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高压大功率弹性压接型IGBT器件封装绝缘结构中的电场瞬态特性 被引量:3
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作者 刘思佳 文腾 +2 位作者 李学宝 王亮 崔翔 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第23期6253-6265,共13页
压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是支撑柔性直流装备研制的核心器件,弹性压接型IGBT能更好地实现器件中各并联芯片的压力均衡,在电网应用场景中前景广阔。然而,器件内部的绝缘问题是高压器件研制过程中面临的主要挑战之一,因此,有必要... 压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是支撑柔性直流装备研制的核心器件,弹性压接型IGBT能更好地实现器件中各并联芯片的压力均衡,在电网应用场景中前景广阔。然而,器件内部的绝缘问题是高压器件研制过程中面临的主要挑战之一,因此,有必要在实际工况下分析器件绝缘结构中的瞬态电场分布,以指导绝缘设计。该文针对弹性压接型IGBT器件内部的复合绝缘结构,采用时域边界电场约束方程法,分别计算了单次关断工况和重复性导通关断工况下弹性压接型IGBT器件子模组封装绝缘结构中的瞬态电场分布。结果表明两种工况下,封装绝缘结构中最大电场强度均出现在芯片/聚酰亚胺(PI)钝化层界面上,且由于介质分界面两侧的绝缘材料介电常数和电导率参数不匹配,分界面上将会积累电荷。界面电荷密度随着时间逐渐增大,并影响电场分布,使得子模组中最大电场强度的模值和位置随时间发生变化。同时,单次关断工况下,最大电场强度的模值会更大。此外,该文提出通过改变器件中使用的绝缘材料,提高界面处的材料参数匹配程度,可以实现对子模组内电场分布的改善。该文所提方法能显著降低器件内部最大电场强度的模值,可为弹性压接型IGBT器件的封装绝缘结构设计和优化提供参考。 展开更多
关键词 弹性压接型IGBT 时域有限元法 电准静态 单次关断工况 重复性导通关断工况 电场调控方法
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绝缘子电场有限元分析法的影响因素及其优化 被引量:63
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作者 徐志钮 律方成 +1 位作者 李和明 刘云鹏 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期944-951,共8页
某些因素对基于有限元法的电场分析结果有重要影响,为了提高基于有限元法的绝缘子电场分析的准确性,以表面洁净、染污、覆冰和有分离水珠的110 kV瓷支柱绝缘子为研究对象,在ANSYS中分别建立它们的模型,研究了电场分析类型、远场单元及... 某些因素对基于有限元法的电场分析结果有重要影响,为了提高基于有限元法的绝缘子电场分析的准确性,以表面洁净、染污、覆冰和有分离水珠的110 kV瓷支柱绝缘子为研究对象,在ANSYS中分别建立它们的模型,研究了电场分析类型、远场单元及面积、基于轴对称的简化建模方式对有限元法算得的绝缘子电场分布的影响。结果表明:洁净、表面有干污层情况下选择静电场或电准静态场分析时算得电场分布没有差别,但表面有湿污层、湿污层和干燥带、分离水珠或干/湿冰层情况下二者算得电场分布的差别较大;湿污层电阻率越小则差距越大,介电常数对二者差距影响不大;绝缘子有湿污层、湿污层和干燥带、分离水珠、干/湿冰层时应该采用电准静态场分析;建模时远场单元应该使用,否则得到的结果误差很大,相比之下远场区域面积对电场分析结果的影响要小很多;轴对称的三维体可用其轴截面的一半的以轴对称方式建模,用轴截面直接建模误差很大。 展开更多
关键词 绝缘子 电场 有限元法 静电场 电准静态 远场 轴对称
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10kV XLPE电缆接头的电场模拟方法研究 被引量:19
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作者 刘英 苏宇 李文沛 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期30-35,共6页
目前对电缆接头的电场模拟通常采用静电场下的二维模型。文中以XLPE电缆用10 kV接头为研究对象,针对导体屏蔽管和应力锥结构所采用的半导电材料电阻率较低的特性,通过理论分析指出,对接头的电场模拟应在电准静态场下进行,并采用有限元方... 目前对电缆接头的电场模拟通常采用静电场下的二维模型。文中以XLPE电缆用10 kV接头为研究对象,针对导体屏蔽管和应力锥结构所采用的半导电材料电阻率较低的特性,通过理论分析指出,对接头的电场模拟应在电准静态场下进行,并采用有限元方法,对比分析了静电场和电准静态场下的接头电场仿真结果。此外,通过对接头中多种典型缺陷几何特征的综合分析指出,对于完好的或含有电缆主绝缘回缩类缺陷的接头,由于具有轴对称的结构特性,推荐采用二维轴对称方式建模,以节约工作量,并获得所需的计算精度;而对于含有绝缘表面划伤或半导电颗粒残留、电缆绝缘屏蔽末端的半导电尖端或气隙,以及导体屏蔽管内高电位尖端等缺陷的接头,由于其轴对称特性遭到破坏,必须采用三维立体建模,以真实模拟实际缺陷。文中的研究结论对于提高电缆附件的电场模拟精度,确定敷设安装的技术规范具有重要意义。 展开更多
关键词 10kV XLPE电缆接头 半导电材料 电准静态 典型缺陷 有限元仿真
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时谐偶极子在介质球头模型中的电位分布 被引量:1
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作者 段晓勇 彭仕政 +3 位作者 李龙武 张玉强 卫高峰 刘晓春 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期134-137,共4页
考虑到脑电源的时谐性和头的电容效应,在电准静态近似下,建立了时谐等效电流偶极子模型;给出了其在均匀无限介质中和均匀介质球中的电位表达式;并正向计算了脑电源在非均匀各向同性三层同心介质球壳中的电位分布。最后讨论了时谐性和电... 考虑到脑电源的时谐性和头的电容效应,在电准静态近似下,建立了时谐等效电流偶极子模型;给出了其在均匀无限介质中和均匀介质球中的电位表达式;并正向计算了脑电源在非均匀各向同性三层同心介质球壳中的电位分布。最后讨论了时谐性和电容率对电位分布的影响。理论计算结果表明时谐性和电容率对电位分布确实有影响。 展开更多
关键词 介质球 电准静态 电容率 时谐等效电流偶板子 时谐因子
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大功率通信天线介质降损与末端电场的均化特性分析
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作者 杨凡 吴细秀 +4 位作者 程诗敏 方琳 贾琦 曲昌琦 李显强 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期162-169,共8页
为解决大功率通信天线因末端开口处电场畸变严重、局部场强过高导致介质损耗发热量过大进而使天线末端易发生断裂问题,通过对天线损耗发热的理论分析和建立天线末端三维电准静态场计算模型对天线介质降损与末端电场的均化特性开展了研究... 为解决大功率通信天线因末端开口处电场畸变严重、局部场强过高导致介质损耗发热量过大进而使天线末端易发生断裂问题,通过对天线损耗发热的理论分析和建立天线末端三维电准静态场计算模型对天线介质降损与末端电场的均化特性开展了研究.得到如下结论:天线末端介质发热量与电场强度的平方成正比关系;天线外护套采用半导电材料、对天线末端承力金具进行倒角均可有效均化天线末端畸变电场;在天线末端安装均压金具是解决天线损耗发热断裂最有效的方法. 展开更多
关键词 大功率通信天线 畸变电场 电准静态 相对介电常数 介质损耗
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复合绝缘结构中瞬态电场计算的复频域有限元法 被引量:4
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作者 文腾 崔翔 +3 位作者 李学宝 管少康 刘思佳 赵志斌 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期2776-2787,共12页
随着电力电子器件和装备在电力系统中的广泛使用,器件和装备自身由多种绝缘材料构成的复合绝缘结构往往承受着正极性周期方波电压。在这种非正弦周期电压激励下,复合绝缘结构中的瞬态电场分布满足电准静态场条件。由于界面电荷的弛豫现... 随着电力电子器件和装备在电力系统中的广泛使用,器件和装备自身由多种绝缘材料构成的复合绝缘结构往往承受着正极性周期方波电压。在这种非正弦周期电压激励下,复合绝缘结构中的瞬态电场分布满足电准静态场条件。由于界面电荷的弛豫现象,复合绝缘结构中的瞬态电场在经过一段过渡过程后,最终达到非正弦周期稳态。现有基于傅里叶(Fourier)变换的频域有限元法只能得到非正弦周期激励下的周期稳态解,无法获得其瞬态响应。为此,文中综合考虑复合绝缘结构中的电荷弛豫,在电准静态场条件下,基于数值拉普拉斯(Laplace)变换的直接算法,提出复频域有限元法,推导复频域边界电场约束方程。此外,还提出数值Laplace变换直接算法中衰减系数的选取公式,实现了高精度的数值Laplace变换及其反变换。数值计算结果表明,所提的复频域有限元法能有效计算非正弦周期激励下的过渡过程,同时还可以计算由初始状态引起的零输入响应。所提方法为周期激励下复合绝缘结构的瞬态电场计算提供一种新方法。 展开更多
关键词 复合绝缘结构 瞬态分析 电准静态 数值拉普拉斯变换 复频域 有限元法 边界电场约束方程
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压接型IGBT子模组在关断过程中的电场瞬态特性分析与调控 被引量:3
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作者 文腾 崔翔 +5 位作者 李学宝 刘思佳 赵志斌 张西子 林仲康 唐新灵 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期2298-2307,共10页
封装绝缘问题是压接型IGBT器件研制过程中面临的关键挑战之一,解决绝缘问题的关键是准确分析器件内部复合绝缘结构在运行工况下的电场分布特性。现有研究多在静电场或恒定电场下分析其静态电场特性,忽略了其在实际工况下的电场瞬态特性... 封装绝缘问题是压接型IGBT器件研制过程中面临的关键挑战之一,解决绝缘问题的关键是准确分析器件内部复合绝缘结构在运行工况下的电场分布特性。现有研究多在静电场或恒定电场下分析其静态电场特性,忽略了其在实际工况下的电场瞬态特性。针对刚性压接型IGBT器件,考虑到直流断路器用压接型IGBT面临的单次关断的实际工况,在电准静态场条件下,该文采用瞬态边界电场约束方程,准确计算压接型IGBT子模组复合绝缘结构中的瞬态电场,获得器件内部不同介质交界面上的界面电荷密度,详细分析瞬态电场的时空分布特性。在此基础上,该文从子模组的绝缘结构和封装绝缘材料参数两方面对子模组的瞬态电场进行调控,结果表明,该文所提控制方法能显著降低绝缘薄弱环节处的电场强度。 展开更多
关键词 压接型IGBT 复合绝缘结构 瞬态电场 电准静态 直流断路器工况 瞬态边界电场约束方程
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考虑介质介电驰豫影响时瞬态电场计算的时域有限元法 被引量:1
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作者 文腾 崔翔 +2 位作者 李学宝 刘思佳 赵志斌 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期1735-1745,共11页
在电力装备的实际运行过程中,可能遭受诸如操作冲击电压、雷电冲击电压等瞬态电压激励的作用。此外,随着电力电子器件在直流输电装备中的大规模应用,装备内部器件的绝缘结构承受的电压不再是传统的交流电压或直流电压,而是正极性重复性... 在电力装备的实际运行过程中,可能遭受诸如操作冲击电压、雷电冲击电压等瞬态电压激励的作用。此外,随着电力电子器件在直流输电装备中的大规模应用,装备内部器件的绝缘结构承受的电压不再是传统的交流电压或直流电压,而是正极性重复性方波电压。为了研究这些装备或器件内的绝缘结构在瞬态电压激励下的电场特性,需要在电准静态场下计算其瞬态电场分布。在交变电场中,绝缘材料具有介电弛豫现象,其介电常数在频域上为频变函数。由于瞬态电压激励时间短、变化快,对应的频谱宽。因而,瞬态电压激励下的瞬态电场计算需要考虑材料的介电弛豫特性。为此,该文提出了考虑介质介电弛豫过程的时域有限元法。首先,将材料的介电弛豫现象用时变的介电参数表征,对含时变介电参数的电准静态场控制方程进行时空离散,推导了时域有限元方程和边界电场约束方程;然后,通过对比PEEK材料极化电流的实验测量结果与计算结果,验证了所提方法的有效性;最后,分析了瞬态电压激励下考虑材料介电弛豫特性的复合绝缘结构的瞬态电场分布特性。 展开更多
关键词 介电弛豫 频变 时域有限元法 边界电场约束方程 电准静态
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Research on measuring time constant of NANMAC thermocouple 被引量:4
9
作者 冯浩 张志杰 +1 位作者 黄晓敏 张晋文 《Journal of Measurement Science and Instrumentation》 CAS 2014年第4期1-4,共4页
The theory for measuring the time constant of thermocouple was introduced, and the method for measuring the time constant of NANMAC thermocouple by using dynamic calibration system of transient surface temperature sen... The theory for measuring the time constant of thermocouple was introduced, and the method for measuring the time constant of NANMAC thermocouple by using dynamic calibration system of transient surface temperature sensor was proposed. In this system, static and dynamic calibrations were conducted for infrared detectors and thermocouples, and then both temperature-time curves were obtained. Since the frequency response of infrared detector is superior to that of calibrat- ed thermocouple, the values measured by infrared detectors are taken as true values. Through dividing the values measured with thermocouples by those with infrared detectors, a normalized curve was obtained, based on which the time constant of thermocouple was measured. With this method, the experiments were carried out with NANMAC thermocouple to obtain its time constant. The results show that the method for measuring the time constant is feasible and the dynamic calibration of thermocouples can be achieved at microsecond and millisecond level. This research has a certain reference value for research and application of NANMAC thermocouple temperature sensor. 展开更多
关键词 THERMOCOUPLE time constant static calibration dynamic calibration normalized curve
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Quasi-static and dynamic tensile behaviors in electron beam welded Ti-6Al-4V alloy
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作者 张静 谭成文 +2 位作者 任宇 王富耻 才鸿年 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第1期39-44,共6页
The quasi-static and dynamic tensile behaviors in electron beam welded(EBW) Ti-6Al-4V alloy were investigated at strain rates of 10-3 and 103 s-1,respectively,by materials test system(MTS) and reconstructive Hopki... The quasi-static and dynamic tensile behaviors in electron beam welded(EBW) Ti-6Al-4V alloy were investigated at strain rates of 10-3 and 103 s-1,respectively,by materials test system(MTS) and reconstructive Hopkinson bars apparatus.The microstructures of the base metal(BM) and the welded metal(WM) were observed with optical microscope.The fracture characteristics of the BM and WM were characterized with scanning electronic microscope.In Ti-6Al-4V alloy joint,the flow stress of WM is higher than that of BM,while the fracture strain of WM is less than that of BM at strain rates of 103 and 10-3 s-1,respectively.The fracture strain of WM has apparent improvement when the strain rate rises from 10-3 to 103 s-1,while the fracture strain of BM almost has no change.At the same time,the fracture mode of WM alters from brittle to ductile fracture,which causes improvement of the fracture strain of WM. 展开更多
关键词 Ti-6Al-4V alloy electron beam welding quasi-static tensile behavior dynamic behavior fracture mode
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Secrecy Performance of Untrusted Relay’s Cooperation under Fading Channels 被引量:2
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作者 付晓梅 张立 +1 位作者 王大维 侯永宏 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2011年第6期440-445,共6页
The secrecy performance of cooperation with an untrusted relay under a quasi-static fading channel is analyzed in this paper. An achievable secrecy rate is provided and the influence of selfish behavior of untrusted r... The secrecy performance of cooperation with an untrusted relay under a quasi-static fading channel is analyzed in this paper. An achievable secrecy rate is provided and the influence of selfish behavior of untrusted relay is analyzed. Furthermore, the secrecy performance of the scheme is discussed and compared with that of the case where the relay is just an eavesdropper. Simulation results show that the untrusted relay's cooperation in the fading case reduces the outage probability from 1/2 to 1/3 and achieves a higher outage secrecy capacity. 展开更多
关键词 physical layer security secrecy rate outage secrecy capacity
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