种高度集成化的永磁牵引变流器,从主电路、箱体结构和布局等方面对该永磁牵引变流器进行了分析和研究,并进行了强度计算和热仿真计算,证明该永磁牵引变流器满足标准地铁列车永磁牵引系统的应用需求。     

国产化6500V/200A高压大功率IGBT的研制

研制的IGBT器件采用完全国产化芯片,通过ANSYS仿真软件对电磁场、热、应力分布等特性进行仿真,实现IGBT器件结构设计最优化;研制的高压大功率IGBT通过了器件、功率模块、辅助变流柜和机车级的试验验证。试验结果满足设计要求,并已形成了芯片—IGBT器件—功率模块—变流器完整产业链,成功批量应用在国内轨道交通领域,具有重大的社会意义和市场前景。     

标准地铁列车辅助供电系统与产品平台

文章介绍了标准地铁列车辅助供电系统的组成、主电路与技术性能,以及辅助变流器的主电路及平台化统型方案,总结了统型方案的技术特点,并对设计的某型统型方案辅助变流器进行了仿真和试验验证。结果表明,该辅助变流器满足标准地铁列车技术规格书要求及简统方案技术要求。     

地铁列车模块化再生制动能量回馈变流器的研制

分析了地铁再生制动能量逆变回馈系统的工作原理,给出了基于多模块并联的地铁再生制动回馈变流器主回路设计及控制策略设计方法,并完成了样机的研制和试验。试验结果表明:该装置满足地铁列车再生制动能量的吸收利用及稳定牵引网电压的要求,可以实现交直流侧直接并联,其均流精度高、高频环流小、冗余度高。     

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。     

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。