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。     

电动汽车动力控制器集成化壳体的热仿真分析

采用集成化设计方案,将电动汽车动力控制系统的IGBT模块、DC/DC模块、电机控制模块、整车控制器及关键电气零件全部集成在同一壳体内.IGBT模块和DC/DC模块作为动力控制系统的发热件,采用CFD有限元热仿真分析软件,对IGBT模块、DC/DC模块功率器件分别进行稳态与瞬态分析,验证了集成化壳体内部的冷却散热效果,有利于散热设计方案的确定.     

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。     

大功率三相光伏并网逆变器散热系统设计

针对大功率三相光伏并网逆变器散热设计难题,研究了一种准确且实用的IGBT模块损耗计算方法,并给出了散热器热阻的实用计算公式.在此基础上设计了一套采用强迫风冷的散热系统,实验证明模块外壳温度的计算结果与实际结果相差只有5℃,说明了该设计方法的合理及实用性.     

PWR栅元流固共轭传热CFD计算方案研究

为准确预测压水堆堆芯的热工水力状态,提高反应堆运行的经济性与安全性,针对典型堆芯内数万燃料栅元中的燃料释热过程与冷却剂流动传热过程的强相互作用关系,以及工程化仿真预测的效率需求开展研究。依据几何、质能守恒、传热问题的等效原理,针对燃料栅元中的流固区域,设计气隙等效的流固共轭传热计算方案,开发芯块、气隙、包壳、等效域的变物性计算程序,实现了稳态与瞬态流固共轭传热的精细化计算。通过对比不同方案表明:纯流体域计算会导致栅元的周向传热计算失真;气隙等效的流固共轭传热计算与无简化流固共轭传热计算相比,精度的最大误差为0.1%,存储资源的最小优化量为24.7%,效率的最小优化量为14.3%。     

中压IGBT模块用热电制冷集成微型平板热管散热器的研究

为满足绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块散热器散热性能的要求,设计了一套用于中压IGBT模块散热的主动式散热器,以热电制冷器为核心,和微型平板热管热并联连接集成分离热通道散热器。基于一维稳态传热理论建立了分离热通道散热器的热阻网络模型,分析了该散热器在性能、经济方面比传统热电制冷散热器的优势。仿真结果表明,相比传统的径向热通道散热器,分离热通道散热器提高了热电制冷器的制冷系数,拥有更大的散热极限。与常规的水冷散热器对比结果表明,分离热通道散热器适用于高温环境的小功率场合。该研究成果为改进IGBT模块主动散热器性能提供了一定参考。     

SVPWM整流器IGBT模块的故障诊断技术研究

建立了双闭环SVPWM整流器故障模型,通过增大IGBT模块内阻来模拟其性能劣化过程,并提出了一种基于Hilbert变换的IGBT模块故障诊断方法。该方法分别以相电流及其Hilbert变换后获得的共轭电流作横坐标和纵坐标,绘制Hilbert矢量图,通过图形变化规律来达到快速、有效诊断故障的目的。理论分析和仿真结果表明该方法可以有效诊断IGBT模块开路故障,比Park矢量方法简便直观。     

寒冷期多层围护结构瞬态温度响应的新等效理论解

根据冬季寒冷期围护结构传热的实际状况的分析,提出了围护结构温度响应的计算模型,然后利用热等效方法将之化简。运用系统分析和运算微积方法,导出了典型气温作用下围护结构温度响应的等效理论解。其计算结果与实验室实验结果及数值算法的结果吻合较好。     

模块化多电平换流器子模块等效数学模型的建立及仿真

模块化多电平换流器(MMC)中包含的半导体开关器件数量是2电平、3电平电压源换流器(VSC)的2次幂倍,随着系统电平数的增加,大量功率器件的引入给模型的电磁暂态仿真带来了困难。本研究把IGBT等效为2个不同状态的等效电阻,将MMC子模块的模型简化,根据戴维宁定理建立了MMC子模块的数学模型和MMC桥臂数学模型。最后,在MATLAB/Simulink下搭建基于MMC子模块数学模型的21电平仿真电路和基于MMC桥臂数学模型的61电平VSC-HVDC输电系统仿真电路,并与采用器件模型的仿真结果进行对比。仿真验证了该数学模型的准确性和可靠性。     

基于电容分段反馈的绝缘栅双极型晶体管门极驱动

将绝缘栅双极型晶体管(IGBT)关断过程分解为多个阶段,对IGBT关断过程中电压上升和电流下降采取分阶段电容耦合反馈从而独立控制dv/dt和di/dt,实现电磁辐射和关断电压反峰的双重约束。基于Pspiece模型仿真出不同反馈电容及门极电阻下的开关损耗和关断电压反峰,绘制出了相互之间的关系曲线,同时提出了一套优化系统参数的计算方法。选取英飞凌FS400R07A1E3_H5型IGBT模块,设计出了具备电容反馈的驱动电路,实验结果表明:在通过IGBT电流为400A的情况下,采取电容反馈的驱动电路将反峰电压降低80V左右,模块温升有所降低,验证了本文方法的正确性。     

钢淬火时非线性热问题的研究

基于过热沸腾换热理论,根据钢淬火时表面换热的实际情况,利用能量平面定理建立钢淬火时的换热边界条件;利用显式有限差分法求解钢淬火时非线性热传导方程的逆问题,求解温度场,给出一种确定表面换热系数的方法,从而可以确定钢淬火时表面换热系数与温度的关系,在数值计算中,材料的物性系数视为相变产物体积分数的函数,实验结果表明,钢淬火时的温度场,导热与换热是非线性的,且实验所测的温度场与理论计算的温度场大体吻合。     

水管冷却等效热传导方程中混凝土初温的研究

针对进行水管冷却的混凝土浇筑仓温度场仿真计算时,水管冷却等效热传导方程中的混凝土初温的计算存在不同的算法,采用水管冷却精细有限元法和水管冷却等效热传导法,对含冷却水管的混凝土棱柱体进行温度场对比分析,研究了水管冷却等效热传导法中混凝土初始温度的计算方法.分析认为水管冷却等效热传导方程中的混凝土初温应是含冷却水管的混凝土棱柱体在通水开始时刻的混凝土平均温度,该平均温度可由混凝土棱柱体单元高斯点温度与高斯点所占体积的乘积除于混凝土棱柱体单元体积获得.     

气体绝缘开关设备母线传热模型的建模与分析

利用有限元方法耦合计算涡流场、流体场及温度场,实现气体绝缘开关设备母线温度预测.根据传热学及流体动力学理论建立母线各组分辐射换热方程及对流换热微分控制方程,给出了模型边界条件,计算出母线的温度场分布.根据计算结果,确定了母线外壳及导体表面的分布对流换热系数,分析了母线对流与辐射换热百分比.与工程算法的对比表明,该方法能够准确预测气体绝缘母线导体及外壳温度,对于正确了解气体绝缘开关设备母线的温度分布状况具有一定意义.     

脱硫泵机械密封稳态温度场的有限元分析

机械密封温度场研究是热应力分析的基础,是影响机械密封工作寿命与密封性能的主要因素。通过建立密封环有限元模型,提出机械密封动、静环轴对称问题的有限元分析与稳态温度场计算方法,得出了密封环温度分布规律。并对接触面的热流密度、模型与介质的对流换热系数以及热流分配系数等物理量进行了分析。结果显示,温度变化主要集中在靠近内径的接触面附近的局部区域,该区域变形较大,且不利于密封环的散热。     

二维智能结构温度场反问题的有限元数值解法

用有限元法结合灵敏度矩阵方法导出了二维瞬态热传导反问题的数值求解公式,通过埋设在物体内若干点的温教传感器测得的温度时间历程诊断出物体边界热流的时间历程和其它内点的温度时间历程。     

基于时域边界元法的散热结构瞬态热传导分析

针对散热器结构的瞬态热传导问题,首先,在热力学理论基础上,利用问题的控制方程推导出问题的积分方程;然后针对积分方程中的域积分,采用双互易边界元法(DRBEM)进行处理,得到边界积分方程;再对其进行边界离散,获得常系数微分方程组;最后,运用精细积分法(PIM)进行方程组求解,得到内部点的温度结果。通过边界元法与有限元法计算软件Workbench进行了对比分析,结果表明,边界元法具有计算量小、计算精确度高的优点,从而验证了DRBEM与PIM耦合求解具有较高精确性,是一种可供选择的有效求解瞬态热传导问题的数值计算方法。     

玻璃熔窑火焰空间二维数学模型

本文在一定简化假设下,把玻璃池窑火焰空间划分成若干等温区和等温表面单元,由此建立了横焰池窑火焰空间的二维数学模型。文中用有限单元法和高斯积分计算各单元间的直接交换面积,通过逆矩阵求解总交换面积,最后用迭代法求解温度分布。文中模拟计算了火焰温度分布、对流系数、窑体表面散热等因素对池窑温度分布的影响。     

大口径光学透镜瞬态温度场模拟

为考察热辐射效应对光学元件稳、瞬态温度场的影响,给出了考虑辐射和导热耦合换热情况下复杂几何结构光学透镜稳、瞬态热特性的适体坐标下离散坐标法.对喷管形和圆柱形介质进行计算并与其他方法比较表明,建立的适体坐标系下辐射与导热耦合换热计算方法精度较好.对两端为球缺中间为圆柱的大口径透镜内的辐射与导热耦合换热过程进行了数值模拟.计算结果表明,为了精确地预测半透明介质如透镜内的温度分布,应该考虑辐射与导热耦合作用,且应当考虑介质的光谱特性.     

TWO-DIMENSIONAL MATHEMATICAL MODEL OF COMBUSTION SPACE IN GLASS MELTING FURNACES

Under some assumptions and dividing the combustionspace into several isothermal zones and isothermal surface elements. atwo-dimensional mathematical model for combastion space in cross-fired glass melting .furnaces was constructed. The finite elementmethod and the Gauss integration were used to calculate direct ex-change areas, and a inverse matrix was used to obtained the total ex-change areas. The temperature distributions were obtained by itera-tions. Some results were presented to show the effects of the fire tem-perature distribution,the convective .heat transfer coefficients and theheat losses through crown surfaces on the temperature distributions.     

基于遗传算法的热物性参数辨识

建筑物外墙导热反问题参数间的协同研究是建筑传热协同理论中的基本问题,主要研究在一定控制目标下(如一定的温度场或热流密度)各参数之间的匹配关系。对于此类问题,需要采用反问题的求解方法。本文在求解过程中引入改进的遗传算法,提出了改进的遗传算法与数值计算相结合的数学模型。通过两个算例的验证,结果表明：改进的遗传算法可以用于建筑物墙体稳态导热参数之间的协同研究,也可以应用于非稳态的类似研究。