随着电力电子技术的发展，交流电源系统的电能质量问题受到越来越多的关注。传统的整流环节广泛采用二极管不控整流和晶闸管相控整流电路，向电网注入了大量的谐波及无功，造成了严重的污染。提高电网侧功率因数以及降低输入电流谐波成为一个研究热点。功率因数校正技术是减小用电设备对电网造成的谐波污染，提高功率因数的一项有力措施。本文所做的主要工作包括以下几部分： 1.分析了单位功率因数三相桥式整流的工作原理，这种整流拓扑从工作原理上可以分成两部分：功率因数补偿网络和常规整流网络。在此基础上，为整流电路建立了精确的数学模型。 2.这种单位功率因数三相桥式整流的输入电感是在额定负载下计算出的，当负载发生变化时，其功率因数会降低。针对这种情况，提出了一种新的控制方法。常规整流网络向电网注入的谐波可以由功率因数补偿网络进行补偿，所以输入功率因数相应提高。负载消耗的有功由电网提供，补偿网络既不消耗有功也不提供任何有功。根据功率平衡理论，可以确定参考补偿电流。双向开关的导通和关断由滞环电流控制确定。在这一方法的控制下，双向开关工作在高频下，因此输入电感值相应降低。仿真和实验结果都表明：新的控制方法下，负载变化时，输入电流仍接近于正弦，功率因数接近1。 3.根据IEEE-519标准对谐波电流畸变率的要求，为单位功率因数三相桥式整流提出了另一种控制方法。该方法综合考虑单次谐波电流畸变率、总谐波畸变率、功率因数、有功消耗等性能指标，并进行优化，推导出最优电流补偿增益和相移。将三相负载电流通过具有最优电流补偿增益和相移的电流补偿滤波器，得到补偿后期望的电网电流，驱动双向开关导通和关断。仿真和实验都收到了满意的效果，使这一整流桥可以工作在较宽的负载范围内。 4.单位功率因数三相桥式整流中直流侧电容电压随负载的波动而波动，为提高其动、静态性能，将简单自适应控制应用到了直流侧电容电压的控制中，并提出利用改进的二次型性能指标修改自适应参数的方法，可以在实现对参考模型跟踪的同时又不使控制增量过大，与常规的PI型简单自适应控制相比在适应律的计算中引入了控制量的增量和状态误差在k及k+1时刻的采样值。利用该方法为直流侧电压设计了控制器，并进行了仿真与实验研究，结果表明与PI型适应律相比，新的控制器能提高系统的动态响应性能，负载变化时系统的鲁棒性更强。
上传时间： 2013-06-15
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无功补偿对于现代电力系统的运行与稳定性来说是必不可少的。静止无功发生器(SVG)经过了三十多年的发展,已经在无功补偿技术上得到广泛的应用。它具备优越的动态性能,可以大大提高电力系统的电压调整能力和系统稳定性,进而提高电力系统的输电能力。在我国,充分发挥SVG的作用,显得尤为迫切。 本文论述了SVG的发展概况,研究了SVG的工作原理,对大容量的主电路结构进行了比较分析,并在此基础上建立了SVG的稳态数学模型和标幺值数学模型。然后,阐述了瞬时无功功率理论,给出了无功电流检测的具体算法,并利用MATLAB仿真软件对该算法进行了仿真实现。接下来研究比较了SVG的两种传统控制策略,介绍了几种PWM触发技术,其中着重研究了空间矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真软件对基于传统电流间接闭环控制算法的SVG进行了系统级仿真实现,在与电流直接控制的SVG仿真结果做对比后,指出各自的补偿特点。文章重点在结合以上算法各自的优缺点、电网本身的大扰动和电力系统对SVG控制性能的严格要求后,给出了一种新型电压电流双闭环的控制方法。其中电流内环采用瞬时无功电流的PI反馈控制,PI值根据系统数学模型中iq△δ的比例关系,采用了齐格勒-尼柯尔斯法则进行整定；而电压外环则采用系统动态电压的智能遗传PI反馈控制,利用智能遗传算法对PI值进行整定。用MATLAB/SIMULINK分别对两个环节的控制算法进行了仿真,并针对外环控制器的遗传PI算法,与PI算法的仿真结果做了对比,证明了遗传PI的优越性,为基于双闭环控制的SVG系统级仿真打下了基础。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB对新型电压电流双闭环系统的SVG进行了仿真实现,并对在电网不同情况下的补偿效果与传统电流间接控制的SVG进行了分析与比较。仿真结果表明该控制方式具有更好的动态性能。
上传时间： 2013-04-24
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由于高频PWM整流器可以提供正弦化低谐波的输入电流，可控功率因数，及双向能量流动，因此得到越来越广泛的应用。网侧单电感滤波会带来一些问题，首先要想得到较好的滤波效果，必须增大电感值，这样系统的动态性能会变差，而且成本增加。另外，整流器的功率比较大时，交流侧的滤波的损耗也会增大。为了解决上述问题，本文研究了基于LCL滤波的高频PWM整流器。在交流侧应用LCL 滤波器可以减少电流中的高次谐波含量,并在同样的谐波要求下,相对纯电感型滤波器可以降低电感值的大小，提高系统的动态响应。 文章首先对高频PWM整流器的工作原理做了详细的介绍，并对基于L和LCL两种不同的滤波器，分别在ABC静止坐标系，αβ静止坐标系和dq旋转坐标系中建立了数学模型。文章中将L滤波的电压型三相PWM整流器的控制方法应用于LCL滤波情况。基于dq轴模型，提出了双闭环的控制策略，电流内环采用前馈解耦控制。为了提高电流的跟随性能，按照典型Ⅰ型系统设计电流调节器。为了提高电压环的抗干扰性，按照典型Ⅱ型系统设计电压调节器。 文章还详细讨论了LCL滤波器带来的谐振问题，以及参数设计方法，列出了实际系统LCL滤波器参数的设计步骤。文章在MATLAB/SIMULINK环境下建立了PWM整流器仿真模型对系统进行了仿真，按照文章提出的理论设计的仿真系统具有良好的动态和稳态性能。 文章最后基于TMS320LF2407A设计了整流器装置的控制系统硬件和软件，并得到了初步实验结果，能满足控制要求，从而验证了控制方案的正确性。
上传时间： 2013-07-01
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三相逆变器作为交流供电电源的主要部分，广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域。逆变器的并联控制技术以其广泛的应用前景也得到越来越深入地研究。人们对逆变电源的要求越来越高，高性能、高可靠性的大功率逆变器就是当今逆变电源的发展趋势之一。提高逆变电源容量主要有两个途径，设计大功率的逆变器和采用逆变器并联技术实现电源模块化。 为此，本文以两台400kVA组合式三相逆变器为对象，采用全数字化控制方式，主要研究了大功率三相逆变器的波形控制技术和并联控制技术。本文围绕大功率组合式三相逆变器，对其主电路结构、系统的数学模型、波形控制技术以及并联系统模型、并联控制方案进行了较为详细的分析和研究。分析了适用于大功率的组合式三相逆变器结构，并给出了400kVA组合式三相逆变器的主电路设计。建立和分析了组合式三相逆变器在ABC、αβ、dq 坐标系下的数学模型。针对大功率组合式三相逆变器，采用在dq 坐标系下的三相电压闭环统一控制方案。为了使大功率三相逆变器得到较好的输出电压波形质量，采用PID 瞬时值电压反馈控制和重复控制并联结合的控制方案。分析了PID 控制器和重复控制器的原理，并针对400kVA 三相逆变器的系统性能，给出了相应数字PID 控制器和重复控制器的设计。并利用Matlab 建立了系统的仿真模型，给出了理论研究结果。提出了有效提高系统动态性能的两种方法：加负载电流前馈和动态过程中强制改变改变调制比。介绍了大功率三相逆变器的短路限流保护技术，提出了采用瞬时值限流电路和单独的软件限流环相结合的方案，保证大功率三相逆变器在短路时自动限流保护。对两台大功率三相逆变器组成的并联系统的结构、环流特性及逆变器的输出功率进行了分析。详细分析了输出阻抗特性不同时，逆变器环流和输出功率分配的差异，得出了输出阻抗对环流和功率影响的一般规律。针对大功率三相逆变器并联系统，采用基于功率误差的分散逻辑控制方案。分析了基于功率误差的分散逻辑控制原理，逆变器输出功率的检测和母线信号综合的脉宽调制原理。根据400kVA 三相逆变器并联系统的输出阻抗特性，采用了无功调节输出电压幅值和同步锁相实现相位同步的并联控制策略。 本文最后在两台400kVA组合式三相逆变器样机上得到了实验验证。实验结果进一步验证了大功率三相逆变器的波形控制和并联控制策略有效可行性。
上传时间： 2013-07-03
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近年来，在电气传动领域中三电平变频器得到了广泛的应用。三电平逆变器拓扑结构的出现为高电压、大功率变频器的实现提供了一个有效的途径。研究和开发三电平大功率变频器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。本文围绕三电平大功率通用变频器的实用化技术进行了深入分析和研究。 论文首先介绍了三电平逆变器主电路的拓扑结构、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及调试中存在的问题和相关的解决方法。 中点电位不平衡是三电平拓扑结构的一个固有问题。针对这一问题，本论文分析了中点电压不平衡的根本原因，采用了一种基于滞环控制的电压平衡控制方法。该方法根据负载电流方向的不同组合，通过调整小矢量的冗余状态和作用时间，并充分考虑到中矢量对中点平衡的影响，动态调整两个电容器上的电压，同时，详细地分析了当参考电压矢量落到具有一种或两种冗余小矢量的小三角形区间时开关状态的选择、开关序列的顺序以及作用时间的分配。 基于载波的调制策略是三电平变频器采用的主要调制方式之一。本论文对所采用的基于载波的调制策略，作了深入分析，得出了相应的谐波特性。基于谐波总含量，对调制特性的优劣进行了比较，同时得出了不同载波调制策略输出电压谐波含量与调制度变化的对应关系，并通过实验和仿真对相关结果进行了验证。 主电路和控制电路的硬件设计将直接影响到变频器的运行性能。本论文介绍了在现场实际运行中变频器的主回路及其控制回路的硬件设计，采用理论计算与实践验证相结合的方法得出器件相关参数，并且针对变频器内外RCD缓冲电路在工作时所产生的电压不平衡作了分析，详细的给出了其缓冲吸收电路算法。 最后，把本文的部分研究结果应用于实际工业现场中，研制了690V/600kW的大功率中压变频器，给出了现场运行结果。运行结果表明该变频器输出波形良好，性能满足要求。
上传时间： 2013-08-04
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电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高和转动惯量小等优点，另外它还具有和直流电机一样的调速特性，而没有直流电机复杂的机械换相设备，所以被广泛应用于伺服控制、数控机床、机器人等工业领域，现代工业的快速发展对无刷直流电机控制系统的性能提出了更高的要求。因此，研究具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的无刷直流电机控制系统具有十分重要的意义。 直接转矩控制是一种高性能的电机控制方法，它已经成熟的应用在感应电机和永磁同步电机上，实现了优良的稳态性能和动态响应特性。本文通过大量的文献资料阅读，对无刷直流电机及其相关技术的发展、现状和趋势有了一个比较全面的理解，在此基础上，详细分析了无刷直流电机的数学模型，并提出了一套相应的直接转矩控制方案，建立了仿真和试验平台，进行了仿真分析和实验研究，获得了有价值的研究成果。 本文的主要研究内容包括： (1)详细分析了无刷直流电机的运行机理和数学模型，在此基础上阐述无刷直流电机直接转矩控制的基本控制机理，包括基于逆变器二二导通模式的空间电压矢量的定义和针对无刷直流电机具有非正弦波反电动势这一特点而推导的转矩计算公式等。 (2)提出了一套无刷直流电机直接转矩控制的具体实施方案，并根据这套方案建立了基于Simulink(Matlab)的无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型，对所提出的控制方案进行了仿真分析。仿真结果验证了该方案在理论上的可行性。 (3)在理论研究的基础之上，设计研制了一套基于DSP+IPM的无刷直流电机直接转矩控制实验系统，编写了控制程序软件，进行了无刷直流电机直接转矩控制的实验。实验结果达到了预期的要求，证实了直接转矩控制在改善无刷直流电机动态调速性能上的优势。 本论文开展了继异步电机和永磁同步电机之后对无刷直流电机实现直接转矩控制的探索性研究工作。通过理论分析、计算机仿真和实验得出了一些有意义的经验和结论，为课题的进一步深入开展奠定了基础。
上传时间： 2013-07-11
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直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中，直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术，其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速，正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的，但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器，使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内，这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向，只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链，这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型，即电压-转速模型，然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现，在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题，本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型，对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中，详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型，设计了定子磁链估计的加权模型，使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题，本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中，通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化，解决了转矩脉动过大的问题；在一个采样周期内，从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次，实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中，本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器；运用空间矢量脉宽调制技术，实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中，对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性，本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统，对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统，本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证，并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形，本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明，两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统，依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
上传时间： 2013-04-24
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异步电机无速度传感器矢量控制技术提高了交流传动系统的可靠性，降低了系统的实现成本。准确辨识电机转速是实现无速度传感器矢量控制的关键。 本文对无速度传感器矢量控制系统进行了研究，建立了异步电动机无速度传感器电压解耦矢量控制系统和基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器矢量控制系统。基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统利用电动机定子电压方程和电流方程得到电动机转速的模型参考自适应辨识算法，在此基础上建立了一个改进的变参数MRAS速度辨识数学模型，并利用Matlab软件对基于该速度辨识模型的无速度传感器异步电动机矢量控制系统在不同的情况下进行了详细的仿真研究。仿真结果验证了该改进的变参数MRAS速度辨识模型具有令人满意的辨识精度和动态性能。 基于MRAS的转速估算理论从本质上来说属于基于电机理想模型的转速估算方案，该方法依赖于电机参数，而电机参数在电机运动过程中变化很大，因而给出了对电机的一些定、转子参数进行实时辨识方法，以保持系统的动、静态性能。 在传统型模型参考自适应系统基础上，将系统中原有的自适应调节机构用一个具有在线学习能力的人工神经网络取代，提出一种基于神经网络的异步电机转速估计方法，并给出了速度估计器的神经网络结构和学习算法。最后对基于神经网络转速估计的异步电机矢量控制系统进行了仿真，结果表明该系统具有良好的性能。 简单介绍了基于DSP的异步电机无速度传感器矢量控制系统的硬件结构以及软件系统的设计。
上传时间： 2013-05-30
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由于绝缘栅双极晶体管IGBT具有工作频率高、处理功率大和驱动简单等诸多优点,在电力电子设备、尤其是中大型功率的电力电子设备中的应用越来越广泛。但是,IGBT失效引发的设备故障往往会对生产带来巨大影响和损失,因此,对IGBT的失效研究具有十分重要的应用意义。 本文在深入分析IGBT器件工作原理和工作特性的基础上,采用双极传输理论联立求解电子和空穴的传输方程,得到了稳态时电子和空穴电流的表达式,对造成IGBT失效的各种因素进行了详细分析。应用MATLAB软件,对硅参数的热导率、载流子浓度、载流子寿命、电子迁移率、空穴迁移率和双极扩散系数等进行了仿真,深入研究了IGBT的失效因素,得到了IGBT失效的主要原因是发生擎住效应以及泄漏电流导致IGBT延缓失效的有用结论。并且,进行了IGBT动态模型的设计和仿真,对IGBT在短路情况下的失效机理进行了深入研究。 考虑到实际设备中的IGBT在使用中经常会发生反复过流这一问题,通过搭建试验电路,着重对反复过流对IGBT可能带来的影响进行了试验研究,探讨了IGBT因反复过流导致的累积失效的变化规律。本文研究结果对于正确判断IGBT失效以及失效程度、进而正确判断和预测设备的可能故障,具有一定的应用参考价值。
上传时间： 2013-08-04
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