肖特基结多数载流子积累新型绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是现代功率半导体器件的核心,因其良好的电学特性得到了广泛的应用.本文提出了一种具有肖特基结接触的栅半导体层新型多数载流子积累模式IGBT,并对其进行特性研究和仿真分析.当新型IGBT处于导通状态,栅极施加正向偏压,由于肖特基势垒二极管极低的正向导通压降,使得栅半导体层的电压几乎等于栅极电压,从而能够在漂移区中积累大量的多数载流子电子.除了现有的电子外,这些积累的电子增大了漂移区的电导率,从而显著降低了正向导通压降.因此,打破了传统IGBT正向导通压降受漂移区掺杂浓度的限制.轻掺杂的漂移区可以使新型IGBT具有较高的击穿电压,同时减小了关断过程中器件内部耗尽层电容,因此整体米勒电容减小,提升了关断速度,减小了关断时间和关断损耗.分析结果表明,600 V级别的击穿电压时,新型IGBT的正向导通压降,关断损耗和关断时间相比常规IGBT分别降低了46.2%,52.5%,30%,打破了IGBT中正向导通压降和关断损耗之间的矛盾.此外,新型IGBT具有更高的抗闩锁能力和更大的正偏安全工作区.新型结构的提出满足了未来IGBT器件性能的发展要求,对于功率半导体器件领域具有重大指导意义.

具有可控空穴抽取路径的低损耗4H-SiC双沟槽超结IGBT

基于TCAD设计并仿真了一种具有可控空穴抽取(CHE)路径的双沟槽超结IGBT(CHE-SJ-TIGBT)结构。该器件采用肖特基和非对称超结结构,以增强器件的导通性能和阻断能力。CHE路径由金属栅极(MES)控制。CHE-SJ-TIGBT导通时,高偏置的MES栅极电压会夹断CHE路径,使P-屏蔽层(P-shield)处于浮空状态,以维持较高电导调制并获得较低的导通压降(V_(on))。CHE-SJ-TIGBT关断过程中,CHE路径开启,提供额外的空穴抽取路径,有利于降低关断损耗(Eoff)。仿真结果表明,与浮空的P-shield IGBT(FS-TIGBT)和接地的P-shield IGBT(GSTIGBT)相比,CHE-SJ-TIGBT的V_(on)分别降低了58.02%和68.64%,同时短路耐受时间分别提升了55.8%和32.8%。此外,阻断电压提升了约18.6%。CHE-SJ-TIGBT的关断损耗虽略高于GS-TIGBT,但比FS-TIGBT低了70%,在V_(on)与Eoff之间存在更好的折中关系。

水滴形热管阵列预冷器综合换热特性数值研究

提出了一种应用于高超声速飞行器进气预冷的水滴形热管阵列预冷器构想,以实现进气预冷的高效换热和低流动损失。基于将热管处理为恒定温度导热体的简化模型假设,采用数值模拟方法研究了水滴形热管预冷器的流动换热特性以及水滴热管形状、纵向间距和来流马赫数的影响,并与具有相同截面积的圆形热管预冷器进行了对比分析。结果表明,水滴外形减少了外掠高温来流在热管尾缘脱落涡的产生,流动变得平滑。与圆形热管预冷器相比,水滴形热管预冷器极大地减小了高温来流流动损失,仅为圆形热管阵列的30%。虽然温降有所降低,但综合性能因子大于圆形热管预冷器。在本文的研究参数范围内,存在相对较优的水滴形状和热管纵向间距,可以获得更高的综合换热特性;随着来流马赫数增大,预冷器的综合换热特性有所提升。

基于台区日线损率曲线特征的线损分析治理

针对台区日线损率异常原因较多导致查找治理困难的问题,采用压降法计算台区日线损率理论值,根据日线损率与该理论值对比情况判定异常原因。当日线损率过大且存在波动时,判定类窃电因素引起;当日线损率过大且较为稳定时,判定关口计量误差或故障引起;当日线损率存在波动且其平均值与理论值接近时,判定计量设备时钟异常引起;当日线损率为负时,判定台区供电量少计引起。通过理论分析、台区线损测试仪应用等方法,证明以上结论的正确性。

220 kV母线PT二次回路改造分析

对PT二次回路压降超标的问题进行了分析,找出了压降超标的基本原因,并提出了降低压降的措施。220 kV母线PT二次回路改造前后的压降数据表明,改造可以明显地改善压降。理论分析计算表明,此项改造措施可为电力企业挽回可观的经济损失。

马铃薯装卸袋过程的碰撞冲击损伤分析与试验

针对马铃薯在装卸袋作业过程中伤薯率和破皮率较高的问题,该研究搭建了马铃薯装卸袋装置试验台,结合装置的主要结构及工作原理,通过理论分析明确了影响马铃薯破皮损伤的关键因素。通过RecurDyn-EDEM耦合模拟仿真,对比分析了有缓冲辊和无缓冲辊时薯块的碰撞特征,缓冲辊的缓冲减损作用明显,相较于无缓冲辊作业,薯块最大碰撞接触力峰值降低了263.566 N。开展三因素三水平正交试验,以输送速度、缓冲辊直径和喂入量为试验因素,以伤薯率和破皮率为评价指标,通过响应面分析各因素交互作用对评价指标的影响并对关键参数进行优化,采用电子马铃薯测试系统进行了验证试验。结果表明:输送速度为0.96 m/s,缓冲辊直径为83 mm,喂入量为26 t/h时,伤薯率和破皮率分别为0.82%和1.14%,碰撞加速度峰值小于马铃薯临界损伤的碰撞加速度阈值,马铃薯碰撞剧烈程度呈波浪式下降,入袋后薯块的最后一次的碰撞加速度均远小于入袋前初始碰撞加速度。田间试验表明:收获速度为0.6、0.8和1.0 m/s时,伤薯率分别为0.97%、1.32%和1.58%,破皮率分别为1.34%、1.53%和1.87%,均满足相关标准。研究结果可为马铃薯减损集薯装置的研发与优化提供支撑。

井筒漏失对桥射联作施工的影响及对策

煤层气桥射联作施工中井筒漏失是影响工程质量、安全的重大风险点,基于从射孔基础理论研究与应用实践形成的认识,以及山西煤层气大量施工经验的总结,针对井筒漏失问题,结合工程事故复杂案例,进行模拟计算。结果表明:①井筒漏失速度过快导致桥塞座封时端面产生强烈的水击效应,可能导致电缆头弱点断脱,工具串落井;②井筒严重漏失产生的空井筒现象,极易导致投球失败及次生工程复杂。结论认为:①煤层气桥射联作施工中井筒漏失过程中套管内流体流速及井筒内液面高度的变化对泵送排量、桥塞坐封及井口投放可溶球等关键环节的施工安全均可能造成严重影响;②从漏失位置和漏失程度切入进行模拟计算,确定不同井况下的安全施工边界条件,有针对性地制订应对井筒漏失的对策,可以有效保证井筒漏失井桥射联作的施工安全。

考虑电动汽车充电负荷空间分布的系统特性分析

电动汽车充电的便捷、安全是电动汽车产业化的必要保障。电动汽车充电负荷具有一定的随机性和集聚性,充电负荷接入电网的位置和容量不同,势必给电网带来不同的影响。如何适应电动汽车充电负荷的接入成为电网建设规划中面临的重点问题之一。基于现有的电动汽车充电方式的讨论,考虑电动汽车充电负荷随机分布和局部集中分布两种方式,通过仿真计算,详细研究了接入电网的电压和损耗特性,并对关键因素进行了分析。结果显示,接入电网的电压和损耗特性与充电负荷的分布密切相关。最后提出电动汽车充电站点设计和选址依据。

基于电压电流特性曲线的MMC子模块IGBT通态损耗在线计算方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)中绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)多运行于高压条件,需采用大量程传感器对集射极电压进行测量,但会产生较大测量误差,制约了通态损耗的准确计算。因此,针对MMC子模块中IGBT提出了一种基于电压电流特性曲线的通态损耗在线计算方法。首先,基于IGBT及二极管特性曲线参数实现了通态压降、集电极电流及结温之间关系模型的二维及三维拟合。其次,对单位电流周期内器件投切模式进行分析,实现通态损耗表达。此外,基于电热比拟相关理论,构建IGBT等效热网络模型。然后,综合考虑器件电流、导通信号及壳温等信息对结温进行反馈修正,进一步形成了IGBT通态损耗在线计算方法。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

中压配电电压等级选择研究

对变压器容量和线路供电能力与电压等级的关系进行了分析研究。根据分析结果,选取了不同电压等级下的电网设备,制定了其参考价格,并在此基础上得出了10kV、20kV、35kV配电的技术指标和经济性。根据分析结果,当负荷密度在10~40MW/km2时,推荐采用20kV作为中压配电电压。

等效焓降法理论剖析与扩展

根据汽轮机组回热系统的热平衡计算,分析了等效焓降法理论,说明了等效焓降法是以蒸汽初、终参数和蒸汽流量不变,回热系统特征量为常数,且满足小扰动理论为前提条件的回热系统的局部足量求解方法.论述了该方法的使用条件、使用范围和使用价值.将等效焓降法和热偏差法有机结合,推导出扩展的能损分析理论,通过在火电厂实际应用证明,该方法是有效的.

考虑入流角的水平井筒混合损失模型

对水平井的孔眼入流处的微元段进行了流动分析,根据气、液两相的连续性方程、动量方程和能量方程,在相间不存在传质和等温稳态流动等条件下,得到了气、液两相的混合损失计算模型。根据得到的模型,计算了不同入流角条件下水平井筒混合损失的值,结果表明:入流角对混合损失的影响较大,在不影响产量等条件下,应尽量采用小于90°的入流角,有利于减小井筒的压降。本模型对改变传统的射孔方式、鱼刺型分支井和压裂水平井的研究具有一定的指导意义。

CO_2/N_2高压密相输送弯管压降特性实验研究

在高压密相气力输送实验装置上,研究了兖州烟煤在CO2和N2作为输送介质时,输送管路中水平弯管和垂直弯管压降的特性,以及云南褐煤煤粉含水率对水平弯管和垂直弯管压降的影响.结果表明:在系统压差相同,输送介质为CO2和N2时,水平弯管压降随表观气速U的下降而逐渐减小,CO2时煤粉体积分数比N2时小;垂直弯管压降随U的下降而减小,当U下降至5.3m/s时,N2下垂直弯管压降达到最小值,CO2下没有出现压降最低拐点,CO2时垂直弯管的压降比N2时略高.由实验还发现,煤粉中水的质量分数增加会导致煤粉颗粒间相互粘黏、团聚,致使N2和CO2下水平弯管压降增大,垂直弯管压降小幅降低.通过模化理论和实验分析获得了不同输送介质下水平、垂直弯管的固相附加压损系数的拟合公式,由该式得到的弯管压降与实验吻合良好,误差在±5%以内.

轴流导叶式气液旋流分离器的试验研究

轴流导叶式气液旋流分离器与其他离心式气液分离器比较,其特点是阻力损失小。经试验证明,在低含液浓度下该分离器对气液两相具有较高的分离效果,且采用合理的溢流管和筒体结构形式可以减少短路流和二次流夹带,提高其分离效率。

辣椒穴盘苗的掉落特性试验研究

为了给辣椒穴盘苗自动移栽的设计提供基础研究数据,对辣椒穴盘苗掉落过程中产生的基质损失进行了测定,并观察辣椒穴盘苗从不同高度掉落后的冲击变化。掉落损失试验表明:随着穴盘苗掉落高度的增加,穴盘苗基质损失更加明显,且第2次掉落时的基质损失率会略高于第1次。掉落冲击试验显示:当穴盘苗掉落高度超过400mm时,穴盘苗的基质将发生明显的挤压变形,且茎秆受到冲击后也会发生弯曲变化;当掉落高度为2 0 0、3 0 0 mm时,基质形状变化不明显,茎秆也无明显弯曲现象。

流场与声场耦合仿真分析方法及其应用研究

针对产品仿真分析中,只考虑单一物理场对于产品设计的影响,往往导致产品的一种性能的提升,而其他的相应性能降低。为解决这个问题,提出一种基于计算流体力学软件(STAR-CD)和声振软件(Sysnoise)的流场与声场耦合仿真分析新方法,综合分析流场和声场对于产品设计的影响。将消音器的局部设计作为应用研究对象,分析产品的噪声指标和整机功效的变化,在噪声的传递损失没有显著变化的前提下,降低消音器内部流场的压降损失,优化整机的功耗比。数值试验表明该方法对于产品的优化设计是有效的。

不同级配类型水泥稳定碎石路面基层材料的抗裂性能

通过实验室试验,确定了悬浮密实和骨架密实两种集料级配类型各5个水泥用量共10种水泥稳定碎石路面基层材料的各项材料参数,进而分析了材料在温度、湿度作用下的抗裂性能.分析结果显示,悬浮密实型和骨架密实型水泥稳定碎石路面基层材料不开裂的极限降温幅度和极限失水率都是随着水泥用量的增加而减小;相同水泥用量时,骨架密实型材料较悬浮密实型材料的极限降温幅度高19.9％～24.3％和极限失水率高3.6％～6.8％;骨架密实型材料的最佳水泥用量较悬浮密实型材料的最佳水泥用量低约2％,而最佳水泥用量时极限降温幅度高279％～294％和极限失水率高109％～119％.

电流密度对CNTs-Ag-G复合材料接触电压降和磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备碳纳米管-银-石墨复合材料,研究了电流密度对碳纳米管-银-石墨复合材料的接触电压降及其磨损性能的影响.结果表明:在电磨损初期接触电压降较小,随着时间延长,接触电压降上升并趋于稳定;随着电流密度增加,发热量增大,粘着磨损加剧,接触表面的接触方式发生改变,导致收缩电阻和过渡电阻减小,接触电压降略有上升;磨损量随着电流密度增加急剧增大,但与传统电刷相比已有明显改善.

不同形状扰流柱矩形通道内流动特性研究

对内置有相同截面面积的圆形、椭圆形和水滴形等不同形状扰流柱叉排阵列的矩形通道流动过程进行了试验和三维数值模拟，获得了通道内流场的基本特征，分析了扰流柱形状和扰流柱间距对通道压力损失性能的影响。研究结果表明：在相同的扰流柱间距下，装有水滴形扰流柱阵列的矩形通道压力损失约为圆形扰流柱的50％～60％；随着扰流柱阵列间距的减小，通道压力损失增加，改变横向间距引起的扰流柱阵列通道压力损失的改变要比改变流向间距更为显著。

一种规划态配网理论线损估算方法

针对高压、中压和低压配电网规划各自的特点,提出了相应的理论线损率估算方法。特别是对于结构复杂的中、低压配电网,引入了损失系数法和允许损失率修正因子法,最大限度地克服了规划态系统数据匮乏、负荷分布信息模糊等制约因素,为配电网规划工作提供了一种估算配网理论线损率的方法。算例表明了该方法的高效性和工程实用性。