Analiza projektowanie i badania przekształtnika dc/dc z izolacją transformatorową przeznaczonego do zasilania potrzeb własnych pojazdów trakcyjnych (Instytut Elektrotechniki)

W ramach niniejszej pracy przeprowadzono analizę, projektowanie i badania przetwornicy trakcyjnej asygnowanej do zasilania potrzeb własnych pojazdów trakcyjnych. Do badań zastosowano konwencjonalną 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 i analizę strat mocy. Opracowano model matematyczny TWCz w programie Matlab-Simulink i model symulacyjny w programie Orcad-PSpice z uwzględnieniem rzeczywistych charakterystyk magnesowania tworzyw magnetycznych. Opracowano przestrzenny model elektromagnetyczny i grzewczy transformatora w programie Comsol Multiphysics wykorzystując Metodę elementów Skończonych. Przeprowadzone analizy oraz uzyskane wyniki modeli symulacyjnych pozwoliły na opracowanie metodologii projektowania i optymalizacji transformatora w aspekcie minimalizacji gabarytów i strat mocy. W rozdziale dotyczącym projektowania PT przeprowadzono analizę strat mocy, a także opracowano modele symulacyjne przetwornicy trakcyjnej w programie Orcad-PSpice i PSIM. Określono optymalny obszar pracy PT w aspekcie małych strat mocy i gabarytów głównych części PT. Na tej podstawie zaproponowano metodologię nowoczesnania 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, a także modele TWCz o wielkiej skuteczności prądowej z zastosowaniem materiału nanokrystalicznego Vitroperm 500F i amorficznego Metglas 2605SA1. Wykazano, że stosując wyżej wymienione innowacyjnanie osiągalne jest zaprojektowanie przetwornicy trakcyjnej o adekwatnej konstrukcji dla danej grupy zastosowań w aspekcie technologiczno-ekonomicznym.