中低速磁浮列车DC-DC变换器研制

论文摘要

中低速磁浮列车具有较高的安全性、稳定性与环境适应性以及高速、适合大量运输等特点,被视为21世纪综合运输系统中最具发展前途的高科技运输手段之一。DC-DC变换器作为车载重要电气设备,它将供电网DC750V电源转换成DC280V电源,给磁浮列车悬浮电气系统供电,它能否正常可靠工作关系到磁浮列车能否正常运行,关系到列车行车安全。因此研制一套可靠性高、满足磁浮列车运行性能要求的DC-DC变换器,具有重要的现实意义。论文详细介绍了中低速磁浮列车DC-DC变换器主电路、数字控制系统的设计,通过刘DC-DC变换器电路拓扑结构分析,选择了输入并联、输出并联的半桥变换拓扑结构,同时对主电路各关键部件的参数计算、设计选型作了详细介绍,对设备中各部件损耗进行了分析和计算。论文还对数字控制系统组成、驱动信号的生成和独立控制、驱动信号移相设计、三种输出参数闭环反馈调节系统等作了详细的分析和介绍。论文对DC-DC变换器的电磁兼容性设计做了详细介绍,分析了内、外部干扰源产生的机理和干扰传播途径,从接地、滤波、屏蔽等多个方面,分别介绍了DC-DC变换器主电路EMC设计、控制电路EMC设计、布局与结构EMC设计、布线EMC设计。论文最后使用MATLAB仿真软件对DC-DC变换器进行了建模与仿真,对仿真结果和实际测量结果进行了比较分析,验证了主电路形式及参数选择的正确性与合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章:绪论
• 1.1 国内外磁悬浮列车介绍
• 1.1.1 磁悬浮列车总概
• 1.1.2 国外磁悬浮列车发展简介
• 1.1.3 国内磁悬浮列车发展简介
• 1.2 中低速磁悬浮列车电气系统介绍
• 1.2.1 牵引电气系统
• 1.2.2 辅助供电系统
• 1.2.3 悬浮电气系统
• 1.3 本文的意义及研究内容
• 1.3.1 本文选题意义
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 第二章:中低速磁浮列车DC-DC变换器主电路设计
• 2.1 DC-DC变换器的基本拓扑电路分析
• 2.2 中低速磁浮列车DC-DC变换器主要技术参数和功能
• 2.3 主电路方案选择与设计
• 2.3.1 电路拓扑选择
• 2.3.2 模块并联设计
• 2.3.3 主电路设计
• 2.4 主电路参数计算与器件选型
• 2.4.1 主电路参数计算
• 2.4.2 IGBT模块选型
• 2.4.3 换向电容器选型
• 2.4.4 整流二极管选型
• 2.5 主要部件设计
• 2.5.1 高频变压器设计
• 2.5.2 输出LC滤波电路设计
• 2.6 DC-DC变换器损耗分析与计算
• 2.6.1 IGBT损耗计算
• 2.6.2 换向电容器损耗计算
• 2.6.3 整流电路损耗计算
• 2.6.4 隔离二极管损耗计算
• 2.6.5 DC-DC变换器总损耗计算
• 2.6.6 DC-DC变换器效率计算
• 2.7 本章小结
• 第三章:中低速磁浮列车DC-DC变换器数字控制系统设计
• 3.1 数字控制系统设计
• 3.1.1 基于80C196MC产生两个半桥的驱动信号
• 3.1.2 驱动信号的移相实现
• 3.1.3 通信功能
• 3.2 控制器模型
• 3.2.1 输出电压环PI调节器
• 3.2.2 输出总电流环PI调节器
• 3.2.3 蓄电池充电电流环PI调节器
• 3.2.4 闭环系统控制器模型
• 3.3 控制系统保护功能
• 3.3.1 保护功能
• 3.3.2 保护逻辑
• 3.4 本章小结
• 第四章:中低速磁悬浮列车DC-DC变换器EMC设计
• 4.1 电磁干扰源分析
• 4.1.1 二极管反向恢复引起噪声干扰
• 4.1.2 开关管开关时产生电磁干扰
• 4.1.3 电抗器、变压器等磁性元件引起的电磁干扰
• 4.1.4 高频脉冲信号干扰
• 4.2 电磁干扰传播途径分析
• 4.3 电磁兼容设计
• 4.3.1 柜体结构及布局EMC设计
• 4.3.2 布线EMC设计
• 4.3.3 主电路EMC设计
• 4.3.4 控制系统EMC设计
• 4.4 本章小结
• 第五章:电路仿真及样机试验验证
• 5.1 主电路建模与仿真
• 5.1.1 双电源模块并联仿真电路模型
• 5.1.2 仿真结果
• 5.2 样机试验验证
• 5.2.1 试验数据
• 5.2.2 试验波形
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 1 主要结论
• 2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果