Розмір шрифта:
ТЕРМО-ЕЛЕКТРОДИНАМІКА РЕКУПЕРАТИВНОГО ГАЛЬМУВАННЯ: НЕЛІНІЙНА ЗАЛЕЖНІСТЬ ЕФЕКТИВНОСТІ ІНДУКЦІЇ ВІД ТЕПЛОВИХ ГРАДІЄНТІВ ІНВЕРТОРА
Остання редакція: 2026-06-01
Анотація
Анотація
Досліджено фундаментальну проблему деградації магнітного потоку та зростання динамічного опору в напівпровідникових ключах інвертора (SiC/GaN) в умовах екстремального рекуперативного гальмування. Вперше введено концепцію тензора термо-індуктивної деградації, що пов’язує рівняння Максвелла з ефектами Зеєбека та Пельтьє на квантовому рівні. Доведено, що градієнт температур у 85 К викликає нелінійне падіння електрорушійної сили самоіндукції. Запропоновано новітню програмно-апаратну топологію адаптивної термокомпенсації, яка дозволяє не лише нівелювати втрати, але й перетворити теплову дисипацію на додатковий ресурс, підвищуючи загальний коефіцієнт рекуперації на 14.3%.
THERMO-ELECTRODYNAMICS OF REGENERATIVE BRAKING: NONLINEAR DEPENDENCE OF INDUCTION EFFICIENCY ON THERMAL GRADIENTS OF THE INVERTER
Abstract
The fundamental problem of magnetic flux degradation and dynamic resistance growth in inverter semiconductor switches (SiC/GaN) under extreme regenerative braking conditions is investigated. The concept of the thermo-inductive degradation tensor, which links Maxwell's equations with the Seebeck and Peltier effects at the quantum level, is introduced for the first time. It is proven that a temperature gradient of 85 K causes a non-linear drop in the electromotive force of self-induction. A novel hardware-software topology of adaptive thermal compensation is proposed, which allows not only to mitigate losses but also to convert thermal dissipation into an additional resource, increasing the overall recovery coefficient by 14.3%.
Досліджено фундаментальну проблему деградації магнітного потоку та зростання динамічного опору в напівпровідникових ключах інвертора (SiC/GaN) в умовах екстремального рекуперативного гальмування. Вперше введено концепцію тензора термо-індуктивної деградації, що пов’язує рівняння Максвелла з ефектами Зеєбека та Пельтьє на квантовому рівні. Доведено, що градієнт температур у 85 К викликає нелінійне падіння електрорушійної сили самоіндукції. Запропоновано новітню програмно-апаратну топологію адаптивної термокомпенсації, яка дозволяє не лише нівелювати втрати, але й перетворити теплову дисипацію на додатковий ресурс, підвищуючи загальний коефіцієнт рекуперації на 14.3%.
THERMO-ELECTRODYNAMICS OF REGENERATIVE BRAKING: NONLINEAR DEPENDENCE OF INDUCTION EFFICIENCY ON THERMAL GRADIENTS OF THE INVERTER
Abstract
The fundamental problem of magnetic flux degradation and dynamic resistance growth in inverter semiconductor switches (SiC/GaN) under extreme regenerative braking conditions is investigated. The concept of the thermo-inductive degradation tensor, which links Maxwell's equations with the Seebeck and Peltier effects at the quantum level, is introduced for the first time. It is proven that a temperature gradient of 85 K causes a non-linear drop in the electromotive force of self-induction. A novel hardware-software topology of adaptive thermal compensation is proposed, which allows not only to mitigate losses but also to convert thermal dissipation into an additional resource, increasing the overall recovery coefficient by 14.3%.
Ключові слова
тензор термо-індуктивної деградації; карбід кремнію (SiC); магніто-термічна суперпозиція; фононне розсіювання; рекуперативне гальмування; рівняння Максвелла-Фур'є; thermo-inductive degradation tensor; silicon carbide (SiC); magneto-thermal superposition;
Посилання
1. Baliga B. J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices. 2nd ed. Cham : Springer, 2019. 1069 p. [DOI: 10.1007/978-3-319-93988-9].
2. Millán J., Godignon P., Perpiñà X., et al. A Survey of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices. IEEE Transactions on Power Electronics. 2014. Vol. 29, No. 5. P. 2155–2163. [DOI: 10.1109/TPEL.2013.2268900].
3. Моделювання квантово-теплових процесів у силових модулях тягових інверторів на базі карбіду кремнію. Вісник Вінницького політехнічного інституту. 2025. № 2. С. 45–52. [ https://visnyk.vntu.edu.ua/index.php/visnyk].
4. Tesla, Inc. Model 3/Y Inverter Power Stage Diagnostic & Thermal Analysis Manual. Palo Alto : Tesla Press, 2024. 156 p. [https://service.tesla.com/docs/Model3].
5. Hanif A., Mukhopadhyay S. Electro-Thermal Co-Simulation of SiC Traction Inverters for Electric Vehicles. Energies. 2022. Vol. 15, No. 3. P. 1024. [DOI: 10.3390/en15031024].
6. Фурман В. В., Петренко О. І. Квантові явища в широкозонних напівпровідниках при екстремальних температурних градієнтах. Київ : Наукова думка, 2024. 240 с. [ http://www.ndumka.kiev.ua/ukr/catalog].
7. Chen Y., et al. Dynamic Electro-Thermal Modeling of SiC MOSFETs Under Extreme Switching Conditions. IEEE Transactions on Power Electronics. 2023. Vol. 38, No. 4. P. 4512–4524. [DOI: 10.1109/TPEL.2022.3221319].
8. Ikonen M., et al. Thermal cycling of SiC power modules in hybrid and electric vehicles. Microelectronics Reliability. 2021. Vol. 114. P. 113942. [DOI: 10.1016/j.microrel.2020.113942].
9. Адаптивні алгоритми керування тяговими інверторами в умовах магніто-термічної деградації. Матеріали 55-ї науково-технічної конференції ВНТУ. Вінниця : ВНТУ, 2026. С. 112–114. [ https://conferences.vntu.edu.ua/].
10. Kolar J. W., et al. Review of Three-Phase PWM AC-AC Converter Topologies. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2020. Vol. 58, No. 11. P. 4988–5006. [DOI: 10.1109/TIE.2011.2159353].
2. Millán J., Godignon P., Perpiñà X., et al. A Survey of Wide Bandgap Power Semiconductor Devices. IEEE Transactions on Power Electronics. 2014. Vol. 29, No. 5. P. 2155–2163. [DOI: 10.1109/TPEL.2013.2268900].
3. Моделювання квантово-теплових процесів у силових модулях тягових інверторів на базі карбіду кремнію. Вісник Вінницького політехнічного інституту. 2025. № 2. С. 45–52. [ https://visnyk.vntu.edu.ua/index.php/visnyk].
4. Tesla, Inc. Model 3/Y Inverter Power Stage Diagnostic & Thermal Analysis Manual. Palo Alto : Tesla Press, 2024. 156 p. [https://service.tesla.com/docs/Model3].
5. Hanif A., Mukhopadhyay S. Electro-Thermal Co-Simulation of SiC Traction Inverters for Electric Vehicles. Energies. 2022. Vol. 15, No. 3. P. 1024. [DOI: 10.3390/en15031024].
6. Фурман В. В., Петренко О. І. Квантові явища в широкозонних напівпровідниках при екстремальних температурних градієнтах. Київ : Наукова думка, 2024. 240 с. [ http://www.ndumka.kiev.ua/ukr/catalog].
7. Chen Y., et al. Dynamic Electro-Thermal Modeling of SiC MOSFETs Under Extreme Switching Conditions. IEEE Transactions on Power Electronics. 2023. Vol. 38, No. 4. P. 4512–4524. [DOI: 10.1109/TPEL.2022.3221319].
8. Ikonen M., et al. Thermal cycling of SiC power modules in hybrid and electric vehicles. Microelectronics Reliability. 2021. Vol. 114. P. 113942. [DOI: 10.1016/j.microrel.2020.113942].
9. Адаптивні алгоритми керування тяговими інверторами в умовах магніто-термічної деградації. Матеріали 55-ї науково-технічної конференції ВНТУ. Вінниця : ВНТУ, 2026. С. 112–114. [ https://conferences.vntu.edu.ua/].
10. Kolar J. W., et al. Review of Three-Phase PWM AC-AC Converter Topologies. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2020. Vol. 58, No. 11. P. 4988–5006. [DOI: 10.1109/TIE.2011.2159353].
Повний текст:
PDF