描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111754299
编辑推荐
随着电力电子装置和元器件的广泛应用，如新能源、数据中心、电气化智能化交通、多电或全电飞机、智能电网以及生物医学等，电力电子装置作为能量变换的关键环节通常是系统寿命和可靠性的短板，对系统的安全性和全寿命周期成本产生至关重要的影响。我国电力电子领域发展迅速，应用需求不断扩大，电力电子可靠性成为亟需研究的重要方向之一，本书的引进与出版将对国内学术界、工业界提供非常有价值的指导和帮助。
内容简介
本书重点介绍电力电子系统可靠性的分析和设计方法。电力电子系统可靠性涉及可靠性工程、材料科学与工程、电工电子技术、自动控制理论等,是一门多学科交叉的应用型技术。本书从元器件级出发,分别介绍各种工况下的开关管、开关模块、电容等元器件的多时间尺度寿命预测方法、在线监控技术和可靠性提升策略,然后从系统级层面评估电力电子系统整体的可靠性,并介绍其改善方法。
本书旨在帮助从事电力电子、电气工程和可靠性工程等相关领域的科研人员了解并掌握电力电子系统可靠性的分析和设计方法,并将其灵活运用在科研平台搭建和产品设计过程中,为促进我国电力电子产品可靠性的提高贡献微薄之力。
本书旨在帮助从事电力电子、电气工程和可靠性工程等相关领域的科研人员了解并掌握电力电子系统可靠性的分析和设计方法,并将其灵活运用在科研平台搭建和产品设计过程中,为促进我国电力电子产品可靠性的提高贡献微薄之力。
目 录
目录
译者序
第1章可靠性工程在电力电子系统中的应用
1.1电力电子系统的性能指标
1.1.1电力电子变换器
1.1.2电力电子变换器的设计目标
1.1.3典型电力电子应用中的可靠性需求
1.2电力电子与可靠性工程
1.2.1可靠性工程中的关键术语和指标
1.2.2电力电子与可靠性工程的发展历史
1.2.3电力电子器件物理失效机理
1.2.4面向可靠性的电力电子变换器设计
1.2.5可靠性工程中加速测试的概念
1.2.6提高电力电子变换器系统可靠性的策略
1.3电力电子可靠性研究的挑战与机遇
1.3.1电力电子系统可靠性研究的挑战
1.3.2电力电子可靠性研究的机遇
参考文献
第2章电力电子的异常检测和剩余寿命预测
2.1引言
2.2失效模型
2.2.1时间相关的电介质击穿模型
2.2.2基于能量的模型
2.2.3热循环模型
2.3用于失效机理分析的FMMEA
2.4基于数据驱动的寿命预测方法
2.4.1变量缩减法
2.4.2Mahalanobis距离确定故障阈值
2.4.3K-近邻算法
2.4.4基于粒子滤波的剩余寿命估计方法
2.4.5基于数据驱动的电路的异常检测和预测
2.4.6基于金丝雀方法的电路的异常检测和预测
2.5总结
参考文献
第3章电力电子变换器DC-link电容器可靠性
3.1电力电子变换器DC-link电容器
3.1.1用于DC-link的几种典型电容器
3.1.2不同种类DC-link电容器的对比
3.1.3电力电子变换器中电容器的可靠性挑战
3.2电容器的失效机理和寿命模型
3.2.1DC-link电容器的失效模式、失效机理和关键应力
3.2.2DC-link电容器的寿命模型
3.2.3湿度条件下DC-link电容器的加速寿命测试
3.3DC-link的可靠性设计
3.3.1六种典型的DC-link设计方案
3.3.2容性DC-link的可靠性设计方法
3.4DC-link电容器的状态监测
参考文献
第4章电力电子器件封装的可靠性
4.1引言
4.2电力电子器件封装的可靠性概念
4.3电力电子器件封装的可靠性测试
4.3.1热冲击测试
4.3.2温度循环测试
4.3.3功率循环测试
4.3.4高压釜测试
4.3.5栅极电介质可靠性测试
4.3.6高强度加速应力试验(HAST)
4.3.7高温存储寿命(HSTL)测试
4.3.8老化测试
4.3.9其他测试
4.4功率半导体封装或模块可靠性
4.4.1焊接可靠性
4.4.2键合线可靠性
4.5高温电力电子模块的可靠性
4.5.1功率衬底
4.5.2高温管芯附着可靠性
4.5.3管芯顶面电气互连
4.5.4封装技术
4.6总结
参考文献
第5章功率半导体模块的寿命预测模型
5.1加速循环测试
5.2主要失效机理
5.3寿命模型
5.3.1热建模
5.3.2经验寿命模型
5.3.3基于物理的寿命模型
5.3.4基于PC寿命模型的寿命预测
5.4基于物理建模的功率半导体模块焊点寿命估计
5.4.1应力-应变(磁滞)焊接行为
5.4.2组成焊料方程
5.4.3Clech算法
5.4.4基于能量的寿命预测模型
5.5基于物理建模的焊点寿命模型示例
5.5.1热仿真
5.5.2应力-应变建模
5.5.3应力-应变分析
5.5.4模型验证
5.5.5寿命曲线的提取
5.5.6模型精度和参数敏感度
5.5.7寿命预测工具
5.6总结
参考文献
第6章电力电子变换器最小化DC-link电容器设计
6.1引言
6.2性能权衡
6.3无源方法
6.3.1无源滤波技术
6.3.2纹波减小技术
6.4有源方法
6.4.1功率解耦技术
6.4.2纹波减小技术
6.4.3控制和调制方法
6.4.4特殊电路结构
6.5总结
参考文献
第7章风力发电系统可靠性
7.1引言
7.2主要风力发电系统中电力电子架构综述
7.2.1陆上和海上风电机组
7.3电力电子变换器可靠性
7.3.1可靠性结构
7.3.2SCADA数据
7.3.3变换器可靠性
7.4组件的可靠性FMEA和前瞻性对比
7.4.1简介
7.4.2组件
7.4.3小结
7.5故障的根本原因
7.6提升风电机组变换器的可靠性和可用性的方法
7.6.1结构
7.6.2热管理
7.6.3控制
7.6.4监测
7.7总结
7.8建议
参考文献
第8章提升电力电子系统可靠性的主动热控制方法
8.1引言
8.1.1电力电子的热应力和可靠性
8.1.2提高可靠性的主动热控制概念
8.2减小热应力的调制方法
8.2.1调制方法对热应力的影响
8.2.2额定工况下的调制方法
8.2.3故障条件下的调制方法
8.3优化热循环的无功功率控制
8.3.1无功功率的影响
8.3.2基于DFIG的风电机组的案例分析
8.3.3并联变换器案例分析
8.4基于有功功率的热控制
8.4.1有功功率对热应力的影响
8.4.2大型风电变换器中的储能装置
8.5总结
参考文献
第9章功率器件的寿命建模及预测
9.1引言
9.2功率模块的故障机理
9.2.1封装相关故障机理
9.2.2器件烧毁故障
9.3寿命模型
9.3.1寿命和可用性
9.3.2指数分布
9.3.3威布尔分布
9.3.4冗余
9.4寿命建模及元器件设计
9.4.1基于任务剖面的寿命预测
9.4.2具有恒定故障率的系统的寿命建模
9.4.3低周疲劳的寿命建模
9.5总结和结论
参考文献
第10章功率模块的寿命测试和状态监测
10.1功率循环测试方法概述
10.2交流电流加速测试
10.2.1简介
10.2.2交流功率循环测试的应力
10.3功率模块的老化失效
10.3.1导通电压测量方法
10.3.2电流测量
10.3.3冷却温度测量
10.4IGBT和二极管的电压演变
10.4.1vce,on监测的应用
10.4.2老化和失效机理
10.4.3故障后调查
10.5芯片温度估计
10.5.1简介
10.5.2结温预测方法综述
10.5
译者序
第1章可靠性工程在电力电子系统中的应用
1.1电力电子系统的性能指标
1.1.1电力电子变换器
1.1.2电力电子变换器的设计目标
1.1.3典型电力电子应用中的可靠性需求
1.2电力电子与可靠性工程
1.2.1可靠性工程中的关键术语和指标
1.2.2电力电子与可靠性工程的发展历史
1.2.3电力电子器件物理失效机理
1.2.4面向可靠性的电力电子变换器设计
1.2.5可靠性工程中加速测试的概念
1.2.6提高电力电子变换器系统可靠性的策略
1.3电力电子可靠性研究的挑战与机遇
1.3.1电力电子系统可靠性研究的挑战
1.3.2电力电子可靠性研究的机遇
参考文献
第2章电力电子的异常检测和剩余寿命预测
2.1引言
2.2失效模型
2.2.1时间相关的电介质击穿模型
2.2.2基于能量的模型
2.2.3热循环模型
2.3用于失效机理分析的FMMEA
2.4基于数据驱动的寿命预测方法
2.4.1变量缩减法
2.4.2Mahalanobis距离确定故障阈值
2.4.3K-近邻算法
2.4.4基于粒子滤波的剩余寿命估计方法
2.4.5基于数据驱动的电路的异常检测和预测
2.4.6基于金丝雀方法的电路的异常检测和预测
2.5总结
参考文献
第3章电力电子变换器DC-link电容器可靠性
3.1电力电子变换器DC-link电容器
3.1.1用于DC-link的几种典型电容器
3.1.2不同种类DC-link电容器的对比
3.1.3电力电子变换器中电容器的可靠性挑战
3.2电容器的失效机理和寿命模型
3.2.1DC-link电容器的失效模式、失效机理和关键应力
3.2.2DC-link电容器的寿命模型
3.2.3湿度条件下DC-link电容器的加速寿命测试
3.3DC-link的可靠性设计
3.3.1六种典型的DC-link设计方案
3.3.2容性DC-link的可靠性设计方法
3.4DC-link电容器的状态监测
参考文献
第4章电力电子器件封装的可靠性
4.1引言
4.2电力电子器件封装的可靠性概念
4.3电力电子器件封装的可靠性测试
4.3.1热冲击测试
4.3.2温度循环测试
4.3.3功率循环测试
4.3.4高压釜测试
4.3.5栅极电介质可靠性测试
4.3.6高强度加速应力试验(HAST)
4.3.7高温存储寿命(HSTL)测试
4.3.8老化测试
4.3.9其他测试
4.4功率半导体封装或模块可靠性
4.4.1焊接可靠性
4.4.2键合线可靠性
4.5高温电力电子模块的可靠性
4.5.1功率衬底
4.5.2高温管芯附着可靠性
4.5.3管芯顶面电气互连
4.5.4封装技术
4.6总结
参考文献
第5章功率半导体模块的寿命预测模型
5.1加速循环测试
5.2主要失效机理
5.3寿命模型
5.3.1热建模
5.3.2经验寿命模型
5.3.3基于物理的寿命模型
5.3.4基于PC寿命模型的寿命预测
5.4基于物理建模的功率半导体模块焊点寿命估计
5.4.1应力-应变(磁滞)焊接行为
5.4.2组成焊料方程
5.4.3Clech算法
5.4.4基于能量的寿命预测模型
5.5基于物理建模的焊点寿命模型示例
5.5.1热仿真
5.5.2应力-应变建模
5.5.3应力-应变分析
5.5.4模型验证
5.5.5寿命曲线的提取
5.5.6模型精度和参数敏感度
5.5.7寿命预测工具
5.6总结
参考文献
第6章电力电子变换器最小化DC-link电容器设计
6.1引言
6.2性能权衡
6.3无源方法
6.3.1无源滤波技术
6.3.2纹波减小技术
6.4有源方法
6.4.1功率解耦技术
6.4.2纹波减小技术
6.4.3控制和调制方法
6.4.4特殊电路结构
6.5总结
参考文献
第7章风力发电系统可靠性
7.1引言
7.2主要风力发电系统中电力电子架构综述
7.2.1陆上和海上风电机组
7.3电力电子变换器可靠性
7.3.1可靠性结构
7.3.2SCADA数据
7.3.3变换器可靠性
7.4组件的可靠性FMEA和前瞻性对比
7.4.1简介
7.4.2组件
7.4.3小结
7.5故障的根本原因
7.6提升风电机组变换器的可靠性和可用性的方法
7.6.1结构
7.6.2热管理
7.6.3控制
7.6.4监测
7.7总结
7.8建议
参考文献
第8章提升电力电子系统可靠性的主动热控制方法
8.1引言
8.1.1电力电子的热应力和可靠性
8.1.2提高可靠性的主动热控制概念
8.2减小热应力的调制方法
8.2.1调制方法对热应力的影响
8.2.2额定工况下的调制方法
8.2.3故障条件下的调制方法
8.3优化热循环的无功功率控制
8.3.1无功功率的影响
8.3.2基于DFIG的风电机组的案例分析
8.3.3并联变换器案例分析
8.4基于有功功率的热控制
8.4.1有功功率对热应力的影响
8.4.2大型风电变换器中的储能装置
8.5总结
参考文献
第9章功率器件的寿命建模及预测
9.1引言
9.2功率模块的故障机理
9.2.1封装相关故障机理
9.2.2器件烧毁故障
9.3寿命模型
9.3.1寿命和可用性
9.3.2指数分布
9.3.3威布尔分布
9.3.4冗余
9.4寿命建模及元器件设计
9.4.1基于任务剖面的寿命预测
9.4.2具有恒定故障率的系统的寿命建模
9.4.3低周疲劳的寿命建模
9.5总结和结论
参考文献
第10章功率模块的寿命测试和状态监测
10.1功率循环测试方法概述
10.2交流电流加速测试
10.2.1简介
10.2.2交流功率循环测试的应力
10.3功率模块的老化失效
10.3.1导通电压测量方法
10.3.2电流测量
10.3.3冷却温度测量
10.4IGBT和二极管的电压演变
10.4.1vce,on监测的应用
10.4.2老化和失效机理
10.4.3故障后调查
10.5芯片温度估计
10.5.1简介
10.5.2结温预测方法综述
10.5
前 言
译者序
原书主编为香港城市大学钟树鸿(Henry Shu-hung Chung)教授,奥尔堡大学王怀(Huai Wang)教授、Frede Blaabjerg 教授,马里兰大学Michael Pecht 教授。原书由英国工程技术学会(Institution of Engineering and Technology,IET)于2015年出版。全书共16章,由电力电子及可靠性领域知名专家撰写。原书弥补了电力电子可靠性领域图书的空白,受到国际上各大高校、研究所和企业的广泛关注。
近50年来,电力电子领域的研究更多地关注于电能变换效率和功率密度的提高、研发和生产成本的降低,缺乏可靠性方面的系统考虑,以及与可靠性工程学科的有效结合。随着电力电子装置和器件的广泛应用,如新能源、数据中心、电气化智能化交通、多电或全电飞机、智能电网以及生物医学等,电力电子装置作为能量变换的关键环节通常是系统寿命和可靠性的短板,对系统的安全性和全寿命周期成本产生至关重要的影响。中国在电力电子领域发展迅速,应用需求不断扩大,使得电力电子可靠性成为亟需研究的重要方向之一。希望原书的中译本能够对学术界、工业界的广大同仁了解该交叉领域的发展提供一定的帮助。
全书共16章,内容涵盖以下几个方面:1)可靠性工程概念和方法在现代电力电子中的应用及其面临的挑战;2)电力电子器件的可靠性(包含封装、功率半导体开关、电容器);3)电力电子器件物理失效机理;4)电力电子器件寿命及可靠性建模方法(包含功率半导体开关、电容器);5)基于长时间尺度运行工况的电力电子系统可靠性建模方法;6)面向可靠性的电力电子系统设计及控制方法(包含面向可靠性的设计概念、有源电容器的设计、主动温度控制方法等);7)电力电子变换器的异常检测、容错控制、健康状况评估;8)开关电源、电机驱动、光伏、风电及大功率变换器等应用中面临的可靠性问题及研究现状。
原书主编为香港城市大学钟树鸿(Henry Shu-hung Chung)教授,奥尔堡大学王怀(Huai Wang)教授、Frede Blaabjerg 教授,马里兰大学Michael Pecht 教授。原书由英国工程技术学会(Institution of Engineering and Technology,IET)于2015年出版。全书共16章,由电力电子及可靠性领域知名专家撰写。原书弥补了电力电子可靠性领域图书的空白,受到国际上各大高校、研究所和企业的广泛关注。
近50年来,电力电子领域的研究更多地关注于电能变换效率和功率密度的提高、研发和生产成本的降低,缺乏可靠性方面的系统考虑,以及与可靠性工程学科的有效结合。随着电力电子装置和器件的广泛应用,如新能源、数据中心、电气化智能化交通、多电或全电飞机、智能电网以及生物医学等,电力电子装置作为能量变换的关键环节通常是系统寿命和可靠性的短板,对系统的安全性和全寿命周期成本产生至关重要的影响。中国在电力电子领域发展迅速,应用需求不断扩大,使得电力电子可靠性成为亟需研究的重要方向之一。希望原书的中译本能够对学术界、工业界的广大同仁了解该交叉领域的发展提供一定的帮助。
全书共16章,内容涵盖以下几个方面:1)可靠性工程概念和方法在现代电力电子中的应用及其面临的挑战;2)电力电子器件的可靠性(包含封装、功率半导体开关、电容器);3)电力电子器件物理失效机理;4)电力电子器件寿命及可靠性建模方法(包含功率半导体开关、电容器);5)基于长时间尺度运行工况的电力电子系统可靠性建模方法;6)面向可靠性的电力电子系统设计及控制方法(包含面向可靠性的设计概念、有源电容器的设计、主动温度控制方法等);7)电力电子变换器的异常检测、容错控制、健康状况评估;8)开关电源、电机驱动、光伏、风电及大功率变换器等应用中面临的可靠性问题及研究现状。
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