基于物理统计模型的车载IGBT振动疲劳寿命评估研究

在新能源乘用车车载环境中,受路面不平整度和发动机转动的影响,IGBT模块面临着振动疲劳失效的风险。为保证IGBT模块在使用过程中的可靠性,对其振动疲劳寿命进行评估具有重大意义。IGBT模块内部结构复杂,无法直接对其进行纯物理模型上的振动疲劳寿命评估。为此,文章提出了一种IGBT模块振动疲劳寿命的评估方法,其首先通过加速试验获取IGBT模块在高振动量级下失效的寿命数据;再基于威布尔分布的寿命分布统计模型获得模块在实际工况下的可靠性寿命分布,进而获取模块在实际应用中的可靠性寿命数据。试验结果表明,该方法可以有效预估IGBT模块在批量投入使用过程中的失效率,为合理管控应用风险提供保障。     

牵引变流器优化控制仿真研究

在电力机车牵引变流器优化控制的研究中,动车组牵引变流器是动车组完成电能转换和传递的关键部件,性能好坏直接关系到动车组能否安全可靠运行。针对CRH2A型牵引变流器输出电压变化率大、谐波含量高等问题,对多电平技术在牵引变流器中的应用进行了研究。首先分析了二极管箝位型五电平变流器(DCMLC)和模块化五电平变流器(M2LC)的工作原理及控制策略,分别构建了牵引变流器的优化模型;并根据CRH2A型牵引变流器主电路实际设计参数应用Matlab仿真软件对五电平DCMLC和M2LC分别进行了建模和仿真,比较和分析了牵引变流器中不同逆变器电路拓扑结构及其对应的控制策略对系统输入输出性能的影响。仿真结果初步验证了两种优化模型对CRH2A型牵引变流器性能的改善效果。     

牵引变流器内循环系统流场优化设计

牵引变流器功率器件处于密闭空间内,其电容器、母排及电缆等部件的发热量需通过内循环系统进行消散。文章以某车辆牵引变流器为研究对象,通过建立该变流器内循环系统的三维仿真模型,采用标准k-ε湍流模型,对内循环散热系统进行结构布局和风量优化,得到了其内循环散热系统最优结构布局和冷却风机风量,并通过变流器温升试验验证了其内循环散热系统的可用性和可靠性。     

IGD515在地铁变流器驱动电路中的优化设计与应用

在地铁变流器的研制中,为解决高压大功率IGBT使用的驱动问题,本文选用了瑞士CONCEPT公司研制的驱动模块IGD515EI。经试验表明以IGD515EI为核心的驱动电路达到了设计要求,并在地铁变流器中取得了良好的实用效果。     

电容劣化对DC-DC电源寿命影响仿真系统

在DC-DC电源中,滤波网络中铝电解电容的劣化是影响电源寿命的主要因素,因此可以通过监测电容的劣化来评估DC-DC的健康状况。基于前期对电容的主要劣化模式及其对DC-DC影响的研究工作建立了电容劣化对DC-DC寿命影响仿真系统。该系统以LabView为主设计完成,通过劣化注入的方式模拟电容劣化。系统测试结果：电容劣化引起DC-DC输出纹波电压变大,DC-DC寿命缩短,这与理论分析一致。该系统可以仿真电容劣化的过程并可研究电容劣化对DC-DC寿命的影响。     

基于可靠性的无二次谐振回路牵引变流器电容优化设计

为保证电容器稳健可靠运行,文章以“复兴号”动车组牵引变流器为研究对象,对无二次谐振回路（简称“无二次回路”）牵引变流器的支撑电容器的基本设计思路进行了阐述,搭建了相应仿真模型,并基于该仿真模型提出了一种基于可靠性的无二次回路牵引变流器支撑电容器参数优化设计方法。其选取由制造、测量等因素引起的电容器容值偏差、网压存在的随机波动作为不确定性来源,以无二次回路牵引变流器中间电压的纹波系数作为约束函数,实现支撑电容器的参数优化设计,得到了更为稳健的电容器设计值,进一步保证了牵引系统的稳健可靠运行。最后,利用该电容器参数可靠性优化结果进行无二次回路牵引变流器设计及试验验证,结果显示,变流器中间电压波动在±5%以内,体积缩小了28.4%,重量减轻了28%,试验验证了该电容设计方法的有效性以及无二次回路牵引变流器的体积、质量优势。     

一种电动汽车启动过程中IGBT结温控制策略

在电动汽车启动过程中,由于电机控制器输出电流的频率较低,当满转矩输出时,控制器开关器件IGBT的结温波动严重,容易造成IGBT芯片结温过高,对IGBT模块可靠性和寿命带来影响。对此,文章提出一种基于速度反馈的电动汽车启动过程中IGBT结温控制策略。其首先分析了启动过程中转速、电流、开关频率之间的数学关系,在此基础上根据速度反馈构造转矩释放函数,不断释放转矩上限,在尽可能提升整车动力性能的基础上控制结温。Matlab仿真结果和黑模块实测数据验证了所提控制策略的可行性。     

轨道交通能量互馈式交流牵引传动综合测试系统的设计

针对轨道交通牵引传动系统性能测试与特性试验需求,设计一种列车交流牵引传动测试系统。系统由四象限整流器、DSP控制单元、牵引变流器、负载变流器、牵引电机与负载电机组成。牵引变流系统采用全新的“双变流器--交流电机负载反馈”方案,能量通过直流侧在牵引电机与负载电机之间互馈,避免试验过程中能量的大量消耗。系统可实现牵引变流器的牵引/制动工况性能测试,牵引电机性能测试、特性试验与功率测量,具有高智能化与自动化、安全可靠、测试准确度高、能量利用率高的优点。     

原油加热炉炉管剩余寿命评估

根据加热炉炉管温度分布,提出了加热炉炉管剩余寿命评估方法:即炉管蠕变损伤后剩余寿命的评估和腐蚀损伤后剩余寿命的评估,采用此方法对在用加热炉进行了评估,并对评价结果进行了验证.     

热应力试验预测谐振陀螺寿命的研究

为了研究某型陀螺仪在长期存储期间的可用性,需要对其存储寿命进行预测和评估,确定其存储寿命和可靠度.对谐振陀螺仪在高温试验箱中进行672h的热应力试验,记录其性能参数退化数据;利用最小二乘支持向量机(LS-SVM)在处理多元小样本数据方面的优点,在对热应力性能退化试验数据进行SVM训练学习的基础上,拟合回归出高温条件下陀螺仪的寿命模型;将室温储存条件下的参数作为输入,得到陀螺对应此参数的可靠度,此可靠度所对应的时间就是陀螺在正常储存条件下的寿命.根据以上方法预测出在20℃的条件下该陀螺仪的储存平均无故障工作时间等于5.4 ×104h,并与用LS估计的结果进行了对比,证明了用LS-SVM预测陀螺寿命的可行性.     

一种大功率内燃机车牵引变流器设计

本文以某大功率内燃机车牵引变流器为例,对牵引系统主电路拓扑结构进行了分析,并对系统功能及关键部件的选型计算方法进行了介绍,并在Matlab软件中搭建了牵引系统电气模型,对其进行了系统仿真,最后对牵引变流器样机的试验情况进行了说明,从电气仿真和试验两方面验证了内燃机车牵引系统设计方法的合理性和可靠性。     

基于机器学习与预测分析的直流光测量系统远程模块的寿命预测方法

针对高压直流换流站中直流光测量系统的远程模块,基于机器学习方法,采用预测分析理论,建立了其剩余寿命的预测模型。搭建了远程模块特征参数采集系统,以采集远程模块的特征参数,并确定了其工作状态阈值;接着采用离群点检测算法检查远程模块运行情况;最后基于多元线性回归算法采用训练数据样本集搭建远程模块剩余寿命的预测模型,实现对远程模块剩余寿命的预测。进一步,通过测试数据样本集来评价了寿命预测模型的精确程度。结果显示,该模型寿命预测结果的均方误差和均方根误差分别为0.009 072和0.095 2,从而说明该寿命预测模型的预测结果较好,精确度较高。     

CRH1与CRH2动车组牵引变流器性能比较与优化

动车组牵引变流器的性能是评估动车纽安全高效运行的重要指标之一。以CRH1A和CRH2A型动车组牵引变流器为对象,基于Matlab／Simulink仿真软件对两种变流器的性能及其优化进行了研究。根据两种变流器主电路实际设计参数分别建立了各自的仿真模型,比较和分析了相应主电路结构及其对应的控制策略对系统输入输出性能的影响。在此基础上,探究了空间矢量脉宽调制SVPWM控制策略应用在CRH2A型动车组变流器中对改善变流器输入输出特性及动态性能的效果,通过仿真建模初步验证了该结论。仿真结果和数据基本符合预期目标。     

大功率压接式IGBT模块的热学设计与仿真

随着IGBT模块功率等级的提高,芯片的功率密度和工作结温大幅提升,导致器件长期可靠性受热应力的影响越来越大。本文以3 300 V/3 000 A规格压接式IGBT模块为例,对压接式IGBT模块热性能进行研究:分析了模块的传热模型并利用ANSYS对模块结构进行迭代仿真,发现模块双面散热存在不对称性;同时分析了模块结构对热阻的影响,并针对电极铜块面积、电极铜块厚度及钼片厚度等结构参数提出了优化方案,可为器件的结构优化设计提供参考。     

地铁列车牵引能耗测试用控车装置的设计

地铁列车牵引电力消耗总量过大是目前地铁运营公司面临的一大问题.为量化评估地铁列车牵引能耗,促进厂家不断优化牵引系统设计,降低地铁列车牵引能耗,文章在综合分析影响地铁列车牵引能耗因素的基础上,根据地铁列车牵引能耗测试的控车需求,研制了一种用于地铁列车牵引能耗测试的便携式控车装置,其实现了通过模拟司控器级位信号控制不同厂家...     

在役液压支架部件剩余寿命估算

针对现有液压支架寿命估算方法很少考虑液压支架使用过程中技术性能不断下降而导致误差较大的问题,提出了在役液压支架部件剩余寿命估算方法。通过引入表面系数、结构尺寸系数和焊缝影响系数等来修正材料疲劳曲线,获得部件疲劳曲线;再根据累积损伤理论、剩余损伤容量和应力谱,利用部件的疲劳曲线进行寿命估算;采用多级模糊评定方法对在役液压支架顶梁进行状态评估,使用总体状态系数对寿命估算结果进行折合计算,获得在役液压支架部件的剩余寿命。试验结果表明,该方法的估算误差为3.52%,精度较高。     

SBPD算法在行程开关故障预测中的研究

针对行程开关弹簧片的弹力寿命有限的故障,提出了基于状态驻留信息(SBPD)模型的故障预测方法。首先,应用均值与聚类评估指标对行程开关劣化状态进行评估和优化。其次,在对行程开关劣化状态识别的基础上,提出了基于状态驻留信息模型的剩余使用寿命计算方法。最后,在对行程开关进行加速疲劳实验的基础上,应用实验数据将SBPD模型与马尔可夫链蒙特卡罗仿真(MCMC)方法进行验证比较。结果表明,在行程开关弹簧片的弹力寿命有限的故障预测中,SBPD模型优于MCMC仿真方法,可有效预测行程开关剩余使用寿命。     

一种系统寿命分析评估方法

寿命参数是产品的一项重要指标,系统的寿命评估是研制单位和需求单位的一项重要任务,合理的寿命评估方法对系统寿命预测的准确性具有着重要的意义。针对目前存在部分产品存在缺乏系统级的寿命数据或无法开展系统级的寿命试验等问题,提出一种基于核心单元器件的全系统寿命评估的方法,通过确定影响全系统寿命参数的核心单元器件,并对其开展寿命分析和加速寿命试验,获得核心单元器件的寿命预估值,在零部件最短寿命法的基础上评估全系统的寿命参数。该方法具有实用价值,并通过了试验验证。     

城市轨道交通牵引供电系统双向变流器直流侧短路保护方案

采用双向变流器进行城市轨道交通牵引供电时,传统PWM整流器无法满足提供27 kA、持续120 ms的短路电流的直流馈线保护要求.为此,文章提出了一种直流侧短路保护方法,其可在接触网侧短路工况下实现故障点的有效隔离,同时不影响双向变流器供电.文章构建了基于晶闸管旁路的双向变流器拓扑,设计了短路旁路参数和短路电流分布参数,...     

基于预充电过程的牵引变流器支撑电容器参数辨识方法

支撑电容器是牵引变流器的关键部件之一,起着稳定直流侧电压的作用。支撑电容器若长期处于高温、高压的环境,其等效串联电阻会逐渐增大,电容器的性能会逐渐衰退,从而影响变流器的可靠性。根据电容器的健康状态采取不同的维修策略,可以提高牵引系统的安全性和可维护性。为此,文章针对机车牵引变流器提出一种基于预充电过程的支撑电容器参数辨识方法,以实现对支撑电容器的失效预警。其不需要增加传感器,而是利用机车每次启动预充电过程的中间电压以及二次侧电流信号,根据支撑电容器等效电路建立参数的辨识模型;与传统的基于梯度下降的参数辨识算法不同,文章采用遗传算法在参数变化区间内搜索最优值进行等效串联电阻的辨识,以提高参数辨识的可靠性。在不同噪声情况下进行仿真实验并通过模拟机车预充电过程进行物理实验,结果显示,辨识误差均在±3%以内,验证了所提出方法的有效性。