In the current climate crisis situation, the development and wide operating range of electric mobility is of great importance, with electric rail traction being the main form of electric transport over medium-long distances. In this sense, electric traction converters are undergoing a deep modification, moving towards more powerful, more compact converters with a wider operating range. This project addresses the problem of overheating of the internal air of a railway electric traction converter when it operates in extreme environments with high temperatures, around 50o C or 60o C. In these cases, the existing cooling system, which uses external air at ambient temperature as the coolant fluid, is not enough to ensure safe operation of the converter. This limits the operating range of electric trains with high power density converters, which cannot operate in hot climates. Furthermore, it poses a risk for other operating ranges in the near future, where the development of converters with higher current levels and thus higher power losses will again challenge conventional cooling systems. This project uses the MITRAC/TC1500TM traction converter developed by Alstom as a basis for proposing different additional cooling systems that complement the conventional one, with the use of different cooling technologies, including forced air convection, heat pipes, liquid-cooled cold plates and Peltier cells, also called thermoelectric coolers. The implementation of the different technologies is evaluated based on mathematical models developed in MATLAB® and computational fluid dynamics simulations in StarCCM+® . The results obtained allow to conclude that the use of heat pipes and Peltier cells is the most recommendable for the development of thermal management systems for electric traction converters, provided that they are implemented with a good external heat dissipation medium, preferably ambient temperature air flows already that already exist in the converter. Furthermore, it is shown that the same cooling technology can provide very different results depending on its implementation. / I den rådande klimatkrisen är det mycket viktigt att utveckla elektrisk mobilitet och att ha ett brett användningsområde, där elektrisk järnvägsdrift är den viktigaste formen av elektrisk transport över medellånga avstånd. Omvandlarna för elektrisk traktion genomgår därför en genomgripande förändring, mot kraftfullare och mer kompakta omvandlare med ett bredare driftsområde. Detta projekt behandlar problemet med överhettning av den inre luften i en elektrisk traktionsomvandlare för tåg när den används i extrema miljöer med höga temperaturer, runt 50o C eller 60oC. I dessa fall är det befintliga kylsystemet, som använder extern luft vid omgivningstemperatur som kylmedel, inte tillräckligt för att garantera en säker drift av omvandlaren. Detta begränsar användningsområdet för elektriska tåg med omvandlare med hög effektdensitet, som inte kan användas i varma klimat. Dessutom utgör det en risk för andra driftområden inom den närmaste framtiden, där utvecklingen av omvandlare med högre strömnivåer och därmed högre effektförluster återigen kommer att utmana konventionella kylsystem. I projektet används MITRAC/TC1500TM , en traktionsomvandlare som utvecklats av Alstom, som grund för att föreslå olika ytterligare kylsystem som kompletterar det konventionella, med användning av olika kyltekniker, inklusive luftkonvektion, värmerör, vätskekylda kylplattor och Peltierceller, även kallade termoelektriska kylare. Implementeringen av de olika teknikerna utvärderas baserat på matematiska modeller som utvecklats i MATLAB® och beräkningsflödesdynamiska simuleringar i StarCCM+®. De erhållna resultaten gör det möjligt att dra slutsatsen att användningen av värmerör och Peltier-celler är det mest rekommenderade för utvecklingen av termiska styrsystem för elektriska traktionsomvandlare, förutsatt att de implementeras med ett bra externt värmeavledningsmedium, helst luftflöden vid omgivningstemperatur som redan finns i omvandlaren. Dessutom visas att samma kylteknik kan ge mycket olika resultat beroende på hur den implementeras.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-347853 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Lainez Muñiz, Beatriz |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2024:129 |
Page generated in 0.0024 seconds