地铁变流器EMC建模与仿真的优化研究

【摘要】：进入新时代,“八纵八横”世界最强高铁网正在纵横延展在祖国大地上,轨道交通事业的日新月异,促使铁路电气化技术不断进步,各种类型的新型电气设备在轨道交通领域中的应用日益广泛,使得轨道电气系统中存在的电磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)问题变得更为严重。牵引变流器作为列车车辆牵引系统中不可缺少的重要能量转换单元,变流器EMC性能的好坏成为整个列车牵引系统能否稳定高效运行的关键因素,因此对于变流器EMC的研究,是保证列车系统稳定运行的重要前提。结合国内外各种文献资料和变流器EMC的最新研究现状,对变流器EMC研究与整个列车系统的可靠运行有了进一步的了解,对变流器EMC仿真建模优化的认识更为全面。以地铁列车牵引系统的变流器为基础结合相关的仿真软件对变流器EMC仿真优化分析,首先,对国内外变流器EMC特性的仿真研究现状进行了对比概括,对变流器电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)建模仿真和EMI抑制技术的研究现状进行重点分析。根据变流器系统结构,分析了传导与辐射EMI的干扰源和干扰路径,并对高压大功率IGBT模块的开关暂态和复杂模型与仿真方法的优化进行了对比分析,得出了高效的复杂模型的处理和仿真方法。其次,通过变流器内部电路原理和系统结构分析,对变流器内部主要部件高压大功率IGBT模块、由功率模块构成的逆变电路、变流器内部电力线缆线束之间的相互串扰等进行了仿真并作出了详细的对比分析。根据被动屏蔽和主动屏蔽的定义对变流器箱体的屏蔽特性和屏蔽效能进行了仿真对比,分析了变流器不同位置处屏蔽效能,参照电磁兼容相关标准对变流器箱体的屏蔽效能等级进行了定级和预估。最后,参考变流器对外辐射相关测试标准,对变流器对外的辐射在装车前和装车后的测试结果分别进行了分析,由相关的测试结果确定了变流器对外辐射的主要频段,建立了变流器装车前后对外辐射仿真模型,并将实际仿真模型与优化后的仿真模型进行仿真对比分析,将仿真结果与实测数据比较验证了优化后仿真模型的高效与正确性。对变流器在主要辐射频段内几个频点处的电场分布、磁场分布和远场辐射分布进行了分析对比,为变流器EMC的后续仿真和设计提供了参考依据。