高速動車組變流系統(tǒng)損耗分析與散熱研究.pdf

1、隨著高速列車運行速度的提高，載運工具電氣動力系統(tǒng)的容量日益增大。受列車結(jié)構(gòu)與體積的限制，要求牽引變流系統(tǒng)具有更高的集成度和功率密度。這會導(dǎo)致半導(dǎo)體變流器功耗加大，從而使得熱流密度急劇上升，直接導(dǎo)致功率器件的關(guān)鍵參數(shù)——結(jié)溫升高——影響系統(tǒng)工作性能。變流系統(tǒng)的溫升應(yīng)該重點考慮，要從設(shè)計初始階段注重電氣設(shè)備的散熱設(shè)計，有效控制元件所產(chǎn)生的熱流，避免某些元件特別是功率開關(guān)的工作溫度急劇上升導(dǎo)致整個系統(tǒng)工作不穩(wěn)定甚至失效。變流系統(tǒng)的散熱能力是影

2、響其容量的重要因素。過小的牽引系統(tǒng)容量達不到列車的速度指標要求；過大的牽引系統(tǒng)容量會造成動力的浪費。
　　 本文以高速列車變流系統(tǒng)為主要研究對象，研究整流器與逆變器系統(tǒng)的電氣損耗及溫升分布。分析了變流系統(tǒng)中影響功率器件損耗的因素，研究并建立了一種計算不同電路拓撲下功率器件損耗的方法；在準確計算功率器件損耗的基礎(chǔ)上計算了CRH3變流系統(tǒng)的熱路中各部分的平均溫度，并推導(dǎo)計算出IGBT結(jié)溫在功率脈沖下隨時間的波動情況；采用解析法，進行

3、了IGBT變流器的二維溫度場分析，并繪出了溫度場分布圖；使用FloTHERM熱仿真軟件分析了變流系統(tǒng)的三維傳熱情況，利用該軟件可良好地模擬周圍環(huán)境和水流，仿真結(jié)果具有很強的直觀性，便于設(shè)計者快速發(fā)現(xiàn)問題，輔助散熱設(shè)計。
　　 變流系統(tǒng)熱設(shè)計是變流器容量及可靠性設(shè)計不可缺少的一部分，繼而影響到動車組車型的結(jié)構(gòu)設(shè)計和動力配置。文章提出了一套完整的高速列車變流器設(shè)計方案，并設(shè)計編寫了“高速列車牽引變流系統(tǒng)溫升仿真與散熱分析軟件”，為動