High Voltage IGBTs and Medium Frequency Transformer in DC-DC Converters for Railway Applications

Auteurs : Holger Hoffman, Bernhard Piepenbreier

Laboratoire : Friedrich-Alexander-University of Erlangen-Nuremberg, Germany

Parution : Conférence speedam 2010, Pisa, Italy

Intérêt : étude expérimentale du transformateur d’un convertisseur dc-dc à résonance

Résumé :

Le nombre d’étage est choisi en fonction du niveau de tension (cf. Weigel J., Nagel A., Hoffmann H.; High Voltage IGBTs in Medium Frequency Traction Power Supply; EPE 2009, Barcelona, Spain). 
Avec des IGBT 6.5 kV, N ≥ 7 est nécessaire pour 15 kV.

Pour la résonance série, c'est l’inductance de fuite du transformateur qui est utilisée.

Cette structure a été présentée par : A. Esser, H.-Ch. Skudelny dans :'' A New Approach to Power Supplies for Robots''; IEEE IAS; 1990

La première manip a consisté à comparer deux HV-IGBT.

La deuxième manip a consisté à comparer différents modes de commande.

Le transformateur possède des bobinages imbriqués (2 primaires et 2 secondaires). De l’huile sert pour l’isolation. Les conducteurs sont des barres creuses en aluminium avec de l’eau dé-ionisée pour le refroidissement. Le circuit magnétique est constitué de matériau nanocristallin.

Une étude paramétrique est menée afin de trouver un compromis entre le meilleur rendement et le minimum de masse. La fréquence de résonance et la disposition des conducteurs sont les deux principaux paramètres.

Critiques :

·         Aucune information sur les deux igbt testés

·         Il n’y a aucun modèle de pertes

·         On ne sait pas si l’étude a été faite sur de véritables transformateurs

·         Le choix du mode de commande est intéressant

Références bibliographiques

[1] Diekerhoff S., Bernet S., Krug D.;  Power Loss-Oriented Evaluation of High Voltage IGBTs and Multilevel Converters in Transformerless Traction Applications. IEEE Transactions on power electronics, Vol. 20, No. 6, November 2005

[2] Hugo, N.; Stefanutti, P.; Pellerin, M.; Akdag, A.; Power electronics traction transformer;

Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on; 2007

[6] B. Engel, M. Victor, G. Bachmann, A. Falk; 15 kV / 16.7 Hz energy supply system with medium frequency transformer and 6.5 kV IGBTs in resonant operation, EPE 2003, Toulouse, France

[7] A. Esser, H.-Ch. Skudelny; A New Approach to Power Supplies for Robots; IEEE IAS; 1990

[8] Weigel J., Nagel A., Hoffmann H.; High Voltage IGBTs in Medium Frequency Traction Power Supply; EPE 2009, Barcelona, Spain

[10] P. L. Dowell; Effects of Eddy Currents in Transformer Windings, Proceedings IEE (UK), Vol. 113, No.8, August, 1966, pp. 1387-1394.

[12] Duerbaum, Th. and Albach M.; Core Losses in Transformers with an Arbitrary Shape of the Magnetizing Current; EPE Roc., Vol. 1, p. 1.171-1.176, Sevilla (Spain), 1995.