Model hybrydowego energoelektronicznego układu zasilania wielosystemowych zespołów trakcyjnych (EZT)

W artykule przedstawiono model układ hybrydowy energoelektronicznego układu zasilania wielosystemowych zespołów trakcyjnych - EZT. Istota proponowanego rozwiązania zawiera się w zastosowaniu do obniżenia napięcia sieci trakcyjnej, zamiast tradycyjnego ciężkiego transformatora trakcyjnego (chłodzonego olejem) - suchego autotransformatora pracującego z częstotliwością sieci kolejowej oraz izolacji galwanicznej od sieci trakcyjnej. Izolacja ta jest realizowana za pomocą wielopoziomowego kaskadowego przekształtnika napięcia skonstruowanego z tranzystorów SiC MOSFET. W swojej strukturze zawiera on izolowane dwumostkowe przetwornice DC-DC z transformatorami pracującymi z częstotliwością 30 kHz. Układ jest przeznaczony do napędów oraz pokładowych systemów zasilania elektrycznych zespołów trakcyjnych (EZT). Układ może być zasilany z dwóch systemów: prądu stałego - 3 kV DC oraz prądu przemiennego - 15 kV, 16,7 Hz. W referacie pokazano wyniki analizy modelowania autotransformatora trakcyjnego 16,7 Hz o mocy 30 kVA, przeznaczonego do badań laboratoryjnych oraz wyniki badań laboratoryjnych izolowanej celki przekształtnikowej AC-DC-DC-AC z tranzystorami SiC MOSFET wraz ze specjalnie zaprojektowanym transformatorem 30 kHz. Do modelowania autotransformatora trakcyjnego wykorzystano Metodę Elementów Skończonych (MES).

The paper presents a system of hybrid power electronic supplying system. The main advantage of the proposed solution is in the application of dry traction autotransformer to reduce the voltage of the traction network, instead of the traditional heavy oil-cooled traction transformer. Galvanic isolation from the catenary is implemented by means of an insulated multilevel cascade voltage converter constructed of SiC MOSFET transistors and incorporating in its structure double active bridge DC-DC converters with transformers operating at 30 kHz. The system is designed for traction drives and on-board auxiliary power supply systems for electric multiple units (EMU) supplied from two power systems: 3 kV DC and 15 kV, 16.7 Hz. The paper presents the results of analysis of a 16.7Hz hybrid supplying system consisted of the autotransformer model with 30 kVA power and the isolated AC-DC-DC-AC converter cell with SiC MOSFET transistors and a specially designed 30 kHz transformer. The Finite Element Method (FEM) was used to model the traction autotransformer.