Optimal Design of 1.2 MVA Medium Voltage Power Electronic Traction Transformer for AC 15 kV/16.7 Hz Railway Grid

Q: 이 논문에서 정의한 전력전자 견인 변압기(PETT)란 무엇인가?

전력전자 견인 변압기(PETT)는 중주파 변압기를 사용하여 무게를 줄이고 추가 기능을 제공하며 에너지 효율을 향상시키는 온보드 컨버터이다. 특히 전동차 응용 분야에서 승객 공간을 늘릴 수 있으며, 기존 저주파 변압기 대비 낮은 작동 주파수(16.7Hz 또는 50Hz)로 인한 단점을 극복하여 더 가볍고 효율적인 시스템을 구현한다.

Q: 1.2 MVA 전력전자 견인 변압기의 최적 설계는 어떤 특징을 가지는가?

연구 결과, 1.2 MVA 전력전자 견인 변압기는 10 kV SiC MOSFET 기반의 통합 삼각 전류 모드(iTCM) AC/DC 컨버터와 LLC 직렬 공진 컨버터로 구성된다. 이 설계는 98.95%의 높은 효율과 0.76 kVA/kg의 전력 밀도를 달성하며, 중주파 변압기 최적화를 통해 크기와 무게를 최소화하고 스위칭 손실을 줄여 전체 시스템 성능을 극대화한다.

Mohamed Hichem Lahrech; Ahmed Chaouki Lahrech; Bachir Abdelhadi

doi:10.7782/JKSR.2023.26.2.70

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자료유형: 학술저널

저자정보: Mohamed Hichem Lahrech (University of Batna 2) Ahmed Chaouki Lahrech (University of Batna 2 - Laboratoire des Syst?mes de Traction ?lectriques (LSTE)) Bachir Abdelhadi (University of Batna 2 - Laboratoire des Syst?mes de Traction ?lectriques (LSTE))

저널정보: 한국철도학회 한국철도학회 논문집 한국철도학회 논문집 제26권 제2호(통권 제164호)

발행연도: 2023.2

수록면: 70 - 88 (19page)

DOI: 10.7782/JKSR.2023.26.2.70

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This paper deals with the design and optimization of a 1.2 MVA medium-voltage (MV) power electronic traction transformer (PETT) for an AC 15 kV/16.7 Hz railway grid, in which a simple two-stage multi-cell PETT topology consisting of a bidirectional 170 kW, 2.5 kV AC rms to 6 kV DC power factor corrected (PFC) converter stage followed by a bidirectional isolated 46 kHz, 6 kV to 1.5 kV series resonant DC/DC converter for each cell is presented. This paper presents a methodology that maximizes the converter"s efficiency and minimizes the converter"s size and weight. Accordingly, the first stage employs 10 kV SiC MOSFETs based on the integrated Triangular Current Mode (iTCM). The second stage uses 10 kV SiC MOSFETs on the MV-side, 3.3 kV SiC MOSFETs on the LV-side, and a medium frequency (MF) MV transformer operating at 46 kHz. MF transformers offer a way to reduce weight and improve energy efficiency, particularly in electric multiple-unit applications. The MF MV transformer requires power electronic converters, which invert and rectify the voltages and currents at the desired operating frequency. The development of high voltage SiC MOSFETs, which can be used instead of Si IGBTs in PETT topologies, increases the operating frequency without reducing the converter"s efficiency. The designed MV PETT achieves 98.95% efficiency and 0.76 kVA/kg power density.

#PETT #10 kV SiC MOSFET #Zero voltage source (ZVS) #MF MV transformer

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