外文翻譯+翻譯原文

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1、直流母線在中壓應(yīng)用中的綜合設(shè)計(jì)馬丁Buschendorf，馬可·神戶，羅德里戈·阿爾瓦雷斯，斯特芬Bernet電力電子集團(tuán)德累斯頓技術(shù)大學(xué)（TUD）德國德累斯頓martin.buschendorf@TU-dresden.de摘要：在大功率中壓變頻器的應(yīng)用中，低電感母線的設(shè)計(jì)是為了實(shí)現(xiàn)快速切換，較高效率，及過電壓時(shí)的安全操作。本文將，采用PEEC仿真試驗(yàn)臺的簡化直流母線的分析計(jì)算，與最終設(shè)計(jì)的測量做以比較。它還提供了，在半導(dǎo)體故障及其合力的情況下短路的計(jì)算。Ⅰ.引言轉(zhuǎn)換器在所有工作點(diǎn)的高效率和安全操作，是對作

2、為可再生能源（[4]，[5]），工業(yè)加工，或牽引[6]的現(xiàn)代轉(zhuǎn)換器（[1]，[2]，[3]）在應(yīng)用中的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)的。直流母線的漏電感直接影響IGBT的損耗[7]。漏電感在關(guān)斷瞬間的影響尤為重要，關(guān)斷瞬間的高di/dt結(jié)合大量漏電感產(chǎn)生一個(gè)電壓峰值。這個(gè)峰值增大了IGBT的關(guān)斷損耗，并可能因過電壓故障（[8]，[9]）毀壞設(shè)備。用于保護(hù)設(shè)備的方法包括有源鉗位[10]和減小電流斜率[11]。這兩種方法通常會增加總的轉(zhuǎn)換損耗和降低效率。因?yàn)檫@些原因，轉(zhuǎn)換器低電感直流母線的設(shè)計(jì)就顯得至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)低電感直流母線的

3、一般設(shè)計(jì)規(guī)則如文獻(xiàn)[12],[13]所示：?最大限度地減少導(dǎo)體的厚度，?最大限度地提高銅的含量，從而降低電感和電阻?通過大量重疊使用多層母線。本文的重點(diǎn)是，對最多三個(gè)串聯(lián)的4.5kV/1200AIGBT的中壓試驗(yàn)臺直流母線的綜合設(shè)計(jì)。直流側(cè)電容為3.25mF時(shí)，該系統(tǒng)的最大電壓大約是13.5kv與的。為達(dá)到這些高能量和電壓等級，有串并聯(lián)連接電容器的電路是必要的。對最小的漏電感和最少量的銅，一個(gè)適當(dāng)直流母線的幾何形狀是一個(gè)“U”形，其中，正負(fù)電極在圖3a表示。該試驗(yàn)臺的一個(gè)特點(diǎn)是漏電感可在322nH的和595

4、nH之間連續(xù)變化。Ⅱ.發(fā)展現(xiàn)狀文獻(xiàn)顯示了一些直流母線進(jìn)行計(jì)算和模擬的方法。部分元等效電路（PEEC）法與有限元法（FEM）的比較所示于[14]。在該出版物中，兩片之間的成果由PEEC法計(jì)算，并和通過有限元分析計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較。該P(yáng)EEC計(jì)算是將棒細(xì)分成若干元素，這樣它可以看作是直的薄的導(dǎo)體并聯(lián)。它表明，計(jì)算給出的結(jié)果一致，但PEEC法更容易和更快。中壓變頻器疊層母線的設(shè)計(jì)計(jì)算示于[13]和[15]。它表明，從一個(gè)簡單的銅片開始，兩個(gè)重疊的母線比單一母線的漏電感低得多。在其中，關(guān)于更復(fù)雜的幾何形狀和電流分布

5、的多層母線被提及。據(jù)指出，母線設(shè)計(jì)在很大程度上依賴于，所研究的包括孔、穴的拓?fù)涞奶囟ńY(jié)構(gòu)，而且要準(zhǔn)確預(yù)測漏電感，仿真模擬是十分必要的。大功率轉(zhuǎn)換器直流母線的最優(yōu)化記錄在[16]。因此Simulink模型和PEEC法被用來計(jì)算電流分布和考慮集膚效應(yīng)及磁場的漏電感。疊層母線在大功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的研究中被特別提到。文獻(xiàn)[17]表示了如何通過使用PEEC優(yōu)化一條母線的方法，而且電路解算器僅和固定網(wǎng)格一起使用。它表明，電流平衡導(dǎo)致了漏電感的最小化。在簡單結(jié)構(gòu)中，它可由在母線設(shè)計(jì)中僅增加一條狹縫來完成。在更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中，

6、這種直觀的方法可能會失敗。Ⅲ.數(shù)學(xué)建模一．漏電感的計(jì)算如圖1所示，對直流母線設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建?？珊喕癁橐粋€(gè)單一帶狀導(dǎo)體。考慮到此帶狀導(dǎo)體的高度h和長度d比其寬度W和厚度大得多，且忽略頂部和底部邊緣上的邊界效應(yīng)，這個(gè)問題可簡化為二維問題。它可以通過，使用所提出的平而薄的差動導(dǎo)體環(huán)路，從而解析地解決，參見圖2。圖1直流母線帶狀導(dǎo)體的簡化模型圖2直流母線的二維模型根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，則磁通密度和磁通量可被確定，其中，是真空磁導(dǎo)率。求解此例的方程，則漏電感計(jì)算為，機(jī)械設(shè)計(jì)提出的幾何形狀幾何形狀，如圖1所示，最小寬

7、度W=25mm和最大寬度W=265mm時(shí)，分析計(jì)算的漏電感所示于表Ⅰ。表Ⅰ分析計(jì)算的漏電感這種方法的優(yōu)點(diǎn)是使估算漏電感變得簡單。最顯著的缺點(diǎn)是，大幅度簡化了機(jī)械設(shè)計(jì)且忽略了邊界效應(yīng)。電流密度，對更高頻率的集膚效應(yīng)和帶狀導(dǎo)體的高度也未代表。特別是對帶狀導(dǎo)體兩個(gè)長邊之間的短距離來說，有一個(gè)無邊界效應(yīng)的，幾乎均勻的磁場的假設(shè)是比較好的。然而，由于磁耦合，在兩個(gè)相對面板之間電流的均勻變得更重要。在銅板之間的長距離，假設(shè)和實(shí)際的偏差更加重要。該磁場和由分析計(jì)算給出的并不相同。因此，由于帶狀導(dǎo)體頂部和底部的不均勻，導(dǎo)致

8、計(jì)算漏電感的假性降低。一．短路電流和磁力的計(jì)算直流短路時(shí)，直流母線的機(jī)械力與設(shè)計(jì)極為相關(guān)。直流母線的固有振動頻率可用漏電感的最小計(jì)算值和直流連接電容計(jì)算。直流應(yīng)用里瞬態(tài)短路電流的最大振幅是[18]:根據(jù)[18]，是母線和電容的電阻值，是沖擊系數(shù)。計(jì)算兩個(gè)平行導(dǎo)體的洛倫茲力F并考慮材料屬性，可計(jì)算出直流母線的厚度是其中是動態(tài)對靜態(tài)彎曲應(yīng)力比.是主要導(dǎo)體應(yīng)力系數(shù)，是形狀系數(shù)，它可以在[19]中找到，是兩個(gè)支撐點(diǎn)之間的