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轨道交通车辆牵引变流器多层级电磁兼容建模仿真技术平台

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完成单位:中车大连电力牵引研发中心有限公司

登记编号:CAPE-CXCG-2025-J-1-***

登记年份:2025

发布时间:2025-07-22

成果主要完成人

史红政、王 哲、王如革、陶伟平、周永顺、马洪岗、温天宇、刘 欢、王忠君、邹吉有

项目概况

该平台是中车大连电力牵引研发中心有限公司牵引与控制国家重点实验室研发并基于轨道交通装备领域牵引变流器仿真实验的核心系统,其经过仿真实验输出的产品已在亚洲、欧洲、非洲、南美洲等国驰骋。该技术平台有益于轨道交通领域电磁兼容仿真技术的迭代,推动轨道交通行业产品电磁兼容性设计的不断发展,凭借着高精度建模、智能化平台等优势处于国际领先地位。 牵引变流器作为列车核心部件,其高频开关器件(如IGBT)在转换直流至交流电时会产生大量谐波和共模干扰,成为主要电磁干扰源。然而,牵引变流器开关器件制造和封装工艺复杂,电磁干扰耦合路径不明确,运行工况和周边环境多变,给电磁兼容建模和仿真分析带来巨大挑战。数值仿真技术,又叫“虚拟样机”技术,通过数字化建模与计算模拟的手段,可以快速验证设计可行性,提升设计效率、降低成本并优化产品性能。围绕所存在的技术难点,本项目针对地铁车辆首次实现从封装到系统级及环境级的多层级建模与仿真技术平台,为牵引变流器电磁兼容性能的评估和优化提供依据,具体包括:(1)在变流器系统封装级,提取IGBT集电极与散热片之间的寄生电容、母排的分布电感和电容、功率模块与壳体之间的寄生电容等;在功率模块封装级,提取功率端子、键合引线等寄生电感等;(2)在系统级,建立包括功率模块、预充电模块、电抗器模块、控制模块等在内的牵引变流器系统的传导干扰机制的仿真分析;(3)在车辆环境级,建立牵引变流器对车辆及外部环境的电磁辐射干扰机制的仿真分析。本项目技术创新性主要体现在针对列车牵引变流器电磁兼容性能的预测和评估,提出从封装级到系统级、环境级的多层级跨尺度建模与仿真技术,通过“分而治之”策略,在保证工程精度的前提下,有效解决了变流器系统电磁兼容仿真中的“维度灾难”问题。 本项目中多层级建模与仿真的创新技术方案,具有较强的可延伸性,可以推广应用到汽车工业、电子通信、医疗器械等众多行业,为变流器、逆变器等电力电子装置的电磁兼容性能提供快速准确的预测和评估。本项目的电磁兼容仿真平台经验证,效果显著,准确率达90%以上,可极大范围内节省牵引变流器电磁兼容超标带来的损失,经计算,节省的费用约为1842万元。 本项目的多层级建模与仿真技术的应用和推广,对于电磁兼容的评估和优化提供非常有力的支撑,将电磁兼容设计从依赖人员经验提升到科学仿真层次,从而推动轨道交通等行业产品电磁兼容性设计的数字化、智能化。