Power cycling lifetime estimation of IGBT power modules based on chip temperature modeling

In this doctoral thesis, methods to estimate the expected power cycling life of power semiconductor modules based on chip temperature modeling are developed. Frequency converters operate under dynamic loads in most electric drives. The varying loads cause thermal expansion and contraction, which stresses the internal boundaries between the material layers in the power module. Eventually, the stress wears out the semiconductor modules. The wear-out cannot be detected by traditional temperature or current measurements inside the frequency converter. Therefore, it is important to develop a method to predict the end of the converter lifetime. The thesis concentrates on power-cycling-related failures of insulated gate bipolar transistors. Two types of power modules are discussed: a direct bonded copper (DBC) sandwich structure with and without a baseplate. Most common failure mechanisms are reviewed, and methods to improve the power cycling lifetime of the power modules are presented. Power cycling curves are determined for a module with a lead-free solder by accelerated power cycling tests. A lifetime model is selected and the parameters are updated based on the power cycling test results. According to the measurements, the factor of improvement in the power cycling lifetime of modern IGBT power modules is greater than 10 during the last decade. Also, it is noticed that a 10 C increase in the chip temperature cycle amplitude decreases the lifetime by 40%. A thermal model for the chip temperature estimation is developed. The model is based on power loss estimation of the chip from the output current of the frequency converter. The model is verified with a purpose-built test equipment, which allows simultaneous measurement and simulation of the chip temperature with an arbitrary load waveform. The measurement system is shown to be convenient for studying the thermal behavior of the chip. It is found that the thermal model has a 5 C accuracy in the temperature estimation. The temperature cycles that the power semiconductor chip has experienced are counted by the rainflow algorithm. The counted cycles are compared with the experimentally verified power cycling curves to estimate the life consumption based on the mission profile of the drive. The methods are validated by the lifetime estimation of a power module in a direct-driven wind turbine. The estimated lifetime of the IGBT power module in a direct-driven wind turbine is 15 000 years, if the turbine is located in south-eastern Finland.

Comparação entre a concentração sérica de alfa-tocoferol de puérperas assistidas em maternidades públicas e privadas no Nordeste do Brasil

OBJETIVO: Comparar a concentração de alfa-tocoferol no soro entre puérperas atendidas em maternidades das redes pública e privada da cidade de Natal (RN), Brasil.MÉTODOS: Participaram do estudo 209 puérperas, sendo 96 mulheres provenientes da rede privada e 113, da rede pública, entre 24 e 48 horas pós-parto. Foram incluídas no estudo parturientes com idade a partir de 12 anos, sem patologias associadas à gestação, que tiveram concepto único sem má-formação. Mulheres descompensadas clinicamente e com gestação múltipla foram excluídas. Amostras de 5 mL de sangue de cada participante foram coletadas no período de jejum, antes da primeira refeição do dia. A concentração de alfa-tocoferol no soro (µg/dL) foi determinada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). A diferença estatística entre as médias foi testada utilizando o teste t de Student.RESULTADOS: As médias da concentração de alfa-tocoferol nas puérperas da rede pública e da rede privada, respectivamente, foram 1.115,7±341,4 μg/dL e 1.355,7±397,6 μg/dL, tendo sido observada diferença estatisticamente significante (p=0,000687). Para avaliação individual da concentração de vitamina E, a deficiência foi identificada quando alfa-tocoferol <11,6 μmol/L ou <499,6 µg/dL. As puérperas da rede pública tiveram um percentual de 5,3% (n=6) de deficiência, enquanto nas participantes da rede privada tal carência não foi encontrada. Todavia, baixas concentrações (alfa-tocoferol entre 11,6-16,2 μmol/L ou 499,6-697,7 µg/dL) ocorreram tanto na rede pública como na privada: 9,7% (n=11) e 4,2% (n=4), respectivamente.CONCLUSÃO: Esses resultados destacam que as mulheres assistidas no setor público foram mais vulneráveis a desenvolver baixas concentrações de alfa-tocoferol do que as mulheres assistidas no setor privado.

Emergência de Haematobia irritans em fezes bovinas no município de Seropédica, Rio de Janeiro

O presente trabalho teve como objetivo estudar a emergência de Haematobia irritans em fezes de bovinos mantidas a campo e em laboratório, além de observar a presença de outros dípteros associados às massas fecais. Foram utilizados dois grupos de fezes bovinas, um à campo e outro em laboratório, sendo cada grupo formado por cinco bolos fecais frescos de tamanho mediano (cerca de 30 cm de diâmetro), aparência opaca, cor esverdeada, presença de fina crosta externa e consistência firme. As fezes foram cobertas com gaiolas de emergência de formato piramidal, apresentando na parte superior um orifício onde foi acoplado um frasco removível; a substituição das fezes foi realizada quinzenalmente. Foram coletados um total de 355 espécimens de H. irritans, sendo 151 provenientes das gaiolas mantidas no campo e 204 em laboratório. Estas diferenças deveram-se provavelmente à menores oscilações de temperatura verificadas no laboratório do que àquelas ocorridas no campo, além da ação de artrópodes predadores, competidores e parasitóides que, provavelmente, interferiram na emergência de H. irritans nas fezes bovinas mantidas no campo. Foi observado maior número de fêmeas em comparação com machos em ambas as condições investigadas. Além de H. irritans, obteve-se outros dípteros associados às fezes bovinas, pertencentes as seguintes famílias: Aulacigastridae, Muscidae, Psychodidae, Sarcophagidae, Sepsidae, Tachinidae e Ulidiidae. Sepsidae foi a mais abundante, com 5.224 exemplares do total de 8.928 dípteros obtidos, seguida por Sarcophagidae com 2.235 espécimens coletados, Muscidae com 1.357, Aulacigastridae com 54, Psychodidae com 46, Ulidiidae com 6 e Tachinidae com 5 exemplares.

Mortes súbitas em bovinos associadas à carência de cobre

Foi estudado um surto de morte súbita em bovinos no sul do Rio Grande do Sul. Nos animais necropsiados não foram observadas lesões macroscópicas ou microscópicas significativas. Para testar se as mortes súbitas teriam sido causadas por plantas tóxicas, 13 espécies de plantas foram coletadas e administradas a coelhos num total de 440 a 600 g/ kg de peso vivo num período de 7 dias. Os resultados foram negativos. Os teores de cobre no fígado dos bovinos foram muito baixos (3,6±1,6 ppm-base seca) sugerindo que as mortes foram causadas por deficiência de cobre. Cinco amostras de pasto, coletadas no local do surto, apresentaram teores normais de Cu (8,4±0,8 ppm-bs) e S (0,2%±0,03%-bs), mas altos teores de Fe (522±122 ppm-bs). Um grupo de 10 novilhas foi suplementado com Cu subcutâneo. Este grupo e um grupo controle foram mantidos em área similar à da ocorrência do surto. Teores séricos de Cu, S, Fe, Mo e ceruloplasmina foram determinados bimensalmente durante um ano de experimento. Os teores médios de Cu (1,76±1,06 a 10,34±3,1 µmol/l no grupo controle e 3,86±1,53 a 10,61±1,34 µmol/l para o grupo suplementado) e ceruloplamina (6,59±3,93 a 18,61±4,14 mg/l para o grupo controle e 10,35±5,48 a 32,49±6,05 mg/l para o grupo suplementado) foram significativamente maiores no grupo suplementado (P=0,0046 para o Cu e P=0,0001 para a ceruloplasmina), mas a maioria das amostras tiveram teores abaixo do normal em ambos os grupos. Houve uma correlação entre os teores de Cu e os de ceruloplasmina (r=0,67, P=0,05). Em ambos os grupos os teores séricos de Fe (40,09±5,22 a 78,48±28,23 µmol/l) estiveram acima dos teores normais. Amostras de forragens foram coletadas bimensalmente em sete pontos do campo onde ocorreu o surto para determinação de Cu, Mo, S, Fe e proteína. Os teores de Cu (1,36±0,56 a 4,76±1,15 ppm-bs) estiveram abaixo dos requerimentos. Os teores de Mo (0,17±0,06 a 0,96±0,47 ppm-bs) estiveram dentro da normalidade. Valores de S (0,21±0,04% a 0,5±0,17%) e Fe (172,92±62,64 a 437,24±205,44 ppm-bs) alcançaram, ocasionalmente, níveis tóxicos. Teores de proteína variaram de 7,77±2,6% a 13,16±3,02%. Seis amostras de água e 6 amostras de pasto submerso foram coletadas no fim do experimento quando o campo estava inundado. Altos teores de Fe (169, 23±83,49 ppm) e S (0,06±0,03%) foram encontrados na água. Os teores de Fe e S no pasto submerso foram de 469,5±218,28 ppm e 0,19±0,05%, respectivamente. Os resultados obtidos sugerem que as mortes súbitas foram causadas por deficiência de Cu. Três fatores parecem ser responsáveis pela deficiência de Cu: 1) altos teores de Fe na pastagem e na água; 2) ocasionalmente baixos teores de Cu na pastagem; e 3) ingestão de S acima dos requerimentos, devido aos teores ocasionalmente altos na pastagem e na água. O surto descrito é similar a outros surtos de morte súbita em bovinos descritos no sul do Rio Grande do Sul durante o inverno, que foram, também, associados a baixos teores de cobre no fígado. As regiões onde ocorre a enfermidade são caracterizadas por solos arenosos e ácidos com inundações freqüentes durante o inverno. Em solos ácidos periodicamente inundáveis o ferro é solubilizado e absorvido pelas plantas, diminuindo o conteúdo de Cu na forragem e aumentando os teores de Fe. Esta parece ser a maior razão para a deficiência de cobre na região.

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Laser-TIG–hybridihitsauksen soveltuvuustutkimus

Tässä tutkimuksessa selvitetään ilman hitsauslisäainetta tapahtuvan laser–TIG–hybridihitsausprosessin soveltuvuus 6 mm ja 8 mm paksujen päittäisliitettyjen S355 K2 ja Laser 355 MC rakenneterästen hitsaukseen. Hitsien tarkastelussa huomio kiinnitetään hitsausnopeuteen, hitsien tunkeumaan, liittämistehokkuuteen, hitsien kovuuteen ja hitsausliitoksen ulkonäköön. Muita tutkittavia asioita ovat laser-TIG-hybridihitsattujen levyjen muodonmuutokset ja suuresta hitsausnopeudesta sekä pienestä t8/5 jäähtymisajasta johtuvat mahdolliset kylmähalkeamat. Laser-TIG-hybridihitsejä verrataan robotti-MAG- ja käsin MAG-hitseihin sekä kaarihitsausstandardin SFS-EN ISO 5817 hitsiluokkien mukaisiin raja-arvoihin. Laser-TIG-hybridihitsausprosessissa TIG-valokaari mahdollistaa tasaisen ja lähes roiskeettoman hitsin ja lasersäde aikaansaa syvän tunkeuman sekä tasalaatuisen juurihitsin. Laser-TIG-hybridihitsausprosessilla 6 mm paksut S355 K2 rakenneteräslevyt on mahdollista hitsata levyn yhdeltä puolelta kerralla valmiiksi. Paksummat 8 mm levyt voidaan hitsata levyn yhdeltä tai molemmilta puolilta suoritettavalla laser-TIG-hybridihitsauksella. Laser-TIG-hybridihitsausprosessilla hitsatut hitsit ovat hyvin siistejä ja lähes roiskeettomia. Verrattaessa laser-TIG-hybridihitsausprosessia muihin hitsausprosesseihin sen voidaan todeta olevan erittäin kilpailukykyinen 6 mm paksujen päittäisliitettyjen rakenneterästen hitsaamisessa, mutta se soveltuu myös 8 mm paksujen rakenneterästen hitsaamiseen. Tutkitut hitsit täyttävät kaarihitsausstandardin SFS-EN ISO 5817 B- ja D-hitsiluokkien mukaiset raja-arvot. Vertailukokeet 6 mm paksulla S355 rakenneteräksellä osoittavat, että yhdeltä puolelta suoritettavan laser-TIG-hybridihitsauksen hitsausnopeus on robotti-MAG-hitsaukseen verrattuna yli nelinkertainen ja MAG-käsinhitsaukseen verrattuna yli viisinkertainen. Laser-TIG-hybridihitsauksessa liittämistehokkuus on noin viisinkertainen robotti-MAGhitsaukseen verrattuna. Molemmilta puolilta suoritettavalla laser-TIG-hybridihitsauksella voidaan 8 mm paksulla S355 rakenneteräksellä saavuttaa noin kolminkertainen hitsausnopeus ja liittämistehokkuus robotti-MAG-hitsaukseen verrattuna. Laser-TIG-hybridihitsauksessa TIG-kaaren tuoman lisälämmön ansiosta suurillakin hitsausnopeuksilla (1 m/min) voidaan saavuttaa edulliset kovuusarvot. Kovuusmittausten tulosten perusteella 6 mm ja 8 mm paksujen S355 K2 ja Laser 355 MC rakenneterästen hitsit eivät ylittäneet kaarihitsausstandardin määrittelemää 350 HV kovuuden enimmäisrajaa. Laser-TIG-hybridihitsauksen edullisesta lämmöntuonnista johtuen levyjen pituus- ja poikittaissuuntaiset muodonmuutokset ovat noin 80 prosenttia pienemmät kuin käsin suoritettavassa MAG-hitsauksessa. Laser-TIG-hybridihitsausprosessilla käytetään I-railoa, mutta robotti-MAG- ja käsin MAG-hitsausprosesseilla joudutaan käyttämään V-railoa, jolloin lämmöntuonti ja siitä johtuvat muodonmuutokset ovat suuremmat. Korkea liittämistehokkuus ja edullinen lämmöntuonti merkitsevät vähäisempiä muodonmuutoksia ja siten merkittäviä säästöjä työ-, materiaali- ja energiakustannuksissa. 8 mm ja sitä paksummilla S355 rakenneteräksillä levyn yhdeltä puolelta suoritettava päittäisliitoksen hitsaaminen on laser-TIG hybridihitsauksella haastavaa, koska yli 200 A:n TIG-kaarivirralla suuri metallisula aiheuttaa avaimenreiän sulkeutumisen ja avaimenreiän alaosaan muodostuu kaasukuplia. Tästä voidaan tehdä sellainen johtopäätös, että päittäisliitettävien levyjen ilmarakoa pitäisi kasvattaa niin suureksi, että avaimenreiän sulavirtaus ei pääse estymään. Yli 0,25 mm:n ilmarako edellyttää lasersäteen vaaputusta tai säteen halkaisijan kasvattamista. Ilmaraon kasvattaminen edellyttää myös lisäaineen käyttöä. Tutkimustulosten perusteella laser-TIG-hybridihitsausprosessilla voidaan saavuttaa merkittäviä etuja ja kustannussäästöjä, joten sen hyödyntämistä kannattaa harkita 8 mm ja sitä ohuempien päittäisliitettävien tuotteiden konepaja- ja tehdastuotannossa. Laser-TIGhybridihitsausprosessi soveltuu esimerkiksi seuraavien tuotteiden hitsaamiseen: päittäisliitettävät levyt, palkit, koneenosat, putket, säiliöt ja erilaiset pyörähdyskappaleet.

Journal du commerce, de politique et de littérature

1818/07/14 (Numéro 355).

Journal du commerce, de politique et de littérature

1818/07/13 (Numéro 355).

Vesiensuojelun vuosikymmenet

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Myöhäiskeskiajan arkeologian yleisesitys

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