Naslov
Metoda optimiranja trorazinskoga pretvarača za pomoćna napajanja tračničkih vozila
(Design optimization method of three level inverter for auxiliary power supplies in railway vehichles)

Autori
Kovačić, Marinko

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet elektrotehnike i računarstva

Mjesto
Zagreb

Datum
31.05

Godina
2017

Stranica
243

Mentor
Šunde, Viktor

Ključne riječi
višerazinski izmjenjivači ; pomoćna napajanja tračničkih vozila ; računalno nezahtjevni modeli ; višekriterijska optimizacija ; algoritam kolonije mrava
(three level inverter ; auxiliary power supplies for railway vehicles ; computationally efficient models ; loss models ; multi-objective optimization ; ant colony optimization)

Sažetak
U disertaciji je razvijena nova metoda optimiranja pretvarača pomoćnih napajanja za tračnička vozila. Metoda implicira pretvarač kao cjelinu sastavljenu od izmjenjivača i izlaznog filtra uzimajući u obzir njihove mežusobne uzročno-posljedične veze. Za potrebe višekriterijske optimizacije pretvarača izražđeni su računalno nezahtjevni modeli izmjenjivača i filtra. Ubrzanje izračuna strujno- naponskih odnosa unutar izmjenjivača i filtra postignuto je spajanjem fazorskog modela, usrednjenog modela i sklopnog modela u tzv. hibridni model. U ovaj model uključena je i nelinearnost magnetskog materijala jezgre prigušnice filtra. U radu su razvijeni usrednjeni modeli strujnog opterećenja poluvodičkih sklopki dvaju tipova višerazinskih izmjenjivača, tj. trorazinskog izmjenjivača T-tipa i diodno pritegnutog trorazinskog izmjenjivača. Ovi modeli povezani su s modelom gubitaka i toplinskim modelom poluvodičkih sklopki. Rezultati simulacije ovih računalno nezahtjevnih modela uspoređženi su s rezultatima simulacije sklopnog nelinearnog modela pretvarača. Na temelju zadane geometrije magnetske jezgre, poznatog magnetskog materijala i broja zavoja te valnog oblika struje i magnetskog toka prigušnice računaju se gubitci prigušnice koji uključuju gubitke uzrokovane harmoničkim izobličenjem izlaznog napona izmjenjivača. Kako bi se utvrdila granicna vrijednost gubitaka razvijen je računalno nezahtjevni dvodimenzionalni toplinski model lončaste prigušnice temeljen na ekvivalentnim toplinskim otporima. Razvijena optimizacijska metoda kao kriterije koristi volumen izlaznog filtra i ukupne gubitke pretvarača. Za rješavanje ovako definiranog višekriterijskog optimizacijskog problema s mješovito cjelobrojnim varijablama odluke prethodno je modificiran metaheuristički optimizacijski algoritam kolonije mrava. Takođžer je razvijena metoda odabira težinskih faktora za skaliranje funkcija cilja koja omogućuje izračun gustog skupa Pareto-optimalnih rješenja. Prema jednom od rješenja optimizacije napravljen je prototip pretvarača pomoćnih napajanja s trorazinskim izmjenjivačem T-tipa. Kako bi se potvrdili u radu postavljeni modeli, na prototipu su napravljena detaljna ispitivanja gubitaka u filtru i izmjenjivaču. Mjerenjima je pokazano da su korišteni modeli zadovoljavajuće točni za upotrebu u projektiranju pretvarača. Mjerenja su takožđer pokazala da je razvijeni pretvarač veće djelotvornosti, manje mase i izmjera od prethodno korištenog pretvarača pomoćnih napajanja s klasičnim dvorazinskim izmjenjivačem.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Elektrotehnika

POVEZANOST RADA