基于PSIM和Simulink的电动汽车控制器热设计

采用PSIM和Matlab/Simulink,计算电动汽车用永磁同步电机控制器逆变电路的功率耗散及额定功率工况下的温度变化。在Matlab/Simulink环境中建立采用电压空间矢量脉宽调制的电机控制模型获得所需的占空比信号,并在PSIM环境下建立电机控制器逆变电路热计算模型,获得功率器件的功耗,优化散热器设计,热计算仿真与电机控制器温度实验进行了比较分析,结果验证了该方法的有效性。     

基于损耗计算的微逆工作模式分析及优化

基于微型逆变器主功率器件功率开关管和磁性元件等的物理模型,分析各功率器件在相关主功率回路中的工作特性及相关损耗特性。在损耗计算基础上建立相应主功率回路功率器件损耗数学模型,同时基于损耗数学模型对系统在频率固定电流变化和电流固定频率变化等工作模式下的损耗进行分析,进而得到效率优化的系统工作模型,降低了系统损耗。最后通过实验对所得结论进行了验证。     

“最大耗散功率法”的应用

介绍了最大耗散功率法在确定增安型接线箱温度组别方面的应用,以及确定最大耗散功率的试验验证方法和最大耗散功率的计算方法。     

基于单相全桥逆变器损耗建模分析及频率优化

基于单相全桥逆变换器主功率器件(功率开关管,功率二极管及磁性元件等)物理模型,分析其各功率器件在相关主功率回路中工作特性及相应损耗特性。在此损耗计算基础上建立相应主功率回路功率器件损耗数学建模,同时基于此损耗数学模型提出了一种损耗最小频率法——优化调制频率法,从而使逆变换器工作在此调制频率下主功率回路相关主功率器件损耗得到有效降低,最后在实验室完成了一台2 kW的实验样机用于验证。     

梯度放大器中MOSFET器件功率损耗分析

为分析梯度放大器样机中MOSFET器件的功率损耗,建立了适用于样机使用的MOSFET的器件行为模型,并通过简化实际电路的方法建立了仿真分析电路。在此基础上完成了不同工作状况下MOSFET器件及负载的功率损耗仿真分析;同时在梯度放大器样机上完成了相应工作状况的实验测量。仿真分析数据和实验结果表明了,二者对应波形吻合,且不同工作状况下功率损耗的计算结果误差在±10%以内,仿真分析可有效的应用于器件功率损耗分析。     

永磁直驱风电变流器的功率器件选型及损耗对比分析

设计风力发电系统变流器时,器件的损耗、冷却和最高工作温度决定了变流器设计的物理极限。当功率器件工作在设定的安全工作区时,导通损耗和开关损耗主导了器件总的损耗。本文对不同形式开关器件的损耗进行了理论分析和仿真计算,从器件本身损耗的角度,论述了在变流器功率器件的设计中选择不同形式功率器件的基本原则,为变流器功率器件的选择和损耗分析提供必要的参考依据。     

三相桥式逆变器关断缓冲电路的研究

本文介绍了三相桥式逆变器中功率器件关断时浪涌电压产生的原因，同时分析了３种关断缓冲电路中功率器件通断时电路的工作过程和特点，最后给出了缓冲电路的功耗计算方法及缓冲电路阻容元件选取原则。     

有源钳位三电平拓扑及功率器件损耗分析

传统中点钳位(NPC)三电平变频器存在功率器件损耗不平衡问题,限制了变频器容量和功率器件开关频率的提升。采用有源钳位式(ANPC)的拓扑可以很好地平衡功率器件的损耗分布。首先介绍了ANPC拓扑的结构以及调制策略,并根据其调制策略对各个工作状态时的功率损耗分布进行分析和计算,最后通过Matlab软件搭建损耗计算模型对ANPC的损耗分布进行分析研究。     

安捷伦率先推出适用于功率电路设计的功率器件分析仪

正仪器表征全部功率器件参数-Ron、漏电流、Ciss、Coss、Crss和栅极电荷2014年5月13日,北京——安捷伦科技公司(NYSE:A)日前宣布推出业界首款适用于电路设计的功率器件分析仪Agilent B1506A。B1506A能够在不同工作条件和-50℃~+250℃温度范围内对功率器件参数进行全面自动表征,覆盖高达1 500A和3kV的电流和电压范围。功率器件广泛应用在电子产品设计中,因此电路设计人员必须要全面、精确地了解功率器件在不同工作条件下的性     

功率MOSFET雪崩击穿问题分析

分析了功率MOSFET雪崩击穿的原因，以及MOSFET故障时能量耗散与器件温升的关系。和传统的双极性晶体管相比，反向偏置时MOSFET雪崩击穿过程不存在“热点”的作用，而电气量变化却十分复杂。寄生器件在MOSFET的雪崩击穿中起着决定性的作用，寄生晶体管的激活导通是其雪崩击穿的主要原因。在MOSFET发生雪崩击穿时，器件内部能量的耗散会使器件温度急剧升高。     

An improved charge-sharing elimination pseudo-domino logic

In low-power digital circuit, the deviation of node voltage from nominal value due to charge-sharing leads to erroneous output. This problem is more prominent in domino logic when the device is scaled down. The scaling of the device involves scaling of threshold voltage, resulting in high leakage, less robustness and degradation in noise margin. The paper proposes an improved domino approach in terms of reduced leakage, low power dissipation and better noise margin. The stacking effect and pseudo buffer are used in precharge phase to control the gate-to-source voltage of pull-down network for less power consumption and increase in performance in terms of speed of operation. A modified keeper is introduced to reduce the charge-sharing problem. The proposed domino approach is tested against area overhead, ageing and process, voltage and temperature variation. The circuit is simulated using Cadence Virtuoso Spectre for 90 nm technology. The results obtained from the simulation represent the usefulness of the proposed circuit in terms of power dissipation, stability due to temperature variation, leakage due to temperature variation and delay. The result also shows that the circuit is less prone to charge redistribution problem that exist in domino circuit.     

基于电热模型的IGBT结温预测与失效分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)工作过程中结温难以测量的问题,提出一种基于IGBT电热模型的结温预测方法,并对由结温过高引起的失效进行实验分析.根据IGBT结构特点建立通态压降模型,考虑到器件内部参数和半导体物理常数与温度的关系,建立IGBT导通功耗与结温关系的电热模型.通过联立IGBT结-壳传热方程和电热模型进行热平衡分析,从而得到稳态时的结温.实验结果表明,通过仿真得到的结温基本与实际测量得到的结温值相吻合,结温过大会导致电极根部焊料熔化和表面连接键丝断裂.所提方法通过监测壳温可实时预测IGBT结温,具有方便快捷的优点.     

双馈抽水蓄能机组用中点箝位式三电平变流器损耗与结温分布

针对双馈抽水蓄能机组(DFPSU)运行工况转换频繁,分析不同运行工况下中点箝位式(NPC)三电平变流器功率器件损耗及结温分布。基于DFPSU运行特点,以机侧变流器单相桥臂功率模块为例,研究了不同运行工况下各个功率器件开关动作和电流通路,理论上分析了器件损耗分布不均现象;基于功率器件导通损耗和开关损耗计算模型,建立其热网络等效电路和结温计算模型,考虑DFPSU控制策略,并基于PLECS平台建立了NPC三电平变流器功率器件电热耦合仿真模型;对机组在发电、电动和调相运行工况下的器件损耗和结温分布进行仿真。理论分析与仿真结果表明,不同运行工况下器件损耗不同,变流器中间位置的主开关和箝位二极管的损耗和平均结温最大,且机组在同步转速点附近器件结温波动最大。     

电压互感器温度场计算研究

电压互感器是电力系统中重要的测量设备,温度是影响其测量精度的一个主要因素。为了分析电压互感器的温度场分布、提高电压互感器的散热能力,采用ANSYS软件与CFX软件进行电压互感器的温度场和流体场耦合仿真计算的方法,以10 kV电磁式电压互感器为研究对象,建立了简化的温度场仿真计算模型。通过仿真计算,在考虑空气对流散热,采用扫描剖分的条件下,获得电压互感器模型的温度分布及热点温度位置。分析了影响热点温度的因素。计算结果表明,低压顶部绕组是电压互感器温度最高的部位,是温度监测的关键;油的热导率与粘度在正常温度范围内对温度场计算影响不大,可以忽略,侧表面的对流换热系数对热点温度的影响较大。采用增加侧表面换热能力的方法,可以增强电压互感器的散热能力。     

基于半桥子模块的直流卸荷装置

海上风电柔性直流(柔直)送出系统所接入的陆上交流电网发生故障后,风电场持续输出的盈余功率会造成直流过电压。解决盈余功率最有效的手段是采用卸荷装置对盈余功率进行泄放。文中针对功率器件直接串联的集中式直流卸荷装置投退功率冲击大、器件同时开断难以及分布式直流卸荷装置成本高的问题,提出基于半桥子模块的集中式直流卸荷装置方案,并研究所提拓扑的参数设计方法与控制策略。该方案可以克服大规模功率器件直接串联的技术困难和风险,还可以通过子模块逐步投切降低电阻电压变化率,从而降低功率泄放对直流系统的冲击以及卸荷电阻的制造难度。与分布式直流卸荷装置相比,文中方案仅采用集中式电阻而省去了子模块中的泄放支路,大幅降低设备成本。在PSCAD平台进行海上风电柔直送出系统故障穿越仿真,结果表明所提集中式直流卸荷装置拓扑及控制方案具有良好的性能。     

基于蝴蝶优化的配电线路双层迭代降损方法研究

为解决10 kV长配电线路损耗大、电压质量差及降损设备年投资回报率低等问题,提出一种结合蝴蝶优化的配电线路双层迭代降损增效方法。首先,考虑线路负荷三相不平衡,应用电力系统仿真软件OpenDSS建立目标配电线路分相潮流仿真模型。其次,增加10 kV线路无功补偿装置容量与位置以及调压器分接头挡位与位置为控制变量,建立以考虑全寿命周期成本(life cycle cost, LCC)的年投资回报率最大为目标的外层规划模型,以年有功损耗及年平均电压偏移量最小的多目标为内层运行模型。然后,利用蝴蝶算法通过Python调用OpenDSS潮流计算模型仿真,得到潮流结果和理论线损并求解降损模型。最后,以某供电公司线路为算例进行验证,结果表明该方法能为线路降损提供实用的实施方案。     

三单相结构的晶闸管电压调节器的研究

为了提高电网电压合格率,解决电网偏差问题,提出了一种基于晶闸管开关控制技术的电压调节装置——晶闸管电压调节器(TVR),介绍了TVR的工作原理、运行模式和整个电路的控制方法并通过Matlab仿真软件建立了仿真模型,进行了TVR补偿方案实验。仿真结果表明,TVR可以有效地调节电网电压保持在额定值范围以内,是解决电能质量问题的有效手段之一。     

一种可提高IGBT可靠性的新型结温管控策略

变换器在运行过程中频繁和大范围地随机出力变化,会导致IGBT模块内部结温剧烈波动,使器件持续承受交变的热应力冲击,严重影响器件的可靠性。提出一种通过调节驱动电压实现功率器件结温平滑跟踪和自适应管控的策略。首先,基于简化的IGBT损耗分析模型,阐述了驱动电压大小对IGBT损耗的影响。然后,根据结温变化趋势的大小自动调节驱动电压,在不影响变流器输出性能的同时最大程度抑制结温波动,改善器件周期热应力,提高器件运行可靠性和寿命。最后,通过一种新型应力测试电路的结温跟踪管控实验平台进行实验测试,证明了该结温跟踪管控策略具有可行性和有效性。     

适用于MMC多端高压直流系统的精确电压裕度控制

当多端高压直流输电系统用于远距离输电时,直流线路的电压降落以及线路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响,使直流电压不能稳定控制于一点,为此提出一种适用于多端柔性直流输电系统的精确电压裕度控制方法。推导了多端柔性直流输电系统的dq坐标数学模型,基于直流系统潮流计算的思想,充分考虑线路压降和损耗对控制参考值的影响,对电压裕度的取值进行计算,并在控制器中实现裕度修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立了基于模块化多电平换流器的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的正确性和有效性,该方法能够有效避免因电压裕度取值不当造成的控制特性偏移,并在系统受到较大功率扰动时可以有效、迅速地转换控制方式,提升系统稳定性。     

抑制风电经柔直并网系统直流过电压的晶闸管型直流耗能拓扑

针对风电通过柔直并网系统中电网电压跌落带来的功率盈余问题,提出了一种基于晶闸管的改进型直流耗能装置拓扑。首先在介绍其工作原理的基础上设计了投切控制策略,然后说明了其关键参数选取原则。通过在耗能装置中增设开通抑制电路,减小了其投入时对直流电压的冲击;利用晶闸管关断时电容的放电缓解了其退出时对直流电压的冲击。最后在PSCAD/EMTDC中对耗能装置的有效性进行了仿真验证,仿真结果表明该直流耗能装置在故障期间投入可以将直流电压稳定在安全值内。且该拓扑具有一定的经济优势。