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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
1
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。
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关键词
复合绝缘结构
瞬态分析
电准静态场
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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职称材料
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
2
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。
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关键词
介电弛豫
频变
时域有限元法
边界电场约束方程
电准静态场
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职称材料
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
3
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。
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关键词
压接型IGBT
复合绝缘结构
瞬态电场
电准静态场
直流断路器工况
瞬态边界电场约束方程
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职称材料
题名
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
1
作者
文腾
崔翔
李学宝
管少康
刘思佳
赵志斌
机构
新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)
出处
《中国电机工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2022年第7期2776-2787,共12页
基金
国家自然科学基金面上项目(52077073)。
文摘
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。
关键词
复合绝缘结构
瞬态分析
电准静态场
数值拉普拉斯变换
复频域
有限元法
边界电场约束方程
Keywords
combined
insulation
structure
transient
analysis
electr
o-quasistatic
field
numerical
Laplace
transform
complex
frequency
domain
Finite
element
method
constrained
electric
field
equation
on
the
boundary
分类号
TM152 [电气工程—电工理论与新技术]
下载PDF
职称材料
题名
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
2
作者
文腾
崔翔
李学宝
刘思佳
赵志斌
机构
新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)
出处
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2022年第7期1735-1745,共11页
基金
国家自然科学基金委员会-国家电网公司智能电网联合基金资助项目(U1766219)。
文摘
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。
关键词
介电弛豫
频变
时域有限元法
边界电场约束方程
电准静态场
Keywords
Di
electric
relaxation
frequency-dependent
time
domain
finite
element
method
constrained
electric
field
equation
on
the
boundary
electr
o-quasistatic
field
分类号
TM211 [一般工业技术—材料科学与工程]
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职称材料
题名
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
3
作者
文腾
崔翔
李学宝
刘思佳
赵志斌
张西子
林仲康
唐新灵
机构
新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)
先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司)
出处
《中国电机工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2022年第6期2298-2307,共10页
基金
国家自然科学基金–国家电网公司联合基金重点项目(U1766219)。
文摘
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。
关键词
压接型IGBT
复合绝缘结构
瞬态电场
电准静态场
直流断路器工况
瞬态边界电场约束方程
Keywords
press-packed
IGBT
composite
insulation
structure
transient
electric
field
electr
o-quasistatic
field
working
condition
of
DC
breaker
transient
constrained
electric
field
equation
on
the
boundary
分类号
TM85 [电气工程—高电压与绝缘技术]
下载PDF
职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
复合绝缘结构中瞬态电场计算的复频域有限元法
文腾
崔翔
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
4
下载PDF
职称材料
2
考虑介质介电驰豫影响时瞬态电场计算的时域有限元法
文腾
崔翔
李学宝
刘思佳
赵志斌
《电工技术学报》
EI
CSCD
北大核心
2022
1
下载PDF
职称材料
3
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
文腾
崔翔
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
3
下载PDF
职称材料
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