Analiza projektowanie i badania przekształtnika DC/DC z izolacją transformatorową przeznaczonego do zasilania potrzeb własnych pojazdów trakcyjnych

Analiza projektowanie i badania przekształtnika DC/DC z izolacją transformatorową przeznaczonego do zasilania potrzeb własnych pojazdów trakcyjnych - Marcin Parchomiuk

W ramach niniejszej pracy przeprowadzono analizę, projektowanie oraz badania przetwornicy trakcyjnej przeznaczonej do zasilania potrzeb własnych pojazdów trakcyjnych. Do badań wykorzystano klasyczną topologię przekształtnika DC/DC z izolacją transformatorową w układzie pełnego mostka, którą wytypowano dla danej grupy zastosowań. Projektowanie przetwornicy trakcyjnej podzielono na dwa etapy. Pierwszy dotyczy projektowania transformatora wysokiej częstotliwości (TWCz), natomiast drugi odnosi się do projektowania przetwornicy trakcyjnej (PT). W prowadzonych pracach dotyczących projektowania TWCz przeprowadzono przegląd nowoczesnych materiałów magnetycznych dla danej grupy zastosowań, analizę metod projektowania tego podzespołu oraz analizę strat mocy. Opracowano model matematyczny TWCz w programie Matlab-Simulink i model symulacyjny w programie Orcad-PSpice z uwzględnieniem rzeczywistych charakterystyk magnesowania materiałów magnetycznych. Opracowano przestrzenny model elektromagnetyczny i cieplny transformatora w programie Comsol Multiphysics wykorzystując Metodę Elementów Skończonych. Przeprowadzone analizy oraz uzyskane wyniki modeli symulacyjnych pozwoliły na opracowanie metodologii projektowania oraz optymalizacji transformatora w aspekcie minimalizacji gabarytów i strat mocy. W rozdziale dotyczącym projektowania PT przeprowadzono analizę strat mocy oraz opracowano modele symulacyjne przetwornicy trakcyjnej w programie Orcad-PSpice i PSIM. Określono optymalny obszar pracy PT w aspekcie minimalnych strat mocy i gabarytów głównych elementów PT. Na tej podstawie zaproponowano metodologię postępowania przy projektowaniu przetwornic trakcyjnych z uwzględnieniem TWCz. W celu weryfikacji wyżej wymienionych etapów projektowania PT zbudowano model rzeczywisty o mocy 10 kW, napięciu wyjściowym 24 V i prądzie wyjściowym do 450 A oraz modele TWCz o dużej wydajności prądowej z wykorzystaniem materiału nanokrystalicznego Vitroperm 500F i amorficznego Metglas 2605SA1. Wykazano, że stosując wyżej wymienione postępowanie możliwe jest zaprojektowanie przetwornicy trakcyjnej o optymalnej konstrukcji dla danej grupy zastosowań w aspekcie techniczno-ekonomicznym.