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牵引变流器水冷散热器研究

牵引变流器水冷散热器研究

作者：王龙绪西南交通大学

学位级别：硕士

随着机车中电力电子设备的集成化、密集化,电力电子设备中的热流密度随之不断增加。高温的工作环境影响了电力电子设备的正常运转,因此对于散热技术的研究越加受到重视。论文选取CRH3动车组牵引变流器为模型,深入研究水冷散热技术,优化... 详细信息

随着机车中电力电子设备的集成化、密集化,电力电子设备中的热流密度随之不断增加。高温的工作环境影响了电力电子设备的正常运转,因此对于散热技术的研究越加受到重视。论文选取CRH3动车组牵引变流器为模型,深入研究水冷散热技术,优化设计出有效的水冷散热器。首先,分析了牵引变流器功率开关器件损耗的因素,对牵引变流器中功率开关器件IGBT模块的损耗计算方式进行了介绍,并给出了具体的计算方法。依据CRH3动车组运行时牵引变流器的实际数据,计算出了牵引变流器中IGBT模块功率损耗。其次,确定了水冷散热器的分析方法、水冷散热器模拟仿真的具体流程。利用三维建模软件Pro/E搭建了三种基础水冷散热器的模型：串联结构、并联结构和串并联结构,采用ANSYS划分了模型的网格单元,进行了求解计算。仿真模拟得到了不同流速时三种结构水冷散热器的温度和压力损失数据,利用仿真结果对比分析三种水冷散热器的散热和流动性能。最后,针对高速列车CRH3的牵引变流器,以并联结构为基础,优化设计了一种多并联结构水冷散热器,并对所设计的多并联结构牵引变流器水冷散热器的散热特性与流动特性进行了仿真分析,同时分析了不同流速、不同环境温度以及不同入水口温度对散热器性能的影响规律,验证了所设计的多并联结构水冷散热器具有良好的散热和流动性能。

关键词：牵引变流器水冷散热特性压力损失

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牵引变流器二次脉动电压影响抑制的研究

牵引变流器二次脉动电压影响抑制的研究

作者：赵卫大连交通大学

学位级别：硕士

牵引变流器作为牵引传动系统的重要组成部分,是驱动列车运行的关键设备。由于牵引变流器网侧单相脉冲整流器的固有特性,导致直流侧存在二次脉动电压,通常情况下在直流侧安装LC谐振滤波电路消除二次脉动电压。然而,二次谐振滤波电路具有... 详细信息

牵引变流器作为牵引传动系统的重要组成部分,是驱动列车运行的关键设备。由于牵引变流器网侧单相脉冲整流器的固有特性,导致直流侧存在二次脉动电压,通常情况下在直流侧安装LC谐振滤波电路消除二次脉动电压。然而,二次谐振滤波电路具有体积大、重量大、制造复杂等特点,为顺应现代化高速铁路的发展、实现高速列车的发展创新、降低列车成本、减轻车身重量,取消谐振滤波电路成了一种选择。但无二次吸收回路时,直流侧的二次脉动电压会对牵引传动系统产生影响。本文基于此背景,以无二次吸收回路的牵引变流器为研究对象。首先分析了单相两电平脉冲整流器的工作原理及二次脉动电压的产生机理,并研究了单相脉冲整流器的瞬态直接电流控制策略,在瞬态直接电流控制策略下对二次脉动电压进行了仿真验证。然后,分析了二次脉动电压对网侧电流的影响。为抑制二次脉动电压引起的网侧电流低次谐波,给出了在电压外环中添加N次陷波器,在电流内环中将比例控制器改进为嵌入式重复控制器和嵌入式奇次谐波重复控制器的谐波抑制算法,分析了其谐波抑制原理。在离散域研究了嵌入式重复控制器和嵌入式奇次谐波重复控制器的设计方法,探讨了参数的选取。并且在Matlab/Simulink仿真软件中搭建网侧整流系统模型以及网侧电流谐波抑制模型。对四种方案进行了仿真分析,得出了最佳网侧电流谐波抑制方案,验证了本文网侧电流低次谐波抑制算法的有效性。最后,在分析二次脉动电压对逆变器输出电压和牵引电机影响的基础上,给出了在SVPWM和方波调制下的拍频抑制算法:在SVPWM调制下,基于伏秒平衡原理修改每个开关周期内的电压矢量作用时间,抑制二次脉动电压的影响;在方波调制下,研究了频率补偿算法,抑制二次脉动电压的影响。并且在Matlab/Simulink仿真软件中搭建牵引逆变器-电机系统模型以及拍频抑制模型。对SVPWM和方波调制下的拍频抑制方案进行了仿真分析,验证了本文拍频抑制算法的有效性。

关键词：牵引变流器二次脉动电压谐波抑制拍频抑制

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牵引变流器的电磁兼容性分析

牵引变流器的电磁兼容性分析

作者：贾添淇北京交通大学

学位级别：硕士

牵引变流器作为一个大功率的电压、电流转换装置,在电力机车的整个系统中发挥着极为重要的作用。同时,牵引变流器作为电力机车的主要电磁骚扰源,所引起的一系列电磁兼容性问题已经越来越受到重视。本文以CRH380AL型动车组的牵引变流器... 详细信息

牵引变流器作为一个大功率的电压、电流转换装置,在电力机车的整个系统中发挥着极为重要的作用。同时,牵引变流器作为电力机车的主要电磁骚扰源,所引起的一系列电磁兼容性问题已经越来越受到重视。本文以CRH380AL型动车组的牵引变流器为研究对象,研究了牵引变流系统的电磁兼容性。首先,介绍了两点式和三点式牵引变流器的整体结构和基本原理。然后,根据开关函数理论,分析了四象限脉冲整流器、中间储能环节以及逆变器的工作原理、工作方式以及电路拓扑结构,并且应用ANSYS Simplorer搭建了整流器和逆变器的仿真模块。其次,介绍了脉冲宽度调制的基本原理,包括正弦脉冲宽度调制以及空间矢量脉冲宽度调制。针对整流部分和逆变部分采取不同的脉冲宽度调制方式,再结合变流器的控制理论,建立了整流器及逆变器的控制系统仿真模块,实现了对正弦脉冲宽度调制以及空间矢量脉冲宽度调制控制方式的仿真。然后,在ANSYS Simplorer的仿真平台上分别搭建了牵引变流系统的整流侧和逆变侧的仿真模型,并分析了其仿真结果的电压、电流波形的时域和频域特性。特别是谐波和共模骚扰特性。为了分析电机输入端的传导骚扰的情况,在ANSYS Maxwell有限元仿真软件上搭建了牵引电机的仿真模型。Simplorer和Maxwell的联合仿真结果表明寄生电容的值应该降到最低,以及在输出端添加滤波回路或者滤波器时,对于输出的高次谐波的抑制效果非常明显。最后,对牵引变流装置进行了现场实际的测试,通过测量不同工况下牵引系统周围磁场及谐波电流,得出在整个运行过程中,机车牵引变压器在2000-3000Hz频带范围内均存在明显骚扰信号,这对于载频为2000Hz、2300Hz和2600Hz的轨道电路闭塞区段可能构成干扰。

关键词：牵引变流器电磁干扰联合仿真空间矢量电压 PWM

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牵引变流器辐射建模仿真研究

牵引变流器辐射建模仿真研究

作者：周浩波大连交通大学

学位级别：硕士

随着牵引变流器内部设备工作频率的提高,其产生的电磁兼容(EMC)问题已成为影响变流器正常工作的关键因素,建立牵引变流器的仿真模型,实现对变流器各种电磁兼容问题的数值化仿真,对研究和预测其电磁兼容问题很有必要,然而实际变流器模型... 详细信息

随着牵引变流器内部设备工作频率的提高,其产生的电磁兼容(EMC)问题已成为影响变流器正常工作的关键因素,建立牵引变流器的仿真模型,实现对变流器各种电磁兼容问题的数值化仿真,对研究和预测其电磁兼容问题很有必要,然而实际变流器模型比较复杂,仿真起来势必会引起仿真时间过长甚至难以仿真的问题,因此有必要对变流器模型进行优化。本文以某厂地铁牵引变流器为研究对象,从变流器干扰机理及自身电磁特性出发,对实际变流器模型进行优化与仿真。首先,结合牵引变流器主电路原理图,对其共模传导路径和差模传导路径进行建模分析,得出IGBT高速开通关断所产生的du/dt和di/dt为主要的传导干扰源。同时,从辐射场的角度,对IGBT与箱体内部寄生参数及线缆之间的关系进行建模,分析得出牵引变流器高频辐射产生的机理。在充分掌握变流器干扰机理的基础上,针对牵引变流器内部微小结构众多、孔缝复杂等电磁兼容问题,分别利用微扰理论、缝隙转移阻抗技术等对变流器进行相应的优化,并通过CST软件仿真与理论计算相结合的方法,对基于微扰理论的模型处理方法和基于转移阻抗的缝隙模型处理方法进行验证。接着,基于箱体屏蔽理论和孔缝泄漏理论,对变流器散热孔不同形状、数量、角度进行仿真分析,给出箱体孔缝优化意见。最后,通过搭建带有寄生参数的电气模型,得到变流器IGBT电流信号,并基于仿真优化方法,分别对复杂模型和精简模型进行仿真对比分析,得出模型精简的正确性与可靠性。本文的研究内容不仅为牵引变流器电磁兼容结构设计与整改提供了理论及仿真支撑,而且对牵引变流器模型简化及仿真方面给出了相应的理论依据。对于电大尺寸模型的简化与仿真,具有一定的借鉴意义。

关键词：牵引变流器微扰理论缝隙转移阻抗技术 CST

应用逆导型IGBT二极管退饱和控制的单相牵引变流器

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电工技术学报 2016年第A02期31卷 58-66页

作者：黄先进游小杰郑琼林北京交通大学电气工程学院北京100044

与普通IGBT模块不同,逆导型IGBT(RC-IGBT)在同一个芯片上集成了二极管与IGBT,增强了相同封装面积的电流承受能力。同等电气参数和封装尺寸下,RC-IGBT芯片数量减少,模块通流能力和散热性能大大提高。对RC-IGBT的集成二极管进行退饱和控制... 详细信息

与普通IGBT模块不同,逆导型IGBT(RC-IGBT)在同一个芯片上集成了二极管与IGBT,增强了相同封装面积的电流承受能力。同等电气参数和封装尺寸下,RC-IGBT芯片数量减少,模块通流能力和散热性能大大提高。对RC-IGBT的集成二极管进行退饱和控制,可以明显降低二极管的反向恢复损耗。该文在牵引变流器上施加二极管退饱和脉冲控制,以实现PWM整流输出工况下RC-IGBT总损耗降低。分析了加入退饱和脉冲控制的牵引变流器的工作原理以及损耗计算方法,并通过仿真计算证明了该方法可比普通IGBT更有效地降低损耗,即使用RC-IGBT并采用二极管退饱和控制的牵引变流器,相比普通IGBT变流器,电流耐受力更高,温升和散热特性更好。

关键词：逆导型IGBT 二极管退饱和牵引变流器

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动车组牵引变流器冷却风机的噪声异常分析

噪声与振动控制 2023年第4期43卷 174-180页

作者：丁杰熊英殷仁述湖南文理学院机械工程学院湖南常德415000 湖南文理学院国际学院湖南常德415000

针对某动车组牵引变流器冷却风机存在噪声异常的问题,开展装车测试和车间测试,分析导流罩、电机和油封橡胶等部件对冷却风机噪声的影响,并基于宽频噪声预测法对冷却风机进行流场仿真与噪声仿真,分析导流罩和叶轮间隙对噪声的影响。研究... 详细信息

针对某动车组牵引变流器冷却风机存在噪声异常的问题,开展装车测试和车间测试,分析导流罩、电机和油封橡胶等部件对冷却风机噪声的影响,并基于宽频噪声预测法对冷却风机进行流场仿真与噪声仿真,分析导流罩和叶轮间隙对噪声的影响。研究结果表明:噪声测试确定异常噪声来自冷却风机的气流经过导流罩时产生的高频气动噪声,人耳对于高频噪声较敏感而容易识别。噪声仿真发现随着导流罩与叶轮间隙增大,噪声辐射峰值先增大后减小,在3.6 mm时存在噪声峰值。将导流罩与叶轮间隙控制在1.5 mm~2.5 mm可有效解决噪声异常的问题。仿真与测试相结合的方法可为冷却风机产品的噪声性能优化改进提供指导。

关键词：声学动车组牵引变流器冷却风机异常噪声宽频噪声预测法

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高寒动车组牵引变流器的振动测试及分析

噪声与振动控制 2024年第1期44卷 296-302页

作者：丁杰湖南文理学院机械工程学院湖南常德415000 湖南文理学院国际学院湖南常德415000

针对我国西北部地区恶劣天气和老化线路影响高寒动车组安全可靠运行的问题,开展实际线路运行时振动测试及分析。根据即墨至乌鲁木齐的车辆运行速度和地形特征,划分青岛—济南、济南—西安、西安—兰州、兰州—乌鲁木齐4个区间,对比分析... 详细信息

针对我国西北部地区恶劣天气和老化线路影响高寒动车组安全可靠运行的问题,开展实际线路运行时振动测试及分析。根据即墨至乌鲁木齐的车辆运行速度和地形特征,划分青岛—济南、济南—西安、西安—兰州、兰州—乌鲁木齐4个区间,对比分析不同区间内的振动有效值。结合IEC 61373标准,对比分析实测振动有效值、冲击峰值与标准值的差异。通过振动频谱分析牵引变流器不同部件的振动特性,利用统计容差法编制不同部件的实测载荷谱,并利用有限元方法分析中频和高频振动对牵引变流器结构的影响。结果表明,济南—西安区间内的振动高于其他区间,西安—兰州区间内的冲击高于其他区间;柜体吊耳和控制箱的振动主要体现在垂向与纵向,而横向较小,且以中频段和低频段为主;冷却风机的振动集中在低频段,来自于风机转频;功率模块振动以横向和纵向为主,中频段和高频段的振动远大于低频段。

关键词：振动与波高寒动车组牵引变流器线路振动测试载荷谱

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高速动车组牵引变流器的压力特性及温升计算

电气工程学报 2023年第2期18卷 287-294页

作者：丁杰尹亮湖南文理学院机械工程学院常德415000

为分析高速动车组运行过程中列车表面压力对牵引变流器进出风口的影响以及牵引变流器的冷却散热效果,首先建立列车明线运行的空气动力学模型,通过数值模拟得到高速动车组以速度350 km/h明线运行时的压力分布特性,结果表明牵引变流器的... 详细信息

为分析高速动车组运行过程中列车表面压力对牵引变流器进出风口的影响以及牵引变流器的冷却散热效果,首先建立列车明线运行的空气动力学模型,通过数值模拟得到高速动车组以速度350 km/h明线运行时的压力分布特性,结果表明牵引变流器的进出风口均为负压,出风口与进风口平均压差值为负值,这有利于牵引变流器的通风散热;然后根据牵引变流器的结构特点分别建立了液冷子系统和风冷子系统的仿真模型,得到主逆变组件、整流组件和辅助逆变组件的绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)元件温升,以及变压器、电抗器等电气部件的温升;最后通过温升试验验证仿真计算结果的准确性和牵引变流器的散热效果。牵引变流器的压力特性及温升计算,对于高速动车组的开发研制具有一定意义。

关键词：高速动车组牵引变流器空气动力学压力特性温升计算

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再生制动工况下牵引变流器系统的稳定性分析

电力科学与技术学报 2021年第4期36卷 141-149页

作者：张承烨汤赐曾云龙唐强李建奇长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 分布式电推进飞行器控制技术湖南省重点实验室湖南常德415000

随着交直交传动方式在高速列车上的普及,接触网电压波动甚至失稳现象出现频率日趋上升,影响了设备安全及正常的运行。研究发现高速列车运行在再生制动模式下时对电网稳定性有很大影响,为实现牵引变流器再生制动能量回收,同时确保电网与... 详细信息

随着交直交传动方式在高速列车上的普及,接触网电压波动甚至失稳现象出现频率日趋上升,影响了设备安全及正常的运行。研究发现高速列车运行在再生制动模式下时对电网稳定性有很大影响,为实现牵引变流器再生制动能量回收,同时确保电网与牵引变流器的级联系统稳定运行,该文在非理想电网情况下,通过阻抗分析法推导产生稳定性问题的原因,并在Simplorer、Maxwell、RMxprt、Matlab/Simulink仿真环境下进行联合仿真验证,结果表明:改善参数可以有效抑制级联系统的振荡问题,提高列车运行可靠性。

关键词：牵引变流器再生制动稳定性分析级联系统