基于特定集电极电流下饱和压降的IGBT模块老化失效状态监测方法

为提高功率变流器的可靠性,提出一种基于特定条件下集射极饱和压降V_(CE(on))的IGBT模块老化失效状态监测方法。特定集电极电流条件指的是不同温度下的多条IC-VCE输出特性曲线的交点对应的集电极电流,监测对应的V_(CE(on)),根据V_(CE(on))的变化可以对IGBT模块的健康状态进行评估。该方法可以忽略芯片结温对评估结果的影响。首先根据IGBT模块饱和压降的等效模型,结合IGBT模块输出特性曲线的特点,分析得出曲线交点处对应的V_(CE(on))不受温度影响,然后阐明IGBT模块老化对V_(CE(on))的影响关系。最后分别采用对IGBT模块进行加速老化实验验证方法和人为逐根剪断键合线模拟老化情况的验证方法,对不同工况下IGBT模块的V_(CE(on))进行测量和分析。实验结果表明,在特定条件下,IGBT模块的V_(CE(on))不受芯片结温的影响,只与模块老化程度有关,可作为IGBT模块老化状态监测的特征参数,实验结果与理论分析一致。     

Boost变换器的非线性行为分析与控制的实验研究

建立了闭环控制峰值电流模式的Boost变换器在CCM模式下的离散数学模型,基于此模型进一步分析了Boost变换器系统的稳定性和混沌特性,通过仿真和具体实验验证了该离散模型的正确性,描述了该变换器分叉和混沌现象的动态演化过程,同时应用无源反馈的控制方法实现了变换器的混沌控制     

解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法

在新能源发电并网中,并网变换器需根据电网运行状态实施相应的控制以保证其安全可靠运行。需要对电网电压的频率和相位实现快速准确的检测,同时还需要为变流器的并网运行提取出正负序分量。本文针对解耦双同步参考坐标系锁相环在谐波情况下频率检测结果和同步效果差的问题,提出了一种解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法。该方法通过正负序dq轴系以及低次谐波的dq轴系分解,实现了多轴系dq分量的解耦,可以在电网电压不对称和含有谐波分量的情况下,快速提取出电网电压的频率和相位信息,同时还可得到正负序分量的dq轴变换结果。实验结果表明提出的方法在电网电压不对称、频率变化和含有多次谐波情况下均具有很好的同步效果。     

近场磁谐振耦合能量传输系统的建模与分析

基于文献[5]的工作实现了一种通过谐振磁耦合机理进行能量传输的电路系统。与文献[5]中的不同是通过引入高频功率电子技术提高系统效率,并对其实现方案和分析方法进行了研究和拓展。结合耦合模理论和集总电路建模的优点,对系统的功率传输能力、传输效率和频率特性三个重要特性进行了分析,并推导出系统的最佳工作条件。仿真计算和实验结果验证了实现方案和建模思路的正确性。     

一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器

该文提出一种带耦合电感的有源钳位高增益Boost变换器。通过引入耦合电感提高电压增益;采用有源钳位电路实现漏感能量的回收、抑制开关管关断电压尖峰,并为开关管实现零电压开通创造条件;通过合理设计漏感大小,有效解决二极管的反向恢复问题。该文所提变换器的主要不足是二极管的寄生电容和漏感会发生谐振,需要采用电阻电容二极管(resistor-capacitor-diode,RCD)吸收电路来抑制电压峰值。该文在分析变换器工作原理的基础上,对其性能进行了详细分析,最后搭建了一台48 V输入、380 V输出、额定功率为250 W的试验样机,实测最高效率为94.5%,实验结果验证了理论分析的正确性。     

电压源逆变器中器件结温与输出频率的关系

针对电力电子变换器中绝缘栅双极晶体管（IGBT）功率器件的结温及其幅值变化直接影响器件热失效进程的问题,通过结合热模型及损耗模型实现了器件结温的在线实时估算,给出了器件结温与功耗及输出频率之间的定量关系,在MATLAB/Simulink中建立了电流峰值控制的单相电压源逆变器模型,仿真结果验证了器件结温变化与输出频率之间的定性关系。结果表明,输出频率越低,器件结温变化越大,依据结温与输出频率之间的数学关系,采用简单的指数拟合关系式代替其复杂的指数表达式,更便于工程实际应用。     

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。     

气温波动对风电变流器中功率器件寿命消耗的影响

风电变流器中功率器件承受的热载荷具有多时间尺度特性,具体可以划分为基频热载荷和低频热载荷,不同时间尺度的热载荷将导致不同的器件寿命消耗,因而需要分别进行评估。气温的随机波动会对热载荷产生影响,因此在进行器件寿命评估时应考虑气温因素。然而现有的寿命评估方法受限于结温计算方法,仅考虑风速的变化而忽略了气温波动对寿命消耗的影响。因此,基于结温数值计算方法,利用Bayer寿命模型,以Lauswersoog和Valkenburg两个风电场2015年的气温和风速数据为基础,评估了计及气温下功率器件的可靠性,分析了气温波动对寿命消耗的影响。结果表明,长期的气温波动会增加器件的寿命消耗,并且气温波动主要影响低频寿命消耗,而对基频寿命消耗基本没影响。     

一种具有频率响应自适应性的电压同步信号提取方法

基于自适应陷波器(adaptive notch filter,ANF)的电压同步信号提取方法能够在变频情况下准确提取基波频率和同步信号。但当电压频率在较大范围内变化时,如航空电源频率在360~800 Hz之间变化,会对ANF频率提取的动态性能产生影响。通过对ANF的动态性能进行理论分析和实验测试,发现其动态响应速度与电源频率呈现反比关系:电源频率越高,频率提取的响应速度越低。将频率检测结果引入到ANF的反馈环节中,提出一种改进的基于ANF的同步信号提取方法。该方法可消除电源频率变化对频率提取响应速度的影响,使变频情况下的频率检测结果具有频率响应自适应性。将改进方案在变频航空电源环境中进行仿真和实验研究,结果表明,所提方法能有效消除电源频率变化对动态响应速度的影响,提高动态性能,验证了理论分析的正确性。     

一种改进的单周控制的开关功率放大器

针对单周控制开关功率放大器存在的输出直流偏置问题,从理论上进行了分析,结果表明输出直流偏置电压的大小与复位脉冲宽度成正比.为了消除输出直流偏置电压,提出了电压补偿的解决方案,给出了补偿电压的计算公式.对补偿前和补偿后的系统进行了仿真和实验研究.仿真和实验结果表明,电压补偿方法能有效消除输出直流偏置问题,改善放大器的THD,验证了理论分析的正确性.