教学课程资源库 更多>>

关键词： 永磁调速联轴器   出水机泵   经济性   变频器  

摘要： 本文将重点探讨永磁调速联轴器在某供水泵站出水机泵上的实际应用和改造测试，并对其与变频器进行对比分析。作为一种水泵调速装置，永磁调速联轴器以其独特的设计实现了非刚性连接。其核心工作原理是通过磁感应力将电动机的转矩传递至负载，并通过机械调速机构调节间隙，改变滑差，从而精确控制水泵的转速。永磁调速联轴器的引入为供水行业提供了一种高效、可靠且节能的解决方案，为进一步优化供水行业水泵运行性能提供新思路。

关键词： Partial discharges  

摘要： This study constructed a power cycle aging experimental platform and a partial discharge detection system for IGBT modules. The important features such as partial discharge charge, discharge pulse repetition rate and the phase distribution spectrogram are obtained under different power cycle aging times. Experimental results indicate that the IGBT module's partial discharge charge and pulse repetition rate increase with power cycling. After that, the multi-physical field coupling models of the electric field and current-heat-force field are constructed for the IGBT module. It is found that the electric field is most concentrated in the chip passivation layer-metal layer-silicone bonding point and the direct bonded copper-silicone bonding point. The cumulative damage of electric and thermal effects causes defects to grow in these areas and expand with aging, which triggers and aggravates partial discharges. Considering both simulation and experimental findings, a three-capacitance equivalent model for IGBT module partial discharge was proposed to quantify partial discharge during the aging process. The IGBT module's partial discharge amount and pulse repetition rate show a linear relationship with power cycle aging. These results inform package insulation design and condition monitoring for IGBT modules. © 2011-2012 IEEE.

关键词： Three dimensional integrated circuits  

摘要： Power semiconductor modules often comprise multiple chips to attain appropriate current and voltage ratings for electric vehicles and industrial applications. The solder fatigue on the base plate of the IGBT module represents a significant failure mode in power converters. These failures are particularly pertinent in EV applications that involve regular driving, regenerative braking, and acceleration. A novel approach is introduced in this study to assess the health condition of the IGBT module during base-plate solder fatigue, focusing on temperature differences across the casing. This article proposes an accurate electro-thermal model that effectively determines the junction temperature of the IGBT module. The designed electro-thermal model estimates the junction temperature precisely by considering the effects of device-level and module-level thermal parameters. A coupled three-dimensional (3D) thermal network model is created for IGBT modules and associated heatsinks in Ansys and PLECS environments. Using the electro-thermal model, the experimental results validate the efficacy of the proposed method in determining the deterioration level of the semiconductor power module. The proposed condition monitoring also integrates IoT to monitor the real-time temperature of IGBT modules and heat sinks under different operating and test conditions. © 1972-2012 IEEE.

关键词： RC-IGBT   FS层   集成二极管   反向恢复特性  

摘要： 经过40多年的发展与创新,绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)目前的性能已经接近极限,IGBT的一个重要方向是多功能集成化,其中典型代表逆导型RC-IGBT(Reverse Conducting IGBT,RC-IGBT)。RC-IGBT将续流二极管集成到IGBT芯片内部,可以有效消除寄生电阻和电容,减小芯片尺寸和降低成本,但存在着反向恢复性差和电压回弹等问题。随着社会的发展,RC-IGBT需要逐渐应用到高压硬开关环境中,集成二极管反向恢复性不佳的问题成为研究人员的重点研究对象。基于此,本文对RC-IGBT集成二极管的反向恢复过程进行推导建模,并重点研究分析了场截止(Field-Stop,FS)层结构参数对器件特性的影响,同时提出了一种具有穿通PNP晶体管的RC-IGBT结构来优化反向恢复特性,且不会影响器件的其它性能。本文的主要研究内容如下: 1.分析并研究了RC-IGBT集成二极管的反向恢复过程,建立了RC-IGBT集成二极管反向恢复过程中关键指标的物理模型,并根据动静态各个参数模型,总结了RC-IGBT中重要结构参数对器件静态和动态性能参数的影响。 2.对RC-IGBT的场截止(Field-Stop,FS)层进行优化设计,通过仿真分析了FS层设计参数(掺杂剂量和掺杂深度)对RC-IGBT动静态特性的影响,得出了FS层的设计准则;深FS层可以提高器件软度,浓FS层可以降低损耗。由于本文的所设计的器件需要应用于高压硬开关环境下,需要选择深FS层设计,但由于实际工艺的水平限制,本文采用多次外延工艺来模拟深FS层的制备,并对由多次外延形成的FS-RC-IGBT进行动静态仿真分析,得出了由多次外延工艺形成的深FS层具有良好的拟合效果,外延层数越多,拟合效果越好,但制造成本越高。 3.提出了一种具有穿通PNP晶体管结构的RC-IGBT(Reverse-Conducting IGBT with punch-through PNP transistor,PP-RC-IGBT)。该结构通过在浮空P区添加额外结构,使浮空P区与发射极之间通过一个穿通PNP三极管(Punched Through PNP transistor,PT-PNP)连接。相较于传统FP-RC-IGBT,击穿电压,正向导通压降和逆向导通压降几乎没有劣化,关断时间缩短了47.3%,关断损耗降低了11.6%,反向恢复电荷降低了26.2%,反向恢复时间降低了44.9%。随后对PP-RC-IGBT进行了工艺流程设计与版图绘制,新结构展现出优秀的工艺兼容性,最后发往工厂进行流片验证。

关键词： 三相LCL型双有源桥   移相控制   广义状态空间平均法   三自由度DCC控制  

摘要： 近年来,随着新能源发电在总发电量中占比的日益提升,直流微网系统成为越来越多研究关注的热点。在直流微电网中,三相LCL双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)变换器因其具有功率密度高、软开关范围大、电压纹波低、电气隔离等诸多优点得到了广泛的应用,但该变换器依然存在控制过程复杂、变换效率有待提升等问题。因此,有必要对三相LCL型DAB变换器控制方法进行优化研究。 本文以三相LCL型双有源桥变换器作为研究对象,运用广义状态空间平均法(Generalized State Space Averaging,GSSA)对其构建了二阶模型,针对传统移相控制方法的不足采用三自由度占空比(Duty Cycle Control,DCC)优化控制方法,并利用粒子群算法对其控制变量进行最优解的求解,以达到系统整体性能提升的目的,最后通过仿真对所采用的优化策略进行验证。论文的主要内容如下: 首先,针对单移相(Single Phase Shift,SPS)控制和双移相(Dual Phase Shift,DPS)控制下的三相LCL双有源桥变换器进行了工作模态与运行特性的分析,发现当系统处于电压转换比不为1或轻载状况下,变换器的开关管无法在所需要的传输功率下实现宽范围软开关操作进而导致功率损耗增大,因此存在着功率损耗较大、效率较低的问题。 其次,针对后续优化控制过程中三相LCL型DAB变换器可能出现电流波形复杂,传统小信号模型建模过程计算复杂、结果不精确的问题,基于建模复杂度和精确度的综合考量,采用广义状态空间平均法构建了三自由度DCC控制下的三相LCL型DAB变换器二阶等效模型,根据变换器的功率传输要求,确定了主电路电子元器件的参数设计,并通过MATLAB/Simulink仿真平台验证了模型精确度。 再次,针对变换器功率损耗较大、效率较低等问题,应用了以一次侧开关管的占空比、二次侧开关管的占空比以及对应一二次侧开关管的开关波形中心之间的移相比为控制变量的三自由度DCC控制,并通过理论分析对其进一步扩大软开关区域、降低损耗和提升效率等性能进行了验证。同时,针对控制过程中变量较多而存在的计算复杂问题,采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对三个控制变量的最优解进行求解,从而简化了三自由度DCC控制复杂的计算,提升了系统的实时性。 最后,通过MATLAB/Simulink平台对变换器在三种控制方法下的效果进行仿真,通过不断改变负载条件来获得不同输出功率工况下变换器开关管的脉冲信号波形、输出电压和电流应力等关键参数,进而通过计算获得变换器的输出功率以及变换效率。仿真结果表明,应用三自由度DCC控制方法的三相LCL型DAB变换器可以显著地扩大变换器软开关范围、降低功率损耗和提升整体变换效率。

关键词： 机器学习   IGBT模块焊料层老化预测   CPO-SVR预测模型   可靠性评估  

摘要： 在现代电力系统和电力电子应用中,绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）因其低功耗、大电流容量和高开关频率等优异性能,已广泛应用于新能源发电、轨道交通和高压直流输电等领域。然而,在长时间运行或高负荷工况下,IGBT模块的焊料层易发生老化,严重影响系统可靠性。因此,IGBT模块焊料层老化预测及可靠性评估,对于提高IGBT模块整体可靠性与稳定性具有重要意义。本文基于相关研究,在此基础上提出了一种关于IGBT模块焊料层老化的前兆因素—特定集电极电流IC条件下,VCE（sat）作为焊料层老化前兆指标。建立基于机器学习冠豪猪（Crested Porcupine Optimization,CPO）优化支持向量回归（Support Vector Regression,SVR）算法中超参数g以及惩罚因子c的CPO-SVR老化状态预测模型,通过自主搭建IGBT功率老化实验平台,对老化前兆因素和NASA研究中心公开老化数据集进行验证,并应用NASA研究中心公开的IGBT集射极老化数据集进行老化预测,实验结果证明了所提推论的合理性和CPO-SVR老化状态预测模型的有效性。本文研究内容如下: 首先,本文分析了IGBT的结构原理和工作特性,探讨了造成焊料层老化的多种原因。在此基础上,根据IGBT模块输出特性,提出了一种关于IGBT模块焊料层老化前兆因素的推论—特定集电极电流IC条件下,VCE（sat）作为焊料层老化前兆指标。 为进一步验证推论的正确性,提出一种理想状态下IGBT模块等效电路,该等效电路可简单重构以实现老化原理的分离,寻求焊料层老化的前兆因素。然后对IGBT模块等效电路在工作原理、理论计算方面进行了理论推导分析,验证了VCE（sat）作为焊料层老化失效前兆指标的合理性。此外,通过建立IGBT模块功率老化实验平台进行实验验证,证实了特定集电极电流IC条件下,VCE（sat）作为焊料层老化前兆指标实际可行性。 最后,针对支持向量回归（SVR）中模型复杂度与泛化能力之间的平衡问题,采用冠豪猪算法（CPO）对支持向量回归（SVR）中超参数g以及惩罚因子c优化,建立CPO-SVR优化算法。测试结果证明CPO-SVR在预测结果上优于原始SVR。此外,通过搭建功率老化试验平台完成对基于冠豪猪算法优化支持向量回归（CPO-SVR）的IGBT模块焊料层老化状态预测模型的测试,并使用NASA研究中心开源的IGBT集射极老化数据和自主搭建IGBT模块功率老化实验平台获取的XRD分析对所提基于CPO-SVR的IGBT模块焊料层老化状态预测模型进行验证。通过预测结果分析,验证了CPO-SVR预测模型在IGBT模块焊料层老化状态预测方面具有更强的适用性和更高的预测精度。研究结果有助于深入了解和预测IGBT模块的老化过程,从而提高电力电子器件的可靠性和寿命。

关键词： 深度学习   神经网络   永磁同步电机   矢量控制算法   自适应控制  

摘要： 在轨道交通永磁同步电机长期工作后，电机老化会导致定子电阻、电感等核心参数变化，使得PI电流内环控制参数不适应，存在电流尖峰问题。为提升永磁同步电机矢量控制器的鲁棒性，设计一种基于DDPG深度学习的电机矢量控制算法。一方面，通过引入神经网络，使矢量控制器具备自适应能力。另一方面，采用梯度下降反向传播算法优化控制器参数。在Matlab/Simulink中搭建仿真平台，仿真结果表明，在电机核心参数变化下，相较于PI电流内环控制，所设计的矢量控制器能够降低d轴电流尖峰约1.6%,q轴电流尖峰约6%，鲁棒性较好。

关键词： 电气自动化   变频调速   节能效应  

摘要： 为解决电气自动化系统中能源效率低下和控制精度不足的问题，针对某电厂现有设备状况，提出了基于变频器调速技术的改造方案。从配电设备改造、变频器选型与参数优化、控制系统升级3个方面详细阐述了具体实施策略。通过实际运行数据分析，证实了该技术在不同负载条件下的显著节能效果，尤其在低负载时节电率可达93.7%。此次研究为工业生产中电气自动化系统的节能改造提供了理论依据和实践指导，对提高能源利用效率具有重要意义。

关键词： 三相永磁同步电机   容错控制   开路故障   无差拍直接转矩控制   磁通控制   电流观测器  

摘要： 三相永磁同步电机的相绕组发生开路故障会导致电机脱离系统控制，严重时会导致电机系统烧毁，这严重影响了其在工业、汽车以及航天领域的应用安全性。为确保永磁同步电机在发生相绕组开路时仍然能够满足原本的性能要求，提出一种基于无差拍直接转矩控制的永磁同步电机开路故障容错控制策略，通过使用与非故障条件相同的转矩线性方程、定子磁链和电流观测器，从而实现对电磁转矩和定子磁链的独立调节。首先，对正常工况和开路故障工况下的三相永磁同步电机的驱动系统进行建模，接着，基于无差拍直接转矩控制和磁通控制提出三相永磁同步电机开路故障时的容错控制策略，最后，通过仿真和样机实验进行验证。验证结果表明，所提容错控制策略可以使得发生开路故障的永磁同步电机获得与正常工况下相同的性能，同时不存在参数灵敏度的显著降低和计算量的明显增加。