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摘要
城轨交通将绿色节能作为发展目标，城轨牵引变流器以低损耗为发展方向。碳化硅器件具有耐高温、所承受开关频率较高和功率损耗低的优势，应用于三电平变流器，可有效提高系统效率、降低能耗、减轻设备重量。针对碳化硅三电平牵引变流器在城轨牵引领域的应用，首先分析了城轨牵引变流器功率器件和拓扑的发展现状，从牵引系统的发展需求提炼出牵引变流器的优化需求；结合材料特性研究了碳化硅器件应用于城轨牵引领域的性能优势，以及可能给牵引系统设计带来的技术挑战；对比探究了五种常用的三电平逆变器拓扑结构和各种牵引传动控制方法在城轨领域的适应性，总结其结构特点对碳化硅器件应用的促进作用；归纳三电平变流器在城轨牵引系统中的应用局限，探讨碳化硅器件对其输出性能的优化作用；讨论了碳化硅三电平变流器拓扑在城轨牵引系统中的应用可能，通过仿真实验对比了不同拓扑的器件损耗分布。研究结果表明：碳化硅器件本身即对降低功率损耗具有明显优势，三电平拓扑及合适的控制策略可降低碳化硅器件的应用成本，二者结合可进一步缩小变流器和相关设备的体积，延长系统使用寿命；因此，将碳化硅三电平变流器应用于城轨交通符合发展需求。本研究可为后续城市轨道交通牵引变流器的优化提供参考。
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