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| 編輯推薦： |
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本书以大功率牵引变流器为研究对象，针对牵引变流器的电热特性，从多物理域耦合特性分析入手，对牵引变流器中普遍存在的IGBT建模、电热耦合、直流母排杂散电感提取和优化、变流器的损耗计算和散热系统设计及优化等内容进行了系统的阐述。
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| 內容簡介： |
《牵引变流器直流母排杂散电感的建模、分析及设计》以大功率牵引变流器为研究对象，针对牵引变流器的电热特性，从多物理域耦合特性分析入手，对牵引变流器IGBT建模、电热耦合、直流母排杂散电感提取和优化、变流器的损耗计算和散热系统设计及优化等内容进行了系统的阐述。
本书可供电力电子技术、自动控制技术及电工电能新技术应用领域的工程技术人员和研究人员阅读和参考，也可作为大专院校相关专业教师、研究生和大学生的参考书。
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| 目錄：
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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
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| 內容試閱：
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随着社会的发展和科技的进步，轨道交通发展迅猛，极大地满足了人们的出行需求，但轨道交通相关技术也面临了更多的挑战。牵引变流器作为高铁牵引系统和地铁牵引系统的核心部分，其特性和可靠运行受到越来越多的关注。
本书对多年牵引变流器的研究成果进行了总结归纳，针对牵引变流器的电热特性，主要从多物理域耦合的角度对大功率牵引变流器的IGBT建模、电热耦合、直流母排杂散电感及损耗求解和散热的内容进行了阐述。本书主要包括了以下五个部分。
第一，本书在研究IGBT开通和关断机理基础上，建立了IGBT考虑温度影响和损耗的电气模型。所建模型提取参数的过程较为简单，仿真速度较快。仿真和试验结果表明所建模型有较高的准确度。运用所建模型，本书研究了结温对开关特性的影响、缓冲电路对IGBT关断过程的影响、器件杂散参数对IGBT并联的影响以及线路杂散电感对IGBT电气特性的影响。
第二，本书在建立IGBT模块的热模型和电热模型的基础上，推导建立了牵引变流器散热系统的热模型，并首次提出了牵引变流器系统的电热耦合模型，给出了用有限元求解温度场提取电热模型中热阻热容参数的方法。依据该电热模型，可以通过电路仿真的方法分析变流器的电热耦合特性，求得变流器的电气特性、功率损耗、芯片结温和散热器表面温度以及IGBT的开关特性。通过对牵引变流器电热特性的研究，本书得出了IGBT和VDR的结温温升随开关频率和变流器输出电流的变化规律，分析结果表明了所建电热模型的有效性。
第三，本书对牵引变流器直流母排的杂散电感及其优化方法进行了研究，具体包括影响IGBT关断电压过冲的杂散电感构成、杂散参数的计算方法、结构因素对母排杂散电感的影响规律。然后，本书从外接直流电源和电容的布局、母排层数和母排间桥接方法三个方面提出了杂散电感的优化方法。仿真和实验结果证明了提取杂散电感方法以及优化方法的有效性。
第四，本书以计算牵引变流器的功率损耗为目标，首次研究分析了线路杂散电感和直流母线电压对IGBT模块损耗的影响规律，结果表明：直流母线电压对损耗的影响符合指数关系，该指数是影响IGBT模块损耗计算的关键因素之一。其次本书提出了一种基于IGBT开关特性求解该指数的方法。依据该方法求得的母线电压对损耗的影响指数与经验值相比更为准确。在分析IGBT模块损耗的主要影响因素和影响规律基础上，本书提出了一种基于电流波形的IGBT模块损耗计算方法。该方法采用二次多项式拟合的方式考虑了门极电阻的影响，以线性插值的方法考虑了线路杂散电感和结温的影响，以指数函数关系考虑了母线直流电压的影响，并考虑了结温和损耗之间的耦合作用。
第五，本书研究了牵引变流器散热系统的设计、分析和优化方法，建立了强迫风冷散热系统的分析模型，并采用有限元仿真的方法求解牵引变流器散热系统的温度场。在对某牵引变流器进行强迫风冷散热系统设计的基础上，本书研究了风速、功率损耗、模块布局等对散热的影响规律。实验和仿真结果证明了所提设计分析方法的正确性。
本书由河南理工大学朱艺锋副教授独著。在本书的写作过程中，得到了研究生郑景乐、田野等的大力协助。他们以读者的角度提出了很多宝贵意见和建议，并提供了大量有价值的参考文献和相关资料。同时，与本书有关的研究工作得到了以下课题的支持：
（1）国家自然科学基金委河南省政府联合基金项目（U1504518）：电力电子变压器中直流母排杂散电感的影响机理和优化方法；
（2）河南省教育厅科技研究重点项目（14A470005）：大功率变流器杂散电感及电热特性研究；
（3）河南省高等学校控制工程重点学科开放实验室资助项目KG201415：基于IGBT的功率变换器电热特性及杂散电感研究；
（4）河南理工大学博士基金（72103001021）：牵引变流器的暂态特性及控制方法研究。
由于作者水平有限，不足之处在所难免，敬请读者不吝指教。
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