1、外文原文：http:/ 3225 字 直流母线 在中压应用中的综合设计 Martin Buschendorf, Marco Kbe, Rodrigo Alvarez, Steffen Bernet 电力电子集团 德累斯顿技术大学（ TUD） 德国德累斯顿 martin.buschendorf TU-dresden.de 摘要：在大功率中压变频器 的 应用 中， 低电感母线的设计是为了实现 较 高效率 的快速切换 及 过电压 时的 安全操作。本文 将 采用 PEEC 仿真试验台简化直流母线 的分析计算 ，与 最终设计的
2、测量 做以比较 。 本文 还提供了 在 半导体故障及其 合力 的情况下 短路的 计算。 .引言 转换器在所有工作点 的 高效率和安全操作 ， 是 对 作为 可再生能源 （ 4， 5），工业加工，或牵引 6的 现代转换器（ 1， 2， 3）在应用中的主要设计目标的。直流母线的 漏 电感直接影响 IGBT 的损耗 7。 漏 电感 在 关断瞬 间的 影响尤为重要 ，关断瞬间的 高 di/dt 结合大量 漏 电感产生一个电压峰值。 这个 峰 值 增大 了IGBT 的 关断损耗，并可能因过 电 压故障（ 8， 9） 毁坏 设备。用 于 保护设备的方法包括 有源钳位 10和 减小
3、 电流斜率 11。这两种方法通常会增加总 的 转换损耗 和 降低效率。 因为 这些原因，转换器低电感直流母线 的 设计就显得至关重要。 实现低电感直流母线的一般设计规则如文献 12, 13所示： 最大限度地减少导体的厚度， 最大限度地提高铜 的含 量，从而降低电感和电阻 通过大 量重叠使用多层母线。 本文的重点是 ，对最多 三个 串联的 4.5 kV/1200AIGBT 的中压试验台直流母线的综合设计。直流 侧 电容 为 3.25mF 时， 该系统的最大电压大约是 13.5kv 与的。为达到这些高能量和电压 等级，有 串并联连接电
4、容器的电路是必 要 的。 对 最小的漏 电感和 最少量的铜 ，一个适当直流母线的几何形状是一个 “U” 形，其中，正负电极在图 3a 表示 。该试验台的一个特点是 漏 电感 可在 322 nH 的 和 595nH 之间连续变化 。 .发展现状 文献显示 了一些 直流母线进行计算和模拟 的 方法。部分元等效电路（ PEEC）法 与 有限元 法 （ FEM） 的比较 所示 于 14。在 该 出版物中 ， 两片之间的 成果由 PEEC法 计算 ， 并和 通过有限元分析计算的结果 进行比较 。该 PEEC 计算是 将 棒 细 分成若干元素， 这样 它可以看作是直的薄 的 导体
5、 并联 。它表明，计算给出的结果 一致 ，但 PEEC 法 更容易和更快 。 中压变频器 叠层母线 的 设计计算 示于 13和 15。它表明，从一个简单的铜片开始 ，两个 重叠的母线 比单一母线的漏电感低得多 。 在其中，关于 更复杂的几何形状和电流分布的多层 母线 被提及。据指出， 母线 设计在很大程度上依赖于 ，所研究的 包括孔、穴的 拓扑 的特定 结构 ， 而 且要 准确预测 漏 电感 ，仿真模拟 是 十分 必要的。 大 功率转换器直流母线的 最 优化记录在 16。因此 Simulink 模型和 PEEC法被用来计算 电流 分布和 考虑 集肤效应 及 磁场 的漏
6、电感。叠层母线 在大 功率转换器应用 的研究中被特别提到 。 文献 17表示了 如何通过使用 PEEC 优化一条母线的方法，而且 电路解算器 仅和 固定网格 一起使用 。它表明，电流平衡导致 了漏电感的最小化。 在简单结构 中 ， 它 可 由在母线设计中仅增加一条狭缝来完成 。在更复杂的结构 中 ，这种直观的方法 可能会失败 。 .数学建模 一 漏电感的计算 如图 1 所示，对 直流母线设计结构 的 数学建模 可 简化为一个单一带状导体。考虑到 此带状导体的 高度 h 和 长度 d 比其宽度 W 和厚度大得多， 且 忽略顶部和底部边缘上的边界效应，这个问题可简化为 二 维 问题 。 它 可以通过 ， 使用所提出的平而薄的差动导体环路 ，从而 解析地 解决 ，参见图 2。 图 1 直流母线带状导体的简化模型 图 2 直流母线的二维模型 根据 毕奥 - 萨伐尔定律 ， 则磁通密度 B 和磁通量 可被确定 ，
