基于Simulink的IGBT模块的结温计算

为探究绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在长时间疲劳损伤累积下造成的失效问题,采用电-热模拟法测量IGBT模块的结温。以三相桥式逆变器为例,应用开关周期方法计算IGBT和续流二极管(FWD)的功率损耗。基于MATLAB/Simulink搭建IGBT模块结温计算模型及热网络模型,对IGBT模块结温进行仿真,采用IPOSIM软件验证搭建模型的准确性。研究表明,IGBT模块平均结温随输出频率增加有所降低,随器件开关频率的增加而增加,模块结温与环境温度变化趋势相一致。该方法不需要直接接触功率器件,而且计算量小,结果准确。     

IGBT模块电气模型及实时仿真研究

IGBT模块中IGBT与二极管各自详细暂态电气特性及相互影响少有研究,因此提出一种适于实时仿真的IGBT模块电气模型。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER、SIMULINK等电路仿真平台建模并基于FPGA模型实时化,可以在纳秒级步长下模拟IGBT模块电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等暂态电气特性。通过与SABER中通用模型仿真结果、实验实测波形对比分析以及搭建的FPGA实时仿真系统,验证了IGBT模块电气模型和参数提取方法的有效性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下了基础。     

一种IGBT热阻测试方法的研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作时会产生大量的热,这不仅会影响到其工作的可靠性,还会对其周围的电路产生影响,降低整个系统的性能.因此对其进行准确的温升和热阻测量具有重要意义.论文阐述了利用直接测量结温法测量IGBT热阻的原理,介绍了热阻测试系统的硬件构成及测试流程,并测试了模块在不同功率下的热阻值,对测量结果进行分析,发现该热阻测试系统具有测量简单、对不同运行条件适应性强、测量结果重复性好等优点,可作为测量IGBT温升及热阻的一种方法.     

基于全阶磁链观测器下电主轴直接转矩控制系统的仿真

目的研究电主轴全速范围内直接转矩控制系统的性能,提高电主轴定子磁链观测精度．方法在定子静止坐标系下电主轴数学模型的基础上,采用定子全阶磁链观测器观测定子磁链,建立电主轴直接转矩控制系统．对电主轴状态值和测量值之间偏差进行反馈校正,并把反馈校正项与估计磁链的电主轴数学模型结合起来,建立含有闭环状态估计的误差补偿器的全阶磁链观测器;利用Matlab／Simulink构建全阶磁链观测器,对构建的模型进行仿真,得到定子磁链的仿真波形．结果全阶磁链观测器下直接转矩控制系统取得了比较优异的特性曲线。对于转速和转矩控制具有较高的控制精度．结论全阶磁链观测器在电主轴直接转矩控制系统中动态性能反映良好,采用极点配置方法确定的全阶磁链观测器模型有效地减少了运行过程中温度、频率和磁路等因素所造成的影响．     

基于PID自校准算法的IGBT温升控制实现

针对功率循环实验中绝缘栅双极型晶体管( insulated gate bipolar transistor, IGBT)温度过冲和滞后问题,设计了一种自校准PID算法控制IGBT温升。通过MATLAB进行PID建模及参数仿真,采用电学法测试原理并结合嵌入式系统测试IGBT结温,使用PID自校准算法控制器件温升进行IGBT热疲劳测试。实验结果表明：该算法的调节方式和温度精度都达到理想的效果,改善了系统的动态性能,为IGBT寿命预测提供了一个良好的实验环境。     

基于开通波形的IGBT开关特性测试平台寄生电感提取方法

IGBT动态测试平台的寄生电感影响IGBT器件的开关参数以及开关损耗,因此,提取动态测试平台回路的寄生电感对于准确获得IGBT器件的开关参数具有重要意义。传统的寄生电感提取方法忽略了回路寄生电阻的影响,给寄生电感的提取带来误差。为了提高寄生电感提取的准确性,提出了采用IGBT开通波形来计算动态特性测试平台寄生电感的方法,通过对开通电流上升过程的分析,建立了包含回路寄生电阻的等效电路模型及电路方程。仿真结果表明该方法的计算误差低于传统计算方法。为验证该方法的正确性,搭建了IGBT动态特性测试平台,实验结果表明,该方法实现了寄生电感参数的提取,为提供准确的IGBT器件开关参数奠定了基础。     

四轮驱动车辆路面附着系数实时估计

针对目前无法直接测得车辆路面附着系数的问题,通过设计扩张状态观测器及利用递推最小二乘法来实时估计该值。建立7自由度车辆模型,给出车轮受力平衡方程,设计二阶非线性扩张状态观测器。根据轮胎驱动转矩及车轮转速估计当前利用附着系数,并对观测器进行仿真。结果表明,观测器能够有效观测利用附着系数。在已观测出的利用附着系数的基础上,推导了利用附着系数与峰值附着系数间的递推公式,利用递推最小二乘法设计峰值附着系数估计器,并在Matlab／Simulink中进行仿真。结果表明,估计器可以较为快速有效地实现峰值附着系数识别,较为准确地实时估计附着系数。     

锂离子电池新型SOC安时积分实时估算方法

为了准确估算锂离子电池荷电状态SOC,结合传统安时积分法、开路电压法及负载电压法,综合考虑充放电效率、温度等因素的补偿措施,提出一种新型SOC安时积分实时估算方法。建立SOC实时估算仿真模型,并搭建锂离子电池充放电试验平台进行SOC实时估算方法验证。仿真与试验对比分析结果表明:SOC误差值的偏差在3%以内,说明新型安时积分实时估算法具有理论上的可行性,估算方法精确度较高,可为电池SOC实时估算和检测提供重要的参考。     

移动充电系统的锂电池SOC的估算及检测设计

为了能够实时在线检测移动充电系统的锂电池SOC,防止移动充电系统过度充放电,结合移动充电系统实际工作情况,提出在移动充电系统充放电两种状态下采用新的一种简单、易实现的分阶段算法分别对锂电池进行SOC估算.文中搭建一种新型改进二阶RC等效电路模型,利用最小二乘法理论进行锂电池参数辨识,考虑温度、充电电流和电池寿命SOH等因素对SOC估算的影响,对算法进行参数修正,并设计一种基于Android平台电池荷电状态检测系统,以容量2 750 mAh的比克三元锂电池为对象,进行HPPC实验,将实验值与仿真数据进行对比验证.结果表明:分阶段修正算法能较好地估算锂电池SOC,同时该检测系统能实时在线对锂电池进行SOC估算,验证了新修正SOC估算算法的可行性和检测系统的正确性,对实际工程应用具有一定的参考价值.     

电力电缆循环加热试验中热力学工态研究

为研究电力电缆热循环载流量试验中电缆的温升特性,以及介质损耗和环境温度对电力电缆温升的影响,完善了空气中电缆集中参数等效热路模型,建立了暂态下对导体损耗、介质损耗和环境温度进行实时修正的热流微分方程.仿真计算给电缆施加恒定电流时电缆导体、金属套的温升,介质损耗对温度的工态影响,电缆热循环载流量试验中电缆各层的暂态温升和自然冷却曲线,并与实际试验所测得的温升曲线进行拟合验证.研究结果表明,高压电力电缆热循环试验中,介质损耗对电缆温升影响较大,试验中需要对导体损耗、介质损耗和环境温度进行实时修正.     

并联IGBT的散热有限元计算分析及试验研究

为了了解并验证在恶劣工作环境下IGBT的结温,对并联运行的IGBT的散热系统进行了适当的模型简化,基于有限元软件ANSYS的模拟计算,求解其散热系统的温度场分布.通过与试验结果进行对比研究,表明计算结果满足工程运用所需的精度要求,可应用于复杂分布功率半导体器件的热分析中.     

基于传热反问题的绝缘栅双极型晶体管模块温度计算方法

在分析绝缘栅双极型晶体管(Insulated grid bipolar transistor,IGBT)模块内部传热机理的基础上,建立了集总参数的温度计算模型。采用边界元法对传热反问题的解空间进行离散。采用共轭梯度法求解传热反问题,得到较准确的等效热阻和等效热容值。该方法通过与制造商提供的IGBT模块结温实验数据和有限元方法计算的结果相比较,计算误差小于5%。     

Design of a robust H∞ full-order observer about the nonlinear singular perturbed random jumping system

The design of the robust H_∞ full-order observer about the nonlinear singular perturbed system is investigated. Based on the Lyapunov stability theory, for the singular perturbed random jumping system in which the observation equation has the Lipschitz nonlinear item, the matrix that deals with the stochastic stability of such a random system is given, and the robust full-order observer in which the estimated error has H_∞ performance is designed and the observer gain is computed. The singular system and the singular perturbed system differ in that this method in our paper considers the effect of small time parameter, which is not neglected, and the small time parameter upper bound that allows theH_∞ error is computed. Finally the result validates the correctness and the availability of this method.     

一类基于观测器的短时延网络控制系统的建模和稳定性分析

针对一类不确定的短时延网络控制系统,利用全阶状态观测器作为对网络诱导时延的补偿,定义了一个新的状态变量,得到了短时延网络控制系统的离散模型．根据Lyapunov稳定性理论和矩阵知识,给出 该闭环系统渐近稳定的充分条件,并基于线性矩阵不等式的可行解给出了状态反馈控制律．仿真结果表明该方法有效可行．     

具有干扰抑制的PI观测器的设计及其应用

首先利用线性矩阵不等式设计了比例积分观测器,并在外界干扰是能量有界的情况下,设计了具有干扰抑制的状态观测器,使得干扰对状态估计的影响具有给定的H∞性能。然后将故障估计结果和干扰抑制作用同时加入到控制律当中,使得所设计的系统在跟踪给定的参考模型的同时,也能得到系统所受的外界故障估计。最后通过仿真实例验证了所设计的观测器和所提出的控制方法的有效性。     

煤炭地下气化热爆炸技术模型实验研究

鉴于我国在倾斜、缓倾斜或近水平煤层中进行地下气化所遇到的实际问题,提出了煤炭地下气化热－温控爆破渗流燃烧技术,简述了热爆炸基本原理,介绍了模型试验台结构、爆破参数设计、测试系统及冷态试验,并对试验结果进行了分析。模型试验结果表明,温控爆破松动作用,提供了气固之间有效燃烧气化所需要的大反应表面,并形成渗流燃烧的气化条件,从而证明了将热爆炸－温控爆破技术应用于煤炭地下气化过程的合理性和可靠性。     

电动汽车永磁同步电机控制器水冷散热器的优化设计

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块是电机控制器中主要的发热源。为使IGBT模块工作在安全温度范围内,基于正交实验设计某电动汽车用45 kW永磁同步电机控制器水冷散热器。首先,在估算IGBT模块热损耗基础上,初步确定散热器结构,并通过热仿真确定影响散热器性能的主要因素;然后,采用正交实验法对冷却液流速、肋片高度、肋片厚度、肋片间距、扰流柱类型及散热器基板厚度等因素进行优化,获得散热器的最佳控制和结构参数。仿真结果表明,设计的散热器能够满足IGBT模块的散热需求。     

pc-LED双热源热模型实验研究

荧光粉转换型白光LED（pc-LED）的热模型是LED散热设计的基础。常用的单热源单通道热模型不能表达pc-LED的实际散热过程,已有的双热源双通道热模型的参数测量需要T3ster和红外热像仪,并忽视了环氧胶在蓝光LED照射下的发热现象。为此,文章提出一种采用PT100芯片直接测pc-LED芯片结温和微型热电偶直接测荧光粉温度的方法,并依据实验结果改进了双热源双通道热模型,计算出各热阻值和热流值,揭示了pc-LED的散热规律。实验还发现纯环氧胶在蓝光LED辐照下有发热的现象。     

时滞离散切换系统基于观测器的输出反馈镇定

针对一类任意切换律下含有时滞的不确定离散切换系统,研究了其基于观测器的输出反馈鲁棒镇定问题.所考虑的系统不确定性是时变的,且满足范数有界条件.假定下一时刻要切换到的子系统可预先获得,给出了该含有时滞的离散切换系统状态观测器形式,通过构造增广系统,设计基于状态观测器的无记忆反馈控制器,以保证相应的增广闭环系统鲁棒渐近稳定.借助于Lyapunov函数方法和线性矩阵不等式技术,给出了不确定切换系统存在状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器的充分条件,并将该充分条件转化为一组线性矩阵不等式的可行性问题,同时给出相应的状态观测器和基于观测器的鲁棒控制器.最后通过一个数值算例验证了本文结果的有效性.