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城轨列车牵引逆变器IGBT寿命预测研究
| 论文题名： | 城轨列车牵引逆变器IGBT寿命预测研究 |
| 关键词： | 城轨列车;牵引逆变器;电热耦合模型;状态评估;IGBT寿命预测 |
| 摘要： | 牵引逆变器是城市轨道交通列车组牵引控制系统的核心设备，因此具有“地铁心脏”之称。绝缘栅双极型晶体管元件（简称IGBT）是牵引逆变器的核心部件，其寿命显著影响牵引逆变器的寿命，IGBT失效影响着城市轨道交通的安全运行。因此对城轨列车牵引逆变器的IGBT模块进行寿命预测有极其重要的意义。本文以城轨列车牵引逆变器IGBT模块作为研究对象，利用国内某线路的相关数据，对其可靠性进行分析，在实时状态和整个寿命周期两个尺度上分别设计寿命预测方法。 论文主要研究内容包括： （1）分析IGBT工作原理和失效机理（初期失效、中期失效、晚期失效），在所有失效机理里着重研究键合线失效并指出缘由，进一步说明IGBT键合线老化失效对电参数的影响。 （2）通过对IGBT实时状态监测的研究，设计了一种关于IGBT键合线老化失效监测的有效方式。利用从外部监测获得的相关电气参数，对运行中的IGBT设备进行实时检测，不会影响设备的正常工作。试验结果显示，该方案能够对IGBT键合线健康状况做出合理评价，适合于对城轨列车牵引逆变器IGBT键合线的健康状况进行在线监测。 （3）根据国内某线路的相关数据，获得城轨列车牵引逆变器IGBT的相关电气参数，结合电热耦合模型得到的相关损耗数据，计算出IGBT和二极管结温的温升曲线。根据地铁列车实时运营数据分析结果，对地铁列车的牵引逆变器在IGBT全寿命周期内进行了寿命预期研究。 （4）将某线路的运营数据导入电热耦合仿真模型中进行研究，运用雨流计算法和线性累积损伤理论对IGBT进行了寿命预测研究。通过考虑键合线老化方面提出城轨列车牵引逆变器IGBT寿命预测模型，该模型可以对IGBT做出考虑键合线老化因素的寿命估值，并使该值更贴近实际值。 |
| 作者： | 陈雨辉 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 孟建军;李永宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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