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关键词： 输运系数   寄生参数   耦合规律   开通过程   电路模型  

摘要： 驱动回路和主回路参数共同决定了IGBT开通瞬态过程行为，分析驱动回路和主回路的耦合规律对于研究电路参数对瞬态过程的影响，以及开展IGBT状态监测研究具有指导意义。从功率器件非线性特征及其与电路参数耦合规律分析的基础上，通过输运系数建立主回路和驱动回路方程的关联并建立开通瞬态过程分析模型，比较器件电压与芯片电压的差异，分析电路参数变化对瞬态过程的影响。开通电流上升过程主要受驱动参数、测试电压和寄生参数的影响，测试电压影响输运系数进而影响电流上升速率。反向恢复过程主要受驱动参数、负载电流和寄生参数的影响，负载电流影响载流子抽取过程反向恢复电压上升速度。寄生电感对开通电流上升过程和反向恢复过程电流上升速度有抑制作用。驱动参数影响反向恢复电流上升速度，因此反向恢复过程是IGBT和续流二极管的共同行为。

关键词： IGBT模块   V-I特性   建模   结温   应用  

摘要： 绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)以其高效率、大容量和低成本等特点在新能源发电及储能、高压直流输电、电力牵引和电气化交通等领域应用非常广泛。然而一旦IGBT模块发生故障，将打破相关装置和设备的正常运行状态，引发一系列连锁事故，造成人员伤害和严重的经济损失。根据一项调查统计结果，光伏电站大约34%的可靠性问题是由IGBT模块故障所引发的，因此，IGBT模块可靠性问题愈发受到关注。相关研究成果表明，IGBT模块的结温与模块可靠性问题之间存在密切的关系，如何能够快速准确地获取当前IGBT模块的实时结温是IGBT模块可靠性研究的关键。通过对IGBT模块的V-I输出特性曲线进行深入分析和研究，提出一种表征IGBT模块导通压降、结温和集电极电流关系的建模方法。利用该方法建立的表征模型可以方便快捷地提取IGBT模块结温，并通过试验验证了基于该建模方法的IGBT模块结温提取策略的有效性。除此之外，该建模方法考虑到了模块键合线老化的影响，并给出了相应的模型校正方法和结温提取策略。

关键词： 直流微电网   DC/DC变流器   IGBT结温   均温控制   可靠性  

摘要： 直流微电网并联DC/DC变流器中功率器件IGBT电热参数以及线路参数存在差异性，使得各并联DC/DC变流器中的IGBT承受不同的热应力，热应力差异加剧了DC/DC变流器IGBT疲劳老化失效程度，降低了直流微电网整体供电可靠性。为此，提出一种直流微电网DC/DC变流器IGBT均温控制策略。首先，建立基于Foster热网络模型的IGBT热电耦合模型，并计算分析DC/DC变流器IGBT结温；然后，分析直流微电网并联DC/DC变流器IGBT结温差异的影响因素，通过在传统下垂控制中引入均温虚拟阻抗，自适应调整流经各DC/DC变流器的电流，使得各并联DC/DC变流器IGBT结温趋于一致，并进行所提策略的稳定性分析，实现DC/DC变流器运行可靠性和直流微电网整体稳定性的有效提升；最后，搭建Matlab/Simulink与PLECS/Blockset联合仿真模型，验证了所提均温控制策略的有效性。

关键词： 焊接型IGBT   高海拔   电热耦合   焊料层   状态监测  

摘要： 针对焊接型IGBT模块缺少相应的高海拔地区的电热耦合模型，同时有关高海拔地区由于焊料层缺陷导致芯片失效的研究也少之又少。根据IGBT模块内部电场、热场的耦合作用关系，以焊接型IGBT为研究对象，建立芯片焊料层不同缺陷类型及缺陷比例的高海拔地区焊接型IGBT电热耦合模型，分析了海拔高度以及焊料层空洞、裂纹以及脱落缺陷对焊接型IGBT的最大结温的影响，并从机理上做出相应的解释，同时提出了高海拔地区焊接型IGBT焊料层缺陷识别模型。研究表明，不同的海拔高度对芯片温度的影响程度不同，高海拔地区芯片温升较低海拔地区明显；不同的缺陷类型、缺陷比例对芯片温度的影响程度也不同，当缺陷比例超过5%后，脱落对芯片温度的影响程度远大于裂纹缺陷和空洞缺陷，同时，提出的缺陷识别模型能准确的获取芯片焊料层的缺陷类型和比例，对焊料层的健康状况进行评估。本文研究为高海拔地区焊接型IGBT焊料层健康状态检测，提高IGBT模块运行稳定性提供了理论指导。

关键词： Electronic load controller (ELCr)   Fuzzy logic controller   Harmonics   Pico hydropower plant (PHP)   IGBT   EXCITED INDUCTION GENERATOR   POWER QUALITY IMPROVEMENT   CONTROL ALGORITHM   FREQUENCY CONTROL   VOLTAGE   REGULATOR   OPERATION  

摘要： The use of electronic load controllers (ELCrs) is widely adopted in pico hydropower systems to maintain output power supplied to the consumer load, regardless of changes in consumer demand. This is due to the absence of moving mechanical parts, affordability, prevention of the hammer effect in pipes, and being more efficient than the governor systems. However, implementing existing ELCrs in a pico hydropower system can pose challenges related to power quality, efficiency, or costs. In this paper, a fuzzy PI-based single-switch bidirectional AC chopper electronic load controller (FP-SSBAC ELCr) is proposed. This configuration reduces the number of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) from two, typically found in the conventional bidirectional AC choppers, to one per phase, resulting in cost reduction. A hybrid controller, comprising fuzzy and PI controllers, is designed to quickly maintain a constant output voltage and frequency when consumer load abruptly changes. The gains of the PI controller are updated by the fuzzy logic controller based on the voltage error and its derivative. The proposed model is simulated in MATLAB/Simulink and validated experimentally under sudden changes in consumer load. The results achieved with the FP-SSBAC ELCr demonstrate improved dynamic performance without overshoot compared to PI-based ELCrs. The highest recorded voltage and current total harmonic distortions (THDs) are 2.8 % and 2.1 %, respectively, meeting the IEEE 519 standard. Therefore, the proposed model has the potential to enhance performance and efficiency and can be implemented cost-effectively in pico hydropower systems.

关键词： 绝缘栅双极性晶体管   共模电磁辐射   寄生电容   焊料层空洞  

摘要： 本文提出一种基于共模（common mode，CM）电磁辐射（electromagnetic radiation，EMR）频谱特征的绝缘栅双极性晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）模块焊料层老化状态的非侵入监测方法。当IGBT模块焊料层发生老化时会改变IGBT模块内部结构，引起电磁干扰通路的参数变化，进而影响电磁干扰强度。本文首先研究了CM电磁干扰产生的原因，然后分析焊料层空洞对IGBT模块内部寄生电容的影响，以及寄生电容对CM干扰的影响，最后搭建实验平台，对不同空洞率的IGBT模块进行健康监测，得出随着焊料层空洞损伤程度的加剧，CM辐射干扰信号强度降低的结论。

关键词： M/G/1排队   (p,N)-策略   不中断多重休假   队长的随机分解   最优控制策略  

摘要： 本文研究在(p,N)-策略控制下耐烦服务员不中断多重休假M/G/1排队系统,其中每当系统变空时,服务员就去进行一次不中断的休假,当服务员休假回来时,如果系统中等待服务的顾客数大于等于事先设置的正整数阈值N (N≥1)时,则服务员立即开始服务直到系统再次空竭,若系统中有顾客但顾客数少于N个,则服务员以概率p (0≤p≤1)开始服务,以概率(1-p)不服务处于通常的闲期直到系统中的顾客数累积到N个时才服务.通过系统稳态队长的随机分解定理得到系统稳态队长分布的概率母函数和平均队长表达式,同时应用Little公式得到任意顾客的平均等待时间表达式.最后建立系统的费用结构模型,利用更新报酬定理推得系统长期运行单位时间的期望成本费用函数.进一步,在没有平均等待时间和有平均等待时间约束下,通过数值实例分别讨论了系统的优化控制问题,并确定了使得系统费用最小的一维最优控制策略N*和当休假时间为T时的二维最优控制策略(N*,T*).

关键词： 异步电机   变频驱动   模型预测控制   自适应谐波消除  

摘要： 异步电机变频驱动系统在运行过程中会产生大量谐波，引发电机转矩脉动、损耗加重等问题，对电机性能及效率带来直接影响，因此有针对性地控制或消除驱动系统的谐波具有重要的研究意义。本文创新性地提出一种带有自适应谐波消除策略的模型预测直接转矩控制(AHE-MPDTC)方法，首次将自适应谐波消除策略引入到模型预测直接转矩控制中，通过调整自适应滤波器的权重，从代价函数得到的主输入信号中消除不期望出现的频率分量，从而获得较为理想的变换器输入参考电压。测试结果表明，所提出的方法在保证系统响应速度的基础上，可以有效消除由于变换器引起的5-25次谐波，从而提升了异步电机调速系统的稳定性。

关键词： 无刷直流伺服电机   三环PI控制   遗传混合算法   矢量控制   仿真建模  

摘要： 针对双无刷直流伺服电控制系统在机器人关节控制应用中精度低、响应速度慢、鲁棒性差的不足，拟采取遗传和果蝇混合（GA-FOA）算法PI参数优化方法，以提高双电机控制系统的控制精度、响应速度、鲁棒性。建立无刷直流伺服电机三闭环控制仿真模型，以CSPACE为主控器建立控制系统，结合上位机、霍尔传感器设计双无刷直流伺服电机控制系统。通过遗传和果蝇混合算法PI参数优化方法，优化无刷直流伺服电机矢量控制中的三环PI控制器参数。仿真结果表明，GA-FOA混合算法优化速度环时比GA和FOA算法分别快9.9ms和9.8ms，且具有更小的波动和超调量，优化电流环时，响应时间快7.0ms和5.9ms，波动小更稳定，优化位置环时，收敛快且未出现超调量，轨迹跟踪优化后的电机模型在髋关节和膝关节的平均跟踪误差分别为0.069474°和0.042495°。双电机单轮腿样机实验中，实验空间轨迹和理论空间轨迹误差为[0.28mm，2.11mm]，空间轨迹吻合，结果表明GA-FOA混合算法在双电机单腿样机实验上对电机的精度、响应速度、鲁棒性具有意义。