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電力電子系統可靠性

  • 作者：編者:鍾樹鴻//王懷//(丹麥)弗雷德·布拉伯傑格//(美)邁克爾·派切特|責編:付承桂//閭洪慶|譯者:王懷//王浩然//徐德鴻
  • 出版社：機械工業
  • ISBN：9787111754299
  • 出版日期：2024/05/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：396
人民幣：RMB 150 元      售價：元
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內容大鋼
    本書重點介紹電力電子系統可靠性的分析和設計方法。電力電子系統可靠性涉及可靠性工程、材料科學與工程、電工電子技術、自動控制理論等，是一門多學科交叉的應用型技術。本書從元器件級出發，分別介紹各種工況下的開關管、開關模塊、電容等元器件的多時間尺度壽命預測方法、在線監控技術和可靠性提升策略，然後從系統級層面評估電力電子系統整體的可靠性，並介紹其改善方法。
    本書旨在幫助從事電力電子、電氣工程和可靠性工程等相關領域的科研人員了解並掌握電力電子系統可靠性的分析和設計方法，並將其靈活運用在科研平台搭建和產品設計過程中，為促進我國電力電子產品可靠性的提高貢獻微薄之力。
作者介紹
編者:鍾樹鴻//王懷//(丹麥)弗雷德·布拉伯傑格//(美)邁克爾·派切特|責編:付承桂//閭洪慶|譯者:王懷//王浩然//徐德鴻
目錄
譯者序
第1章  可靠性工程在電力電子系統中的應用
  1.1  電力電子系統的性能指標
    1.1.1  電力電子變換器
    1.1.2  電力電子變換器的設計目標
    1.1.3  典型電力電子應用中的可靠性需求
  1.2  電力電子與可靠性工程
    1.2.1  可靠性工程中的關鍵術語和指標
    1.2.2  電力電子與可靠性工程的發展歷史
    1.2.3  電力電子器件物理失效機理
    1.2.4  面向可靠性的電力電子變換器設計
    1.2.5  可靠性工程中加速測試的概念
    1.2.6  提高電力電子變換器系統可靠性的策略
  1.3  電力電子可靠性研究的挑戰與機遇
    1.3.1  電力電子系統可靠性研究的挑戰
    1.3.2  電力電子可靠性研究的機遇
  參考文獻
第2章  電力電子的異常檢測和剩餘壽命預測
  2.1  引言
  2.2  失效模型
    2.2.1  時間相關的電介質擊穿模型
    2.2.2  基於能量的模型
    2.2.3  熱循環模型
  2.3  用於失效機理分析的FMMEA
  2.4  基於數據驅動的壽命預測方法
    2.4.1  變數縮減法
    2.4.2  Mahalanobis距離確定故障閾值
    2.4.3  K-近鄰演算法
    2.4.4  基於粒子濾波的剩餘壽命估計方法
    2.4.5  基於數據驅動的電路的異常檢測和預測
    2.4.6  基於金絲雀方法的電路的異常檢測和預測
  2.5  總結
  參考文獻
第3章  電力電子變換器DC-link電容器可靠性
  3.1  電力電子變換器DC-link電容器
    3.1.1  用於DC-link的幾種典型電容器
    3.1.2  不同種類DC-link電容器的對比
    3.1.3  電力電子變換器中電容器的可靠性挑戰
  3.2  電容器的失效機理和壽命模型
    3.2.1  DC-link電容器的失效模式、失效機理和關鍵應力
    3.2.2  DC-link電容器的壽命模型
    3.2.3  濕度條件下DC-link電容器的加速壽命測試
  3.3  DC-link的可靠性設計
    3.3.1  六種典型的DC-link設計方案
    3.3.2  容性DC-link的可靠性設計方法
  3.4  DC-link電容器的狀態監測
  參考文獻
第4章  電力電子器件封裝的可靠性
  4.1  引言
  4.2  電力電子器件封裝的可靠性概念

  4.3  電力電子器件封裝的可靠性測試
    4.3.1  熱衝擊測試
    4.3.2  溫度循環測試
    4.3.3  功率循環測試
    4.3.4  高壓釜測試
    4.3.5  柵極電介質可靠性測試
    4.3.6  高強度加速應力試驗（HAST）
    4.3.7  高溫存儲壽命（HSTL）測試
    4.3.8  老化測試
    4.3.9  其他測試
  4.4  功率半導體封裝或模塊可靠性
    4.4.1  焊接可靠性
    4.4.2  鍵合線可靠性
  4.5  高溫電力電子模塊的可靠性
    4.5.1  功率襯底
    4.5.2  高溫管芯附著可靠性
    4.5.3  管芯頂面電氣互連
    4.5.4  封裝技術
  4.6  總結
  參考文獻
第5章  功率半導體模塊的壽命預測模型
  5.1  加速循環測試
  5.2  主要失效機理
  5.3  壽命模型
    5.3.1  熱建模
    5.3.2  經驗壽命模型
    5.3.3  基於物理的壽命模型
    5.3.4  基於PC壽命模型的壽命預測
  5.4  基於物理建模的功率半導體模塊焊點壽命估計
    5.4.1  應力-應變（磁滯）焊接行為
    5.4.2  組成焊料方程
    5.4.3  Clech演算法
    5.4.4  基於能量的壽命預測模型
  5.5  基於物理建模的焊點壽命模型示例
    5.5.1  熱模擬
    5.5.2  應力-應變建模
    5.5.3  應力-應變分析
    5.5.4  模型驗證
    5.5.5  壽命曲線的提取
    5.5.6  模型精度和參數敏感度
    5.5.7  壽命預測工具
  5.6  總結
  參考文獻
第6章  電力電子變換器最小化DC-link電容器設計
  6.1  引言
  6.2  性能權衡
  6.3  無源方法
    6.3.1  無源濾波技術
    6.3.2  紋波減小技術
  6.4  有源方法

    6.4.1  功率解耦技術
    6.4.2  紋波減小技術
    6.4.3  控制和調製方法
    6.4.4  特殊電路結構
  6.5  總結
  參考文獻
第7章  風力發電系統可靠性
  7.1  引言
  7.2  主要風力發電系統中電力電子架構綜述
    7.2.1  陸上和海上風電機組
  7.3  電力電子變換器可靠性
    7.3.1  可靠性結構
    7.3.2  SCADA數據
    7.3.3  變換器可靠性
  7.4  組件的可靠性FMEA和前瞻性對比
    7.4.1  簡介
    7.4.2  組件
    7.4.3  小結
  7.5  故障的根本原因
  7.6  提升風電機組變換器的可靠性和可用性的方法
    7.6.1  結構
    7.6.2  熱管理
    7.6.3  控制
    7.6.4  監測
  7.7  總結
  7.8  建議
  參考文獻
第8章  提升電力電子系統可靠性的主動熱控制方法
  8.1  引言
    8.1.1  電力電子的熱應力和可靠性
    8.1.2  提高可靠性的主動熱控制概念
  8.2  減小熱應力的調製方法
    8.2.1  調製方法對熱應力的影響
    8.2.2  額定工況下的調製方法
    8.2.3  故障條件下的調製方法
  8.3  優化熱循環的無功功率控制
    8.3.1  無功功率的影響
    8.3.2  基於DFIG的風電機組的案例分析
    8.3.3  並聯變換器案例分析
  8.4  基於有功功率的熱控制
    8.4.1  有功功率對熱應力的影響
    8.4.2  大型風電變換器中的儲能裝置
  8.5  總結
  參考文獻
第9章  功率器件的壽命建模及預測
  9.1  引言
  9.2  功率模塊的故障機理
    9.2.1  封裝相關故障機理
    9.2.2  器件燒毀故障
  9.3  壽命模型

    9.3.1  壽命和可用性
    9.3.2  指數分佈
    9.3.3  威布爾分佈
    9.3.4  冗余
  9.4  壽命建模及元器件設計
    9.4.1  基於任務剖面的壽命預測
    9.4.2  具有恆定故障率的系統的壽命建模
    9.4.3  低周疲勞的壽命建模
  9.5  總結和結論
  參考文獻
第10章  功率模塊的壽命測試和狀態監測
  10.1  功率循環測試方法概述
  10.2  交流電流加速測試
    10.2.1  簡介
    10.2.2  交流功率循環測試的應力
  10.3  功率模塊的老化失效
    10.3.1  導通電壓測量方法
    10.3.2  電流測量
    10.3.3  冷卻溫度測量
  10.4  IGBT和二極體的電壓演變
    10.4.1  vce，on監測的應用
    10.4.2  老化和失效機理
    10.4.3  故障后調查
  10.5  晶元溫度估計
    10.5.1  簡介
    10.5.2  結溫預測方法綜述
    10.5.3  vce，on負載電流方法
    10.5.4  變換器運行條件下的溫度估計
    10.5.5  溫度的直接測量方法
    10.5.6  溫度預測的評估
  10.6  狀態監測數據的處理
    10.6.1  狀態數據處理的基本類型
    10.6.2  狀態監測的應用
  10.7  總結
  參考文獻
第11章  隨機混合系統模型在電力電子系統性能和可靠性分析中的應用
  11.1  引言
  11.2  SHS的基本原理
    11.2.1  連續和離散狀態的演變
    11.2.2  測試函數、擴展運算元和矩演變
    11.2.3  動態狀態矩的演變
    11.2.4  利用連續狀態矩進行動態風險評估
    11.2.5  從SHS恢復馬爾可夫可靠性和補償模型
  11.3  SHS在光伏系統經濟學中的應用
  11.4  總結
  參考文獻
第12章  容錯可調速驅動系統
  12.1  引言
  12.2  影響ASD可靠性的主要因素
    12.2.1  功率器件

    12.2.2  電解電容器
    12.2.3  其他因素
  12.3  容錯ASD系統
  12.4  容錯系統設計中的變換器故障隔離
  12.5  容錯系統設計中的控制或硬體重配置
    12.5.1  拓撲結構
    12.5.2  控制策略
    12.5.3  冗余硬體技術
  12.6  總結
  參考文獻
第13章  風力發電和光伏系統基於任務剖面的可靠性設計
  13.1  可再生能源發電系統的任務剖面
    13.1.1  運行環境
    13.1.2  電網要求
  13.2  基於任務剖面的可靠性評估
    13.2.1  熱應力的影響
    13.2.2  功率器件的壽命模型
    13.2.3  不同時間尺度負荷的轉移
    13.2.4  壽命預測方法
  13.3  風電機組的可靠性評估
    13.3.1  風電變換器的壽命預測
    13.3.2  任務剖面對壽命的影響
  13.4  光伏系統的可靠性評估
    13.4.1  光伏逆變器
    13.4.2  單相光伏系統的可靠性評估
    13.4.3  光伏系統的熱應力優化運行方案
  13.5  總結
  參考文獻
第14章  光伏系統中電力電子變換器可靠性
  14.1  光伏系統簡介
    14.1.1  DC/DC變換
    14.1.2  DC/AC變換
  14.2  光伏系統中功率變換器的可靠性
    14.2.1  電容器
    14.2.2  IGBT/MOSFET
  14.3  可靠性研究的挑戰
    14.3.1  高級逆變器功能
    14.3.2  高WDC/WAC比能量變換
    14.3.3  模塊化變換器
  參考文獻
第15章  電腦電源的可靠性
  15.1  設計目標和需求
    15.1.1  設計失效模式和影響分析
  15.2  熱剖面分析
  15.3  降額分析
  15.4  電容器壽命分析
    15.4.1  鋁電解電容器
    15.4.2  Os-con型電容器
  15.5  風扇壽命
  15.6  高加速壽命測試

    15.6.1  低溫應力
    15.6.2  高溫應力
    15.6.3  振動應力
    15.6.4  組合溫度-振動應力
  15.7  振動、衝擊和跌落測試
    15.7.1  振動測試
    15.7.2  衝擊和跌落測試
  15.8  製造一致性測試
    15.8.1  持續可靠性測試
  15.9  總結
  參考文獻
第16章  大功率變換器可靠性
  16.1  大功率應用
    16.1.1  概述
  16.2  基於晶閘管的大功率器件
    16.2.1  集成門極換向晶閘管（IGCT）
    16.2.2  內部換向晶閘管（ICT）
    16.2.3  雙ICT
    16.2.4  ETO/IETO
    16.2.5  基於晶閘管的器件的可靠性
  16.3  大功率逆變器拓撲
    16.3.1  兩電平變換器
    16.3.2  多電平變換器
  16.4  大功率DC/DC變換器拓撲
    16.4.1  DAB變換器
    16.4.2  模塊化DC/DC變換器系統
  參考文獻

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