非理想气体工质对内可逆Otto循环功率、效率性能的影响

基于有限时间热力学理论和内可逆Otto循环模型,进一步考虑非理想气体工质比热模型,对循环的功率和效率性能进行研究。通过数值计算分析比热模型、气体分子自由度d和传热损失B对循环最大功率Po_(t max)、最大效率η_(max)、Po_(t max)对应的最佳压缩比(γopt_(p)和效率ηP、η_(max)对应的最佳压缩比(γopt_(η)和功率Pη的影响。结果显示:循环性能η_(max)、(γopt_(η)和η_(p)随着B的增大而减小;工质比热模型对循环性能不产生定性影响,仅产生定量影响,非理想气体比热模型条件下的循环Po_(t max)、(γopt_(p)、η_(max)、(γopt_(η)、η_(p)和Pη均小于其他两种比热模型;循环性能(Pot)_(max)、(γopt_(p)、η_(max)、(γopt)_(η)、η_(p)和P_(η)随着d的增大而增大。研究结果对内燃机设计具有一定的指导意义。

循环功率谱特征检测算法在认知超宽带无线通信的应用

认知超宽带无线通信技术结合了超宽带无线通信技术和认知无线电技术,信号频谱检测是认知超宽带无线通信系统的核心模块之一。循环平稳特性普遍存在于各种调制信号中,该文研究了一种新的检测算法——循环功率谱特征检测算法,并以OFDM信号为例给出了软件仿真和性能分析。该检测算法能够区分有用信号,噪声信号和干扰信号,是最适合认知超宽带无线通信系统的。

高速铁路牵引供电系统双边供电循环功率降低措施

基于采用双边供电方式的高速铁路牵引供电系统,推导空载和负载工况下循环功率与相邻2个牵引变电所间电压相位差的关系;分析电压移相器的补偿原理和基本结构,研究通过注入1个与牵引变电所馈线电压垂直的正交电压,调节本所馈线电压相位,以减小电压相位差和降低循环功率的可行性。以某相邻牵引变电所实测电压数据为基础,搭建包含电压移相器在内的双边供电系统仿真模型,针对牵引网上空载、单台机车负载2种工况分别进行验证。结果表明:空载时循环功率与电压相位差的正弦值呈正比,负载时随着供电臂距离延长和牵引负荷的增加,循环功率将不存在,但负载不平衡度会随着电压相位差的增大而增大;安装电压移相器后,空载时可有效减小均衡电流,负载单台机车时可防止循环功率在牵引供电系统中流动,减小负载不平衡度,并降低牵引网上的传输损耗。

闭式燃气轮机回热循环功率和效率新公式

用有限时间热力学方法分析实际循环性能 ,计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失和压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失 ,导出变温热源不可逆闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式。给出了详细的数值算例分析各不可逆因素对性能的影响。

差动轮系中的循环功率分析

通过分析典型的差动轮系中齿轮受力与转速的关系,推导出差动轮系中当2个不同构件作主动件时的2种典型工况下,轮系产生循环功率的条件和原因,并采用某液压机械无级变速箱中的双排差动轮系的工作实例进行了分析和验证。研究结果表明,差动轮系中是否产生循环功率取决于2个主动构件的转动方向。该结论可以为采用差动轮系传递动力的系统提供理论参考依据,使系统避免工作在产生循环功率的工况下,提高系统的工作效率。

封闭3K行星传动中不产生循环功率流的结构分析

本文提出了在设计封闭３Ｋ型行星传动时，如何在不产生循环功率流的前提下来确定原始机构及封闭机构类型。

多轴驱动车辆循环功率的计算

实践证明制约多轴驱动车辆的发展的“瓶颈”问题之一是驱动扭矩的合理分配技术 ,本文就在假定所有轮胎具有相同滚动半径 ,同一车轴的左右轮胎受力状态相同的前提下 ,对四轴驱动汽车在最高车速工况下的循环功率作了理论的计算。

组合式无级变速器的循环功率流分析

介绍了组合式无级变速器的６种组合形式，分析了循环功率流产生的原因，给出了不产生循环功率流的４种组合机构．

变温热源Lenoir循环功率和效率优化

应用有限时间热力学理论,建立了内可逆变温热源定常流Lenoir热机模型,导出了其功率P和热效率η。通过数值计算,得到了P和η与换热器的热导率分配u_(L)和工质与热源间的热容率匹配C_(wf1)/C_(H)之间的关系。结果表明:当高温侧换热器热导率U_(H)、低温侧换热器热导率u_(L)给定时,P-η为一个“点”;当u_(L)可优化时,P-u_(L)和η-u_(L)呈类抛物线型变化,即存在热导率分配最优值u L P(opt)、u L_(η(opt)),使循环达到最大功率点P_(max)和最大效率点ηmax;随着C_(wf1)/C_(H)的增大,P_(max)-C_(wf1)/C_(H)呈类抛物线型变化,即存在热容率匹配最优值C_(wf1)/C_(H)_(opt),使循环达到二次功率最大值(P_(max))_(max)。

溜放型卷扬机在采用封闭行星齿轮传动机构时的循环功率分析

本文简介了封闭行星齿轮传动中循环功率的概念,推导出循环功率是否存在的判别式,简明直观,给出实例说明其应用,可供设计时参考。

功率循环试验中结温条件对IGBT器件失效模式的影响

为了探究功率循环试验中结温条件对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件失效模式的影响及其失效机理,以理论分析为出发点,通过大量功率循环试验进行对比验证,基于瞬态热阻抗曲线建立了准确的三维有限元模型,并仿真分析了相关失效机理。仿真及试验结果表明,键合线失效只受结温波动的影响;焊料老化受结温波动和最大结温的影响。增加结温波动会增加键合线、焊料所受应力,而提高最大结温会影响焊料的材料特性,加速其蠕变过程。研究成果解决了解析寿命模型难以表征失效机理的问题,并为失效模式的分离提供新的研究思路。

散热底板对IGBT模块功率循环老化寿命的影响

功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温,集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同,可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块进行了相同热力测试条件(结温差100 K,最高结温150℃)下的功率循环试验,结果表明,散热更强的Pin-Fin模块功率循环寿命低于平板模块。失效分析显示,两者失效模式均为键合线脱附,但Pin-Fin模块的键合失效点集中在芯片中心区域,而平板模块的键合失效点则较为分散。基于电-热-力耦合分析方法,建立功率循环试验的有限元仿真模型,结果表明,Pin-Fin模块的芯片温变梯度更大,芯片中心区域键合点温度更高,使芯片中心区域的键合点塑性变形更大,导致其寿命较平板模块更短,与试验结果吻合。

基于有限元的弹性压接型IGBT器件功率循环寿命预测

现有的预测方法主要使用极端梯度提升树模型进行多层次预测训练,易受预测目标函数影响,导致预测性能不佳,因此,文章提出基于有限元的弹性压接型IGBT器件功率循环寿命预测方法。该方法构建了IGBT器件功率循环寿命预测有限元模型,计算了弹性压接型IGBT器件功率循环寿命预测参数,从而实现了功率循环寿命预测。实验结果表明,设计的弹性压接型IGBT器件功率循环寿命预测方法的预测均方根误差RMSE、平均绝对百分误差MAPE、平均绝对误差MAE均较低,预测训练时间较短,证明设计的IGBT器件功率循环寿命预测方法的预测效果较好,具有可靠性,有一定的应用价值。

高性能功率器件封装及其功率循环可靠性研究进展

半导体技术的进步使得功率器件面临更高的电压、功率密度和结温,这对功率器件的封装的可靠性提出了更高的要求.如何提高和检测功率器件的可靠性已经成为功率器件发展的重要任务.提升器件封装可靠性主要围绕优化封装结构、改进芯片贴装技术和引线键合技术3个方向研究.功率循环作为最贴近功率器件实际工况的可靠性测试方法,其测试技术、参数监测方法和失效机理得到广泛的研究.对功率器件封装结构、封装技术以及功率循环机理的相关研究进行了综述,总结了近年国内外的提升封装可靠性的方法,并介绍功率循环测试的原理和钎料层、键合线的失效机理,最后对于功率器件封装的未来发展趋势进行了展望.

功率循环载荷下BGA焊点应力与应变分析

建立了球栅阵列封装(ball grid array,BGA)焊点有限元分析模型,基于ANAND本构方程,分析了BGA焊点在功率循环载荷下应力与应变的分布情况,并搭建试验平台,完成了功率循环载荷下BGA封装器件应力与应变的测量试验,验证了仿真分析的可行性.选取焊点高度、焊点直径、焊盘直径和FR4基板厚度完成了正交试验分析,通过非线性回归分析得到高拟合度的BGA焊点功率循环应力量化评价模型.结果表明,BGA焊点结构参数对焊点应力影响大小排序为焊盘直径、FR4基板厚度、焊点直径和焊点高度,焊盘直径对BGA焊点应力影响显著,焊点直径、焊点高度和FR4基板厚度对BGA焊点应力影响不显著;最优参数水平组合为焊点高度0.39 mm、焊点直径0.42 mm、焊盘直径0.34 mm和FR4基板厚度0.8 mm,最优水平组合下BGA焊点应力与应变明显降低.创新点:(1)基于ANAND本构方程,模拟分析了BGA焊点在功率循环载荷下应力与应变分布.(2)分析了结构参数对焊点应力的影响显著性,并通过优化模型结构参数获得最佳结构参数组合.(3)通过非线性回归分析获得BGA焊点功率循环应力与结构参数之间的量化评价模型.

功率器件功率循环测试技术的挑战与分析

功率循环测试被称为考核功率器件封装可靠性最重要的实验,尤其是碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbon metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,SiC MOSFET)功率器件的快速发展,是近几年的研究热点。与其他可靠性测试不同的是,功率循环测试原理虽然简单,但测试技术、测试方法和数据处理却涉及到半导体物理、电磁学、传热学、结构力学和信号分析等多学科交叉,处理不当将得到错误的结论。文中基于功率循环测试基本原理,从测试技术、测试方法和数据处理3个大方面对其存在的挑战进行深入分析,并提出相应的解决方案。测试技术主要包括电气测量噪声、结温测量延时和数据采集点,电气测量噪声和测量延时影响功率循环测试中结温的准确性,数据采集点则是影响器件的失效模式判定和寿命。测试方法主要包括结温测试方法、电流激励方法和宽禁带器件SiC MOSFET的相关测试方法,其中电流激励方法会影响器件的失效机理和寿命,需要特别关注。数据处理部分则是从可靠性数理统计角度出发,探究测试样本数量和对测试结果的修正,以得到准确的测试结果。该文可以为功率循环测试技术和设备的发展奠定一定理论和方法基础,为功率循环测试和数据分析提供一些借鉴。

SiC功率模块引线键合参数优化与可靠性分析

在汽车电力电子器件开发技术中,功率模块正朝着小型化和高功率密度方向发展,而汽车动力装置的高频通断操作会增加键合线的疲劳失效风险。为了提高键合强度及可靠性,首先从键合原理角度出发,揭示键合参数在不同阶段的作用机理,利用单因素实验得到各参数的优化区间;然后通过数值计算与老化实验相结合的方法系统性研究了键合线材料对键合可靠性的影响。结果显示,Cu键合线的最高温度、最大等效应力均高于Al键合线,但受材料属性影响,Cu键合线的最大塑性应变仅为Al键合线的1/2,根据功率循环实验,其寿命约为Al键合线的4倍,并且Cu线键合质量分散性大,单根键合线脱落引起监测信号阶段性跃升的现象可以成为日常工作中的失效预警信号。

卡-32共轴式旋翼直升机传动系统的循环功率流分析

研究了单输入双输出的定轴轮系与差动轮系组合的俄卡-32直升机传动系统典型构型,对共轴式反转双旋翼直升机的研制具有重要的意义。为避免传动系统差动轮系出现功率流循环而降低传动效率,对该传动构型的功率流进行了研究,得到了功率流循环的影响因素和传动功率分配比,为直升机传动系统自主设计提供了支撑依据。

芯片表面温度梯度对功率循环寿命的影响

键合线失效是器件的典型失效方式之一,芯片表面的温度分布存在温度梯度,因此每个键脚承受的热应力也存在差异,芯片的寿命是否取决于承受最高应力的键脚一直是研究的难点。文中将脱离有限元仿真分析应力寿命关系的研究方法,重点考虑芯片表面的温度梯度对芯片寿命的影响,通过提取温度梯度特征,设计等效实验深入研究不同温度梯度在不同失效模式下对寿命的影响。以电动汽车用全桥器件为研究对象,通过功率循环实验探究该器件的失效形式,结合有限元分析,提取芯片表面的温度梯度特征。进一步地通过研究分立器件键脚温度分布特点,验证不同失效形式以及不同温度梯度下的寿命差异。最后,发现只有器件发生焊料老化时,温度梯度会降低器件的寿命,且随着温度梯度的增加,寿命越短。

焊料空洞对IGBT模块功率循环寿命的影响

焊料空洞作为焊接层缺陷,对IGBT模块功率循环寿命影响尚且未知,研究焊料寿命影响因素对于提高IGBT模块可靠性具有重要意义。考虑到IGBT模块制造过程中出现的工艺空洞具有随机大小和随机未知的特征,文章针对不同空洞率的双面散热IGBT模块开展同一试验条件下的功率循环试验。试验结果发现,空洞率越高,待测器件的功率循环寿命越短。为了揭示其影响原理,文章建立了具有不同空洞率的IGBT模块三维有限元模型,并且构建的空洞具有与实际工艺造成的空洞相符合的随机大小和随机位置的特征。通过有限元仿真发现,空洞率越高,焊料层和芯片的最高温度越高,引起的黏塑性应变越大,因此其功率循环寿命越短。基于功率循环试验和疲劳仿真结果,IGBT模块焊接层空洞率极限推荐值为3%,该研究成果可为IGBT模块焊料空洞筛选步骤提供参考。