基于开关轨迹动态调整的变流器内部热管理

基于功率器件开关轨迹调整,提出了变流器内部热管理的一种新方法及其硬件实现电路。该热管理电路主要包括缓冲电容、吸收电阻、温控开关三部分,利用缓冲吸收电路参数调整实现变流器中功率器件结温调节,通过控制温控开关的占空比调节充放电能量实现器件结温控制。阐述了功率器件结温控制的一般性原理,并通过理论分析、仿真和实验验证了所提温度控制方法在原理上的有效性和硬件实现上的可行性。

非平稳工况下风电变流器的热载荷分析

以双馈风力发电中的转子侧功率变流器(RSC)为例,通过发电系统的功率关系和发电机稳态等效电路,推导出RSC基波频率的表达式,然后根据变流器中功率元件IGBT模块的损耗和热模型,分析了风速波动,电网低电压穿越(LVRT)等各种非平稳工况对IGBT功率模块热载荷特性的影响。结果表明:风速固有的快速变化和难以预测特性导致转子侧功率变流器长时间处于非平稳工况。IGBT模块处理的功率波动剧烈从而引起结温也随之发生剧烈波动,电网暂态故障后的LVRT使得变流器瞬时工况更加复杂。长时间非平稳工况下的热冲击导致IGBT模块的可靠性下降。该研究方法和研究结论为风电功率变流器的容量评估及可靠性分析提供了依据。此外研究还表明,风机系统的大惯性特性减少了发电机输出功率的高频波动。

一种用于风电变流器可靠性评估的结温数值计算方法

以风电变流器可靠性评估为应用背景,文中提出一种结温迭代数值计算方法。基于电热比拟理论讨论了IGBT模块在一个开关周期内的结温计算方法,并通过迭代算法计算了IGBT模块的工频周期结温。以1.8 MW单机直驱风力发电系统为例,将该方法与Infineon-IPOSIM电热仿真和解析方法对比。与电热仿真相比,在保证结温精度的情况下,迭代数值计算方法显著缩短了计算时间;与解析方法相比,迭代法考虑了器件的电热耦合关系,提高了结温计算精度。文中还分析了电热参数对结温计算的影响。计算结果表明,文中提出的结温迭代算法计算精度较高,计算速度快。

功率变流器的可靠性研究现状及展望

可再生能源并网发电技术的迅速发展,对功率变流装置的可靠性提出了更高要求。工业界的调查表明,可再生能源发电系统的故障很大一部分原因可归咎于变流装置的故障,而功率器件的失效是主要诱因。研究功率器件可靠性是提高变流器可靠性的基础,对延长设备的使用寿命具有重要意义。围绕功率变流器的可靠性问题,从变流器的工作特点出发分析了导致其可靠性不高的主要原因。首先阐述了功率器件在工作中的主要失效机理;为防止损坏设备的故障发生,需要实时监测变流器的健康状态及评估装置的可靠性,文章总结了功率器件的状态监测方法及寿命预测技术;为提高变流器的运行可靠性,提出了变流器状态控制的概念,对各种状态控制方法进行了分类介绍,并分析总结了现有状态监测方法、寿命预测模型及状态控制方法的优缺点,最后根据这些优缺点对功率变流器可靠性研究进行了展望。

IGBT模块寿命预测模型综述

在风力发电、柔性交流输电以及电机牵引和航空中等应用的变流器系统失效中,IGBT的失效所占比重较大。因此,相继提出了一些IGBT寿命预测的模型以研究其可靠性。为给系统可靠性设计者以及终端用户提供更多变流器中IGBT模块的寿命信息,文中综述了IGBT寿命预测模型的发展与研究现状。根据建模方法的不同,寿命模型可分为解析模型和物理模型两大类。文中对不同模型的建模依据分别做出了说明,在分析IGBT常见失效机理的基础上,对比分析了各模型在实际应用中的精确度、通用性与局限性。同时,介绍了加速老化试验对寿命预测模型的影响。最后,讨论了IGBT模块寿命预测模型的挑战与发展趋势。

基于频率响应的IGBT模块内部缺陷诊断

为提高绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块运行的可靠性,研究了缺陷对IGBT模块内部寄生参数的影响,提出了一种基于频率响应的IGBT模块内部缺陷诊断方法,并对其工作原理和性能特点进行了详细分析。该方法基于IGBT模块失效过程中电或热老化导致的内部寄生参数变化,即在IGBT模块集射极开路状态下,通过在门极与发射极之间施加扫频激励信号,获取不同运行阶段集射极响应频谱的变化,由此判断IGBT模块内部是否存在缺陷。实验研究结果证实,所提出的方法可以有效辨识IGBT模块内部硅片失效缺陷,能够为及时替换赢得时间,从而避免模块的完全失效及由此造成的装置损坏,与现有的故障诊断方法相比,其响应时间更充裕。

前馈型电压模式控制Buck变换器

在比例控制电压模式结构基础上,结合Buck变换器给出了一种新的控制方式,将输入电压与电容电流采样之和的积分作为PWM环节的动态载波信号,输入电压的前馈确保了比例控制下系统的稳态无差以及良好的抗输入电压扰动能力,电容电流反馈则改善了系统抗负载跳变能力。然后基于系统小信号模型,理论分析了系统的控制性能,并给出了控制参数的选取。整个控制结构简单,参数设计简便,最后仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

功率谱密度分析在IGBT模块缺陷诊断中的应用

目前,绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块逐渐成为电力电子装置中的主导器件,及早发现其内部缺陷,是避免突发故障的关键举措之一,对增强电力电子装置运行可靠性具有重要意义。为此,提出一种基于门极充电初始阶段电压信号功率谱密度分析的IGBT模块内部缺陷识别方法。该方法建立在IGBT模块运行过程中因经受电、热应力累积而导致门极寄生参数变化的基础上,通过分析门极电压信号功率谱密度的变化,来判断模块内部是否存在缺陷。实验结果验证了其诊断结论的正确性和实用性。

基于虚拟仪器的IGBT电气参数自动测试系统

针对测量不同工作条件下IGBT模块电气参数时需要获取大量数据、反复改变工作点等问题,以容量为1200V/75A的绝缘栅双极晶体管为例,设计了一套基于虚拟仪器的IGBT电气参数自动测试系统。该系统通过硬件电路,结合LabVIEW和高速数字化仪,实现了IGBT的单脉冲开关测试。该系统不仅可以按一定规律自动测量不同电流、不同温度下的IGBT电气参数,还可以同时测量并保存多种参数,如饱和压降、门极电压、关断时间、集电极电流等。与传统的手动测试方法相比,该自动测试系统可以节约50%以上的测量时间,提高测试精度,且开发周期短。所得测试数据不仅可以用来研究温度对IGBT电气参数的影响,作为结温预测数学建模的数据来源,还可以用于研究IGBT电气参量和老化程度的关系,并将其作为状态评估依据,为IGBT的在线状态监测提供基础。

球墨铸铁反白口金相缺陷分析

“反白口”是一种隐藏在球墨铸铁内部的缺陷，它的出现会导致铸件力学性能的降低及增加机械加工难度，严重时需要对铸件进行高温退火来消除缺陷，增加了生产成本。因此研究“反白口”特征、形成原因和预防措施对球墨铸铁的生产有较大的指导意义。

电容式电压互感器一次侧过电流的原因分析

建立了电容式电压互感器(CVT)及其系统的等效电路模型,以35 kV CVT为例,分析了可能造成CVT一次侧过电流的各种原因。从幅相频率特性角度反映了CVT自身及其系统谐振点的分布情况,根据CVT中间变压器非线性激磁电感和速饱和阻尼器非线性电感的伏安特性试验数据,得到相应的磁化曲线,建立了CVT的仿真模型。利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件对过电流的原因进行了验证,仿真结果证明系统开关操作导致的CVT一次侧冲击涌流、CVT自身的串联谐振以及CVT与系统其它元件之间的并联谐振,是造成一次侧过电流的3种主要原因。最后对CVT设计给出了相应的建议。

Cr4双层离心复合支承辊的研制

通过离心复合技术使Cr4支承辊同时具备锻件的高品质与铸件的低成本,并首次使用碳钢作为复合的中间层,起到过渡工作层与辊芯的作用。研制结果表明:通过铸造离心复合的方法,将Cr4合金钢应用到轧辊工作面上,解决了整铸钢辊的应力断裂难题,实现轧辊升级,大幅度降低制作成本。通过相邻材质匹配选择,找出了Cr4大型离心辊生产过程中产生复合层夹渣、分层、裂纹缺陷的原因。采用控制浇注环节及热处理辅助等手段,研制出满足现代大型板带轧机需求的Cr4离心支承辊。

高频功率磁技术的发展现状及展望

信息与通信技术的飞速发展促使电力电子技术朝着高效率、高功率密度方向发展。作为变换器中重要的无源元件之一,磁性元器件对变换器效率和功率密度有着十分重要的影响。一般而言,高性能的变换器较难直接选用市场上现成的磁元件,需要开展磁元件的定制设计,以匹配电源的应用场景和指标要求。高性能功率磁元件的优化设计往往涉及多方面因素,从元件封装形式选择、磁材选型、磁芯和绕组设计、应用场景等方面均需予以权衡,以便达到或接近最优设计,支撑变换器系统的指标达成。从高频功率磁性材料、磁元件仿真设计、磁元件建模、磁元件应用等四方面对高频功率磁技术的国内外发展现状进行了系统调研,并对该领域的发展趋势进行了展望。

SiC MOSFET的温度特性及结温评估研究进展

与Si器件相比,SiC器件具有更加优异的电气性能,新特性给其结温评估带来了新挑战,许多适用于Si器件的结温评估方法可能不再适用于SiC器件。首先对SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的温度特性进行了分析,阐述了本征载流子浓度、载流子迁移率等参数受温度的影响机理,分析了器件阻断特性、输出特性、转移特性等参量,以便找到能够表征结温特性的电气参量;然后研究分析了功率器件结温测量的各类方法,并重点阐述了温敏电参数(TSEP)法在SiC MOSFET结温评估领域的应用前景,从线性度、灵敏度等6个方面对比分析了各方法的优缺点,并指出阈值电压和体二极管压降作为TSEP具有显著优势;最后分析了TSEP法在目前工程应用中面临的挑战,并对未来的研究工作进行了展望。

“电气控制技术”工程型实验的研究与探索

实践教学是卓越工程师培养计划中的重要环节。分析了目前"电气控制技术"实验教学在"卓越计划"背景下存在的问题,有针对性地提出了工程型实验的创新方案,阐述了工程型实验对"卓越工程师教育培养计划"的重要性,提出了"电气控制技术"工程型实验的实施策略以及具体方法。

球墨铸铁球化衰退金相缺陷分析

通过对球化衰退缺陷微观特征的观察,分析了形成缺陷的原因,提出防止缺陷产生的措施,能有效地控制和减少废品。

工程认证背景下“电力系统继电保护”课程教学创新改革

工程认证“华盛顿协议”要求新工科的课程目标从传统的掌握知识转向应用能力的培养。“电力系统继电保护”课程教学紧密结合本科理论抽象性强、工程实践性强、理论知识点与工程应用案例具有直接对应应用关系以及知识工程实践应用具有明确的规程规范严格要求的特点,主要从授课内容、授课方法和培养效果评价模式3个大方面进行了创新改革,取得了积极成效。

应用MATLAB/Simulink分析支路对限时电流速断保护影响的教学探索

电力系统继电保护是一门综合性和实践性相结合的课程。线路保护主要是讨论高压输电线路发生故障的保护,由于其难以进行实地操作,并且通过现场演示故障过程中电流电压变化以及断路器动作来进行教学,而MATLAB/Simulink具有丰富的电力系统功能模块,可作为电力系统继电保护辅助教学工具。利用软件建立仿真模型,通过改变电路参数,分析在不同电路状态下的电力系统情况,既能丰富教师的教学手段,更有助于学生更深刻地理解课本知识。

高校卓越工程师工程实践能力的培养研究

“卓越工程师教育培养计划”的核心是将高校工程类专业的学生培养成为符合企业实际需求、具有实际工程实践能力的高素质科技工程人才。分析了“卓越工程师教育培养计划”工程实践能力的重要性,结合目前卓越工程师教育中工程实践能力的现状及其问题,提出了高校卓越工程师教育培养计划工程实践能力的提升措施和策略。

Self-Stable Chaos Control of dc-dc Converter

A new concept related to self-stable chaos control is first put forward, and its theoretical basis and realization are presented from the frequency-domain perspective. With a new analogous-circuit realization of this control its applications in the voltage-mode Buck converter is discussed. The harmonic-balance method is applied to determine the control range of the control parameter. The experiment results given in the last part confirm the validity of the proposed control method.