用于貫通式牽引供電系統(tǒng)與車載電力電子變壓器的變換器可靠性分析.pdf

1、貫通式牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用作為牽引供電系統(tǒng)領(lǐng)域的新技術(shù)，其可靠性對于推廣應(yīng)用具有重要影響。目前，尚沒有針對貫通式牽引供電系統(tǒng)的三相-單相變換器與車載電力電子變壓器的可靠性研究，本文針對性從電力電子器件和設(shè)備兩方面對可靠性進(jìn)行分析。
　　首先，本文針對用于貫通式牽引供電系統(tǒng)的三相-單相變換器與車載電力電子變壓器結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)特異性，給出關(guān)鍵元器件失效率計算辦法;分析對比常用可靠性分析方法，選用k/n(G)分析法對文中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分

2、析;介紹了熱備用與冷備用系統(tǒng)的分析方法，給出本文系統(tǒng)的分析策略;綜合考慮系統(tǒng)參數(shù)，選取可靠性分析指標(biāo)，以及系統(tǒng)冗余設(shè)計理論;給出三相-單相變換器及車載電力電子變壓器相關(guān)參數(shù)設(shè)計選擇標(biāo)準(zhǔn)和方法。
　　文中介紹貫通式牽引供電系統(tǒng)基本模型及用于貫通式牽引供電系統(tǒng)的三相-單相變換器結(jié)構(gòu)。分別采用兩電平、三電平二極管鉗位及五電平二極管鉗位的變換器結(jié)構(gòu)，給定系統(tǒng)參數(shù)，計算各變換器可靠性指標(biāo)并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計;對比不同電平數(shù)變換器平均無故

3、障使用年限及優(yōu)化后熱備用與冷備用對系統(tǒng)可靠度的影響，給出最優(yōu)結(jié)構(gòu)選取結(jié)果;基于三相-單相變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對新型牽引變電所進(jìn)行設(shè)計，滿足變電所容量需求，分析可靠性及最優(yōu)選型。
　　結(jié)合電力電子器件的發(fā)展，文中分析了基于硅材料IGBT和基于碳化硅材料MOSFET的車載電力電子變壓器的可靠性。介紹了車載電力電子變壓器基本模型及結(jié)構(gòu);結(jié)合系統(tǒng)給定參數(shù)，對兩電平和三電平結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行可靠性分析，并對不同冗余模塊數(shù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性對比;給出指標(biāo)

4、對比，找出最優(yōu)方案;同時介紹了實(shí)際運(yùn)行工況中，不同車型IGBT失效率情況以及特殊情況下失效率原因分析。
　　由于碳化硅材料MOSFET具有高耐壓性，本文給出基于碳化硅材料MOSFET的車載大功率電力電子變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及可靠性分析，并對兩種材料的電力電子變壓器可靠性分析對比，給出最優(yōu)選型。
　　最后，采用二維插值函數(shù)對車載電力電子變壓器中的關(guān)鍵器件進(jìn)行了體積、重量兩方面的插值計算，得到函數(shù)關(guān)系。實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)任意給定元器件參數(shù)，

5、計算出相應(yīng)的體積或重量的估計值，供工程設(shè)計參考;結(jié)合實(shí)際器件參數(shù)，分析對比基于硅材料IGBT的車載電力電子變壓器的最優(yōu)選擇方案;給出MATLAB GUI界面，方便設(shè)計者根據(jù)參數(shù)和器件數(shù)量，快速計算出體積、重量及價格的估計值，便于工程選型。
　　綜上所述，本文結(jié)合理論分析，對用于貫通式牽引供電系統(tǒng)的三相-單相變換器結(jié)構(gòu)與車載電力電子變壓器結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析、對比與優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的可靠性，延長了系統(tǒng)平均使用壽命年限;對多種型號、多種