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关键词： 高压IGBT器件   封装绝缘   局部放电   正极性重复方波电压   典型结构与缺陷   放电辨识  

摘要： 高压大功率IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)作为柔性直流输电与轨道交通等领域的核心器件,其封装绝缘内部的电场强度较大,易发生局部放电。在运行工况下,器件绝缘承受正极性重复方波电压,在这种电压下实现局部放电的准确测量,以及器件内部典型结构与缺陷的局部放电辨识,对高压器件的设计与制造具有重要意义。本文针对高压器件中的三种典型结构与硅凝胶中的气泡缺陷,开展了正极性方波电压下的局部放电特性与辨识方法研究,主要的研究内容包括:首先,研究了正极性重复方波电压下,测量局部放电时所受的干扰与局部放电脉冲的频谱分布,提出了不依赖辅助设备的位移电流干扰下局放脉冲的无失真提取方法,并验证了局放电流脉冲提取方法的适用范围,研制了适用于器件绝缘的方波电压下的实验平台与放电数据分析系统。其次,选取了高压IGBT器件存在的三个典型绝缘结构作为实验样本,包括芯片、硅凝胶和DBC(Direct Bonding Copper,覆铜陶瓷板)-硅凝胶界面,获得了三个典型结构的局部放电特性差异,提出了高压IGBT器件封装中典型绝缘结构的局部放电辨识方法,并验证了所提辨识方法的有效性。分析了三种典型放电结构在正极性方波电压下的放电过程,并给出了不同结构间出现放电特性差异的定性解释。最后,为了探究气泡缺陷对硅凝胶放电特性的影响,制备了含有气泡的硅凝胶实验样品,提出了有机硅凝胶内部气泡含量的量化方法,实验获得了有机硅凝胶内气泡含量对局部放电分布特性以及电流脉冲波形参数的影响规律,结合放电脉冲波形分析方法,给出了气泡对有机硅凝胶局部放电特性影响机理的定性解释。提出了提升硅凝胶脱气效果的逐层封装方法,并通过实验验证了该方法的优化脱气效果。

关键词： 异步电机   矢量控制   转动惯量   参数辨识   参数设定  

摘要： 在实际工业应用中,转动惯量辨识作为调整系统参数的第一步开始被提出和研究,准确的辨识结果也作为系统后续能稳定运行的前提之一。不同应用需求下,采用的辨识方法也不一样,对于一些系统惯量相对稳定的伺服系统,一般采用惯量的离线辨识方法。但现目前,惯量的离线辨识还存在辨识精度不高、局限于具体应用场合等问题,而不同惯量系统下辨识值误差波动较大,说明了辨识结果不具有一定的可靠性,无法保证以此为基础设定的系统控制器参数能使系统有较好的动稳态性能。以异步电机交流伺服系统为研究对象,搭建异步电机矢量控制系统,并将其作为后续研究转动惯量辨识方法的基础。在电流闭环特性确定的情况下,对速度环控制器参数进行推导,建立转动惯量与控制器参数之间的联系。在此基础上,从频率和时域的角度出发,根据不同惯量系统下的波特图和速度响应曲线,直观分析转动惯量与系统控制性能之间的关系。以提高辨识精度和扩展应用范围为出发点,对两类惯量辨识方法进行分析和改进。一类是通过处理系统动态过程来辨识系统惯量的方法,选择应用最广泛的加减速法对其进行改进,通过对传统加减速法进行误差分析,从变角加速度和粘滞摩擦力矩两个角度对传统加减速法提出相应改进措施,改善其对辨识结果的影响。另一类是通过处理运动方程中的无关变量来辨识系统惯量的方法,选择扰动观测器法和数学积分法。扰动观测器凭借其稳定性好等优点,通过重构其状态方程的方式,让其直接用于转动惯量的辨识;数学积分法在辨识系统惯量时,辨识收敛速度较快但精度有待提高,因此引入积分链微分器来处理输入信号噪声,以提高辨识精度。在不同惯量系统下,对惯量辨识算法进行仿真和实验,证明了改进措施的有效性;最后,在仿真和实验中对系统控制器参数进行设定,通过系统良好的动稳态性能,说明了惯量辨识方法的实用性和辨识结果的可靠性。

关键词： 永磁同步电机   矢量控制   扰动观测器   无差拍预测控制  

摘要： 永磁同步电机因损耗低、调速范围大等优点而在动态系统的调制过程中应用越来越频繁,比如在工业生产、航天加工以及数控机器人等伺服系统中实现了很大程度上的应用。在多数场合中,通常希望控制系统具备快速的转矩响应,从而使得对应的调速系统具备动态性能高的优点。电流环和速度环是永磁同步电机控制系统中非常重要的两个部分,从转矩方程可以看出,转矩与电流密切相关。系统的电流环位于最内侧,它能确定电机输出的电磁转矩的大小,从而影响系统的控制性能,它是体现伺服驱动性能的关键因素,因此本文的研究重点为伺服系统的电流环控制。高性能电流环控制策略的研究已成为近年来电机控制的研究热点,相应的先进算法也在技术革命中得到不断完善和发展。本文以表贴式永磁同步电机作为控制对象,建立了其相关的坐标变换和数学模型。针对矢量控制电流环动态性能差、PI参数设定繁琐、精度低等缺点,本文对电机的电流预测控制展开了研究。通过分析可知,无差拍电流预测控制算法因响应快,无需复杂参数计算等优点而被广泛应用,但对系统参数的依赖性较高。当电机参数发生扰动时,传统无差拍电流预测控制系统控制的性能便会削弱,因而系统的鲁棒性较差。结合仿真分析,进一步确定了系统的电感和磁链参数扰动是影响该算法控制性能的关键所在。针对系统稳定性较差的问题,在传统的无差拍电流控制中加入鲁棒电流控制的思想,引入了加权系数来降低单个误差的影响,从而提高系统的鲁棒性,实现抗干扰性更好的预测模型的设计。然而鲁棒控制稳定运行时,由于鲁棒因子的引入,使得稳态时会出现更大的电流静差现象。为了消除电机参数偏移以及鲁棒因子引入所带来的各种电流静差问题,本文设计加入了龙伯格扰动观测器,从而实现了前馈补偿。在观测器进行扰动量的数值补偿后,dq轴电流存在的稳态静差值也随之减小,控制系统的鲁棒性得以提高;随后提出了电流静差消除的改进算法来改善电机参数偏移所产生的问题。通过Simulink环境来搭建仿真模型,并在半实物仿真实验平台中完成相关的仿真实验,验证了两种改进控制策略理论的可行性。其结果表明设计的改进电流控制算法能够对电流环实现良好的控制,在参数偏移时能够实现电流的稳定跟踪,因此系统具有良好的静动态控制性能,其鲁棒性得以提高。该论文有图44幅,表7个,参考文献73篇。

关键词： IGBT母排   超声焊接   数值模拟   代理模型   自适应采样   多目标优化   拥挤度算子  

摘要： 近年来,随着电力能源的迅猛发展,以绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)为典型的功率半导体器件引起了广泛关注。在IGBT等大功率半导体模块的封装中,超声焊接工艺因其能耗低、不发生金属熔化等优点,成为最常用的功率互连方法。在超声焊接的高频振动载荷下,IGBT模块中母排等工件可能出现疲劳损伤,进而影响结构强度。为了解决上述问题,本文提出了一种考虑变摩擦和声软化效应的超声焊接数值模拟方法,并开发了一种基于区域划分的多指标动态权重平衡的自适应采样代理模型,用以代替成本高昂的有限元模拟实验,最终基于数值模拟和自适应采样代理模型,对IGBT母排的结构开展了多目标优化设计研究。针对这些研究中尚待解决的关键技术,本文主要在以下几个方面做出了深入研究:针对现有超声焊接数值模拟方法存在忽视热与摩擦的双向耦合效应、声软化系数仍依赖于实验数据等问题,建立了一个“声-热-力”多场耦合的三维有限元模型来研究这一复杂动态过程。该模型使用受温度影响的变摩擦方程来模拟热与摩擦的双向耦合作用,在热软化的基础上引入了超声对材料的软化效应,并使用初始模拟得到的工件振幅来动态更新声软化系数,使之脱离了对实验数据的依赖。基于该模型,研究了超声焊接过程中工件振幅传递、温度场分布以及塑性变形等复杂机械行为,并对比分析了声软化与变摩擦效应在其中起到的作用。与实际超声焊接测试数据对比,说明了提出的数值模拟方法的准确性。针对现有采样方法存在评价指标不全面、指标间权重平衡性较差、确定新采样点的学习函数目标单一等问题,提出了一种基于区域划分的多指标动态权重平衡自适应采样代理模型构建方法。在所提出的方法中,采样空间根据现有样本点被划分为冯洛诺伊单元;为评估采样点的局部开发与全局探索特性,为每个单元计算了交叉验证误差、局部非线性和疏密度三个指标;基于熵权法,三个指标间实现了动态加权,且在对采样点进行非支配排序后,优劣解距离法被用于识别出最适合补充新点的敏感单元;在敏感区域内,一种基于估计留一误差和方差的新型学习函数被用于确定新的采样点,这增加了新采样点落在预测误差较大位置的概率。与其他采样方法相比,提出的方法在保证精度的前提下显著减少了采样点数量。基于该自适应采样方法,建立了IGBT母排设计变量与其超声焊接疲劳损伤的代理模型。针对IGBT母排在超声焊接中遇到的焊接疲劳等实际问题,建立了兼顾结构焊接疲劳、导电性与轻量化的多目标优化模型。基于建立的代理模型,确定了母排多目标优化设计的框架与方法。为提高优化问题的求解质量,提出了一种基于优势面旋转投影和区域划分的新型拥挤度算子,对NSGA-II算法进行了改进。改进算法求解收敛速度更快,计算结果更贴近真实解集。根据优化结果,IGBT母排在取得了更好的抗超声焊接疲劳性能的同时,也保证了较好的轻量化和导电特性。而且,在不同的设计偏好下,可以选择使用不同的优化设计方案。

关键词： 变频器   工业品营销   营销策略  

摘要： 长沙RY公司是一家集低压变频器研发、生产和销售等多项功能于一体的企业,RY公司要在日益复杂、激烈的低压变频器市场竞争中保持竞争力、抢占一席发展之地,必须立足于自身需求、积极顺应时代趋势,制定合理、完善的市场营销策略。 论文首先介绍了RY公司的发展历程和生产、研发能力,并对公司目前的营销策略进行了介绍,通过问卷调查法探寻了目前营销中存在的问题,主要有变频器产品竞争日趋激烈、定价模式缺乏灵活度、分销渠道存在一定的局限性以及促销力度较弱等。进而,论文梳理了RY公司目前在政策、经济、社会、技术等四个维度上所处的宏观环境,同时剖析了国内低压变频器产业的发展趋势、行业竞争特征,采用SWOT法分析了RY公司营销中的优势、劣势、挑战与机遇。最后,本文以STP市场细分、选择和定位理论作为指导,立足于RY公司的实际,对RY公司的目标市场进行了定位,提出了RY公司变频器4PS营销策略:一是产品策略,即以产品性能、服务为切入点,突出产品差异化特征,进而提高产品品牌价值;二是价格策略,即引入需求导向定价法与竞争导向定价法;三是促销策略,即丰富促销方式;其四是渠道策略,即同时应用直接渠道、间接渠道。此外,论文还提出了RY公司营销策略优化的实施措施,主要有:加强品牌营销、改进售后服务、完善产品研发。为了保障优化措施的顺利实施,论文还从培训保障、组织保障、人才保障、创新保障和客户关系保障五个方面提出了相应的保障措施,并对RY公司营销优化措施的预期成果进行了展望。 图17幅,表22个,附录1份,参考文献50篇

关键词： IGBT模块   可靠性   寄生参数   结温测量   振荡  

摘要： 当前,随着相关理论的不断完善与发展,电力电子系统由于其极高的能量转换率,而在包括交通运输,航空航天等领域得到了极为普遍的应用,同时,其在工作过程中所体现出的高度可控性也使得人们对其关注程度与日俱增。大多数情况下,电力电子系统所工作的环境情况较为恶劣,因此人们对其工作过程中的可靠性给予了充分的重视。功率半导体器件是该系统中的核心组成部分,如果其在工作过程中的稳定性得不到充足的保障,那么整个系统便无法保证高效的运行。当前,为了能够对功率半导体器件的工作状态进行实时的监测,而普遍采用的方式是测量结温,同时该方式也受到了业内的普遍认可。工作环境的恶劣决定了该器件在其整体工作周期内将会面临各种各样的干扰问题,其中震荡干扰问题最为突出。为了能够保障器件的工作过程中的稳定性而需要对其的抗震荡干扰能力进行深入的研究。本文基于IGBT模块,对其开展包括开通电流震荡以及模块节温测量在内的理论研究:1.对其工作过程中的稳定性可能潜在影响因素进行深入的探索。对其工作原理以及动静态特性展开详细的分析与论述。在研究IGBT模块基本结构的基础上,深入的研究了其在工作过程中的失效原因,并最终发现是由于节温波动所导致的焊料层老化引起的,并标定了IGBT模块失效的判定标准。2.提出了一种基于Irr的IGBT模块动态结温的估测方法。首先详细分析了IGBT模块开通过程中的反向恢复阶段,建立了考虑寄生参数的暂态模型。进而分析了Irr随结温的变化以及Irr随负载电流的变化,推导得出三者之间的数学关系。对IGBT模块基于实验模型进行深入的研究,获得其结温预测模型。并对模型的准确性进行进一步的实验论证。3.研究IGBT模块开通阶段的电流振荡过程。首先在考虑寄生参数的影响下,建立了IGBT模块开通电流振荡暂态模型,进而分析了影响电流振荡特性的因素。简单介绍了双脉冲测试的目的和原理。搭建双脉冲仿真测试平台,测量不同寄生参数在不同数值下的电流振荡特性,验证模型的正确性。

关键词： 轨道式MC-WPT系统   双边LCC   移相控制   功率控制   轨道式耦合机构  

摘要： 新能源迅速发展,蓄电池、动力电池广泛应用于通讯、计算机工业以及医疗设备等领域,这同时对废旧电池组的回收与利用也提出了一定挑战。一些国家虽然会对回收的废旧电池进行集中环保处理,但电池内的剩余电量也会跟着直接浪费。为解决上述问题,本文提出一种基于轨道式MC-WPT技术的电能回收系统,在流水线上运输废旧电池组的同时实现其剩余电能高效回收。该系统为废旧电池剩余电能回收提供了一种新的补充方式,能将废旧电池组的剩余电能用无线电能传输的方式收集并传输至电网中,提高电能利用率,节约资源。为此,本文主要研究工作如下:(1)系统电路拓扑和控制方案的分析与设计。针对方案中的电路模块做了详细描述和原理分析。基于阻抗分析法,与单输入MC-WPT系统相比较,分析多输入双边LCC轨道式MC-WPT系统的传输特性。针对可能存在的交叉耦合,通过建立等效电路模型,分析其对系统电能传输及内部电路参数的影响,并提出相应的解决办法。针对各电池剩余电量不同带来的系统输入电压不同的问题,设计了相应功率控制方案。采用PI闭环控制策略,通过移相的方式,达到功率控制的目的。(2)系统耦合机构的设计与验证。首先,本文根据废旧电池剩余电能回收的现实需求,设计了原边移动多发射,副边轨道单接收的耦合机构。对比了该种耦合机构在不同结构的发射线圈的自互感特点,提出了针对本电能回收系统的发射线圈选取标准。接着,通过仿真与实际验证,分析了发射线圈在沿着轨道移动过程中互感的变化趋势。然后,研究了接收轨道端长度与其自感的关系。最后,验证了该种耦合机构交叉耦合存在的条件,为系统发射线圈选择合适的间距。(3)系统仿真与实验验证。为验证本文理论分析的正确性和设计方案的可行性,在MATLAB/Simulink中搭建了废旧电池电能回收仿真系统,并根据仿真数据分析了系统传输特性。基于理论分析和仿真研究,搭建了输入功率为1116.8W,输出功率为920.2W的废旧电池电能回收实验平台。经实验,该系统实现了四组废旧电池组电能的同时回收,电能回收效率高达82.4%。

关键词： 能量回馈   PWM整流器   谐波抑制   低电压穿越   电能质量检测  

摘要： 电梯作为现代建筑及交通领域的重要运输工具,每年消耗大量的能源。我国现已成为世界第一电梯大国,而采用节能技术的电梯仍是少数。就自动扶梯而言,大多数仍使用传统的变频技术,在重载下行时电机产生的再生能量被消耗在制动电阻上,浪费能源的同时恶化了机房环境。整流侧采用PWM变流技术是实现能量回馈的最优方案,本文针对产业界关注的由复杂电网扰动带来的技术问题,对能量回馈型变频器的网侧变流器在的控制技术进行深入研究,形成以下主要工作:首先基于双PWM变频调速系统建模,重点分析了前级PWM整流器在两相旋转坐标系下的电压、电流双闭环控制策略及其复频域的控制参数设计。针对网侧稳态扰动下电流谐波抑制问题,引入了基于比例积分(PI)+重复控制器的电流内环控制,并结合稳定性分析进行参数设计;针对不平衡及非线性扰动等造成的母线电压波动,引入陷波器的电压外环改进控制,改善对母线波动的抗扰能力。针对网侧电压暂降问题,着重分析了不平衡电压跌落下的网侧变换器系统的运行特性及其受负序分量的影响,揭示了电网电压突变扰动引发的系统过保护机理,提出了基于前馈控制的瞬时功率响应策略,实现变频系统低电压穿越。提出了一种结合经验小波变换与希尔伯特变换的暂态电能质量检测算法,并将其集成于变频系统的保护控制,可应用于解决电能质量扰动致停梯事故的问题溯源。最后完成了硬件平台搭建与控制策略的算法实现,实验结果表明针对复杂电网扰动运行条件,本文所提出的网侧变换器控制技术对双PWM变频器控制系统具有良好的性能改善。

关键词： 星型级联H桥STATCOM   双频功率回路   相间功率传输   相间直流电压均衡   移相控制  

摘要： 由于风力发电、光伏发电具有随机性、间歇性与波动性,新能源发电大规模并网对电网电能质量造成了影响。为了提升系统的电能质量,维持电压稳定、提高系统功率因数,需要对电网进行无功补偿和不平衡功率补偿。而级联H桥STATCOM具有模块化、易扩展的特点,对于改善电能质量、提升电网传输容量、增强电力系统稳定性等具有重要的作用。 相比于三角型结构的级联H桥STATCOM,星型联结的级联H桥STATCOM拓扑单相仅需承受相电压,选用相同耐压等级子模块的情况下可以有效减少相内子模块的数量,降低系统体积与成本、控制复杂度。但是三角型结构本身构成了三相间功率交换的内部通道,而三相三线制的星型STATCOM拓扑缺少公共直流端或直接的相间功率交换通路,因此相比于三角型连接拓扑,星型连接拓扑对于系统的不平衡分量补偿能力更弱。缺乏相间功率交换通路、负序能力补偿弱的特点极大地制约了星型结构的应用场景。针对星型级联H桥STATCOM拓扑缺乏相间功率交换通路、应用场景受不平衡分量补偿能力限制的问题,本文提出了一种拓扑与控制策略的改进方法,具体如下: (1)本文提出了一种具有双频功率回路的星型级联H桥STATCOM拓扑结构,在传统星型级联H桥STATCOM拓扑的基础上,该拓扑增加了两组相间RLC谐振器回路,构成了相间谐振频率功率交换通路,弥补了传统星型拓扑缺乏相间功率交换通路的缺陷。通过注入谐振频率分量通过RLC谐振器回路在相间进行流动,能够实现相间功率传输,补偿三相不平衡功率,实现相间电压均衡控制。 (2)本文研究了基波频率与谐振频率两种频率分量的共同产生与解耦控制。基于传统载波移相调制法推导分析了混频载波移相调制法,在传统载波移相调制的基础上,将基波频率分量与谐振频率分量两种频率分量进行叠加共同构成调制波。由于不同频率间的正交性,因此采用混频载波移相调制法可以实现基波频率与谐振频率两种频率分量的解耦输出。针对基波频率与谐振频率的解耦控制,主要分析了两种频率分量功率回路的阻抗匹配参数设计,通过阻抗匹配设计实现两种频率分量的功率分流与解耦控制。针对谐振频率分量的作用主要分析了相间谐振频率移相控制的作用,通过控制谐振频率分量间的移相角大小与方向控制相间功率传输。 (3)本文针对所提出的具有双频功率回路的星型级联H桥STATCOM拓扑,在拓扑结构与工作原理分析的基础上,进一步提出了基于双频功率的相间直流侧电压均衡控制策略,实现系统不平衡分量补偿与相间直流电压均衡控制。针对所提出的具有双频功率回路的星型级联H桥STATCOM拓扑结构及其直流电压均衡控制策略,进行了系统仿真与实验验证,结果证明了所提拓扑及控制策略的有效性。