牵引变流器直流母排杂散电感的建模、分析及设计

第1章牵引变流器研究概述
1.1牵引变流器研究背景及意义1
1.2牵引变流器研究现状3
1.2.1IGBT建模研究现状3
1.2.2基于电热耦合的牵引变流器特性分析研究现状4
1.2.3直流母排杂散电感研究现状6
1.2.4牵引变流器损耗计算和散热分析研究现状8

第2章考虑温度影响的IGBT电气模型建模及应用
2.1IGBT的开通关断特性11
2.1.1开通过程12
2.1.2关断过程14
2.2IGBT的电气模型15
2.2.1静态特性建模15
2.2.2动态特性建模17
2.3温度对IGBT特性及IGBT模型的影响22
2.3.1温度对IGBT特性的影响22
2.3.2考虑结温影响的IGBT电气模型25
2.3.3不同结温下的IGBT开关特性26
2.4用IGBT的电气模型分析缓冲电路和IGBT并联30
2.4.1Snubber电容对变流器特性的影响30
2.4.2寄生参数对IGBT并联的影响33
2.5线路杂散电感对IGBT电气特性的影响36
2.6实验验证37

第3章牵引变流器系统的电热模型及特性分析
3.1IGBT模块的热模型40
3.1.1IGBT模块的内部结构40
3.1.2IGBT的瞬态热阻抗41
3.1.3IGBT模块的热模型43
3.2变流器散热系统的热模型46
3.3IGBT模块和变流器的电热模型47
3.4基于变流器电热模型的瞬态特性仿真48
3.4.1变流器电热耦合的流程48
3.4.2变流器电热模型的参数49
3.4.3基于变流器电热模型的特性仿真结果50

第4章牵引变流器直流母排杂散电感的分析与优化
4.1杂散电感的分布56
4.2引起IGBT关断电压过冲的杂散电感分析57
4.2.1从T1、T4导通换流到T4、VD3导通的过程57
4.2.2从T4、VD3导通换流到VD3、VD2导通的过程60
4.3平板叠层母排的模型和杂散参数63
4.4直流母排结构因素对降低杂散电感的分析65
4.5直流母排杂散电感的优化71
4.5.1直流电源接线及电容布局对降低杂散电感的分析71
4.5.2直流母排层数对降低杂散电感的分析79
4.5.3直流母排桥接对降低杂散电感的分析84
4.5.4直流母排杂散电感的优化原则85
4.6实验验证85

第5章基于IGBT电流波形的牵引变流器损耗计算方法
5.1IGBT模块功率损耗分析95
5.1.1IGBT模块功率损耗构成分析95
5.1.2影响IGBT模块损耗的主要因素和影响规律96
5.2线路杂散电感和直流母线电压对IGBT模块损耗的影响98
5.3现有的IGBT模块功率损耗计算方法102
5.4基于电流波形的IGBT模块损耗计算方法103
5.5不同调制度、功率因数角和调制策略下的模块功率损耗110

第6章牵引变流器散热系统的设计分析方法及优化
6.1牵引变流器散热系统的设计方法113
6.2牵引变流器散热系统的分析方法116
6.2.1散热系统热分析方法概述116
6.2.2散热系统中的热量传输方程和控制方程117
6.2.3散热系统的分析模型118
6.2.4散热系统温度场数值计算方法120
6.3牵引变流器强迫风冷散热系统设计121
6.3.1牵引变流器的拓扑及损耗计算121
6.3.2设计的散热系统及结构122
6.3.3风道风压计算和风机工作点确定123
6.3.4散热系统的仿真125
6.4强迫风冷系统的散热优化129
6.5实验验证131

第7章多母排条件下杂散电感的提取及协同设计方法
7.1相邻两组母排之间杂散电感的影响分析概述139
7.2相邻母排垂直方向上下分布的杂散电感分析142
7.3相邻母排水平方向左右分布的杂散电感分析145
7.4母排在不同角度下的杂散电感分析148

第8章母排温度和电流频率对母排杂散参数的影响
8.1母排温度对其杂散电感与电阻的影响153
8.2母排中电流频率对其杂散电感与电阻的影响154
8.2.1集肤效应与邻近效应154
8.2.2考虑集肤效应与邻近效应的母排杂散参数分析157
8.2.3不同频率下母排杂散电感与电阻的仿真提取158

第9章基于加权最小二乘的回路杂散电感提取优化方法
9.1加权最小二乘原理分析161
9.2IGBT关断瞬间的杂散电感提取优化162
9.3实验验证165
9.3.1双脉冲原理分析165
9.3.2基于电容组布局对杂散电感的优化实验166

参考文献