目前,我國電氣化鐵道已經(jīng)進(jìn)入到高速化、重載化的階段,傳統(tǒng)的牽引供電系統(tǒng)將逐漸無法滿足其需求。新興的同相供電系統(tǒng)同時解決了電分相以及電能質(zhì)量問題,能夠很好的適應(yīng)電氣化鐵道的發(fā)展,成為了近年來的熱點研究項目。單相組合式同相供電系統(tǒng)因其容量利用率高和占地面積小等優(yōu)勢尤其受到關(guān)注,而對于電氣化鐵道而言最重要的是能夠安全穩(wěn)定的運行,因此其可靠性的研究存在極為重要的意義。本文以單相組合式同相供電裝置（Co-phase Compensation Device,CPD）為研究對象,針對傳統(tǒng)的單相組合式CPD和一種基于模塊化多電平變換器（Modular Multilevel Converter,MMC）的單相組合式同相供電裝置MMC-CPD完成可靠性評估,并對MMC-CPD的冗余配置進(jìn)行優(yōu)化。本文的主要研究內(nèi)容如下:（1）本文首先對組合式同相供電系統(tǒng)做簡要描述,對其傳統(tǒng)的級聯(lián)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及基于MMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并闡述了MMC的運行原理。對比CPD的結(jié)構(gòu)可靠性分析方法,選擇適用于本文的可靠性模型。再而介紹CPD主要器件的可靠性分析方法,并說明CPD可靠性評估流程。（2）結(jié)合絕緣柵雙極型晶體管（In... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

IGBT模塊網(wǎng)格劃分示意圖

蘭州交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-23-圖3.4IGBT模塊網(wǎng)格劃分示意圖第四步：添加物理場，將電流嘗固體力學(xué)、固體傳熱等物理場添加進(jìn)入模型開發(fā)組件，其次根據(jù)前文所提到應(yīng)力關(guān)系和電-熱-力耦合關(guān)系在各個物理場中輸入對應(yīng)的求解方程和耦合公式。3.1.3仿真分析(1)模型驗證以前文所搭建的模型為基礎(chǔ)，施加載荷為輸入模塊的電流有效值3.14A，將初始環(huán)境溫度設(shè)置為293.15K，并約束基板下層溫度保持在293.15K。經(jīng)過有限元仿真分析，穩(wěn)態(tài)下溫度分布如下圖所示。從圖3.5(a)，圖3.5(b)可以看出，溫度最高的部位為鍵合線與硅芯片鍵合處，最高溫度為301K。圖3.6(a)，圖3.6(b)為溫度等值面，溫度的分布由鍵合線與硅芯片鍵合處向外弧狀減弱。(a)溫度表面分布(b)溫度截面分布圖3.5IGBT模塊穩(wěn)態(tài)溫度分布圖

用于組合式同相供電的電力電子變壓器拓?fù)浼斑\行分析-24-(a)溫度等值面分布(b)溫度等值面截面分布圖3.6IGBT模塊穩(wěn)態(tài)溫度等值面分布圖IGBT模塊的應(yīng)力分布如圖3.7所示，通過前文的分析可知，溫度對熱膨脹系數(shù)不同的各個材料有非常大的影響。因此，在鍵合線鍵合處以及焊料層處受到的應(yīng)力較大，所受應(yīng)力最大的部位為鍵合線與硅芯片接觸部位。根據(jù)前文分析可知，在應(yīng)力長期作用下產(chǎn)生的累積疲勞最終會導(dǎo)致其失效。可見鍵合線與芯片接觸位置為IGBT模塊可靠性薄弱環(huán)節(jié)。本文仿真結(jié)果與文獻(xiàn)[50]所得結(jié)論相符，驗證仿真模型正確。圖3.7IGBT模塊應(yīng)力分布圖(2)熱疲勞仿真計算由前文分析可知IGBT模塊主要失效原因是鍵合線變形或者脫落造成的，為了簡化

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]雙饋風(fēng)電變流器IGBT功率模塊動態(tài)結(jié)溫計算及壽命預(yù)測[D]. 白鵬飛.重慶大學(xué) 2018
[4]基于有限元法的壓接型IGBT器件單芯片子模組疲勞壽命預(yù)測[D]. 張經(jīng)緯.華北電力大學(xué)(北京) 2018
[5]組合式同相供電系統(tǒng)的容量分析及MMC仿真研究[D]. 常文寰.蘭州交通大學(xué) 2017
[6]考慮結(jié)溫波動的同相補償變流器可靠性評估[D]. 劉飛.西南交通大學(xué) 2017
[7]組合式同相供電系統(tǒng)模塊化多電平變流器研究[D]. 林志偉.西南交通大學(xué) 2017
[8]基于MMC的同相供電變流器控制策略研究[D]. 董小鵬.西南交通大學(xué) 2017
[9]絕緣柵雙極型晶體管的失效分析和可靠性評估方法研究[D]. 李亞妮.華北電力大學(xué)(北京) 2016
[10]基于MMC的同相供電變流器研究[D]. 楊云森.西南交通大學(xué) 2015



本文編號：3071668