一種變流器igbt功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種變流器IGBT功率模測試系統(tǒng)及方法，尤其是涉及一種變流器IGBT功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，IGBT功率模塊廣泛應(yīng)用于電氣傳動與新能源發(fā)電系統(tǒng)中，如電動汽車、地鐵、高鐵以及風(fēng)電等。本發(fā)明提出一種變流器中IGBT功率模塊雙脈沖測試系統(tǒng)與方法以方便現(xiàn)場測量IGBT開關(guān)特性，對確保變流器安全、高效、可靠運行具有重要意義。一方面，在變流器設(shè)計與開發(fā)階段，現(xiàn)場測量變流器中IGBT功率模塊的開關(guān)特性可對門極驅(qū)動與主回路優(yōu)化(如門極電阻值選擇、直流母排布置等)提供依據(jù)。例如IGBT關(guān)斷時的尖峰電壓以及IGBT開通時的二極管反向恢復(fù)電流是否在安全范圍內(nèi)，以及開關(guān)過程當中是否存在不合適的振蕩等。另一方面，變流器長期使用過程中，IGBT功率模塊受機電熱等各種應(yīng)力的反復(fù)作用會導(dǎo)致器件運行性能下降甚至最終失效?，F(xiàn)場測量變流器中IGBT功率模塊的開關(guān)特性可及時獲取IGBT狀態(tài)信息，有效實施變流器故障預(yù)診斷。
[0003]國家標準《GB/T29332-2012》詳細規(guī)定了IGBT開關(guān)特性的測試方法，該方法在實驗室利用專用測試設(shè)備單獨對IGBT器件進行測試，并不適用于在現(xiàn)場對變流器系統(tǒng)中的IGBT模塊進行測試。
[0004]2010年中國電機工程學(xué)報發(fā)表的《IGBT開關(guān)特性離線測試系統(tǒng)》一文中提出了一種IGBT開關(guān)特性離線測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)包括器件開關(guān)特性的硬件測試平臺和開關(guān)損耗建模軟件平臺兩部分，能自動測試器件的開關(guān)特性，并分析開關(guān)損耗。但是該系統(tǒng)只能在實驗室進行測試，并不適用于現(xiàn)場測試。
[0005]2010年中國電機工程學(xué)報發(fā)表的《大功率直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)高效率變流器設(shè)計》一文中提出一種結(jié)合電路時域仿真與器件損耗曲線計算變流器損耗的方法，該方法無需額外的裝置，但由于器件損耗曲線與實際運行情況存在一定的差異，所以該方法誤差較大，難以滿足工程需求。
[0006]2013年電力自動化設(shè)備發(fā)表的《兆瓦級全功率風(fēng)電并網(wǎng)變流器功率組件設(shè)計》一文中提出了一種計算器件(IGBT)損耗的方法。該方法結(jié)合器件手冊和理論計算來估算器件的損耗。通過其實驗對比，發(fā)現(xiàn)估算值與實際值存在10%左右的誤差，損耗估算的精度不尚O
[0007]2013年劉琦、王志民等人發(fā)表的《一種IGBT驅(qū)動模塊雙脈沖測試裝置》一文中提出了一種針對電動汽車用IGBT動態(tài)特性測試的方法和裝置。測試過程中將IGBT功率單元裝入模擬控制器中，利用模擬控制器來模擬IGBT在汽車運行過程中實際工作電壓和電流對IGBT進行雙脈沖測試。但該方法只能在實驗室利用專用測試設(shè)備(模擬控制器、高壓電源、負載電感)進行測試，并不適用于現(xiàn)場測試。
[0008]中國專利申請201220471832.8和中國專利申請201210342475.X中均提出了一種自動測試IGBT動態(tài)特性的裝置與方法。該裝置能夠自動采集、傳輸并處理雙脈沖測試得到的數(shù)據(jù)，從而獲得IGBT的動態(tài)特性，但該方法并不適用于現(xiàn)場測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種適于現(xiàn)場測量、測量方便、測量準確的變流器IGBT功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試系統(tǒng)及方法，可在電氣傳動或新能源發(fā)電系統(tǒng)(如電動汽車、地鐵、高鐵以及風(fēng)電等)現(xiàn)場對變流器實施雙脈沖測試。
[0010]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種變流器IGBT功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試系統(tǒng)，用于現(xiàn)場測試變流器中IGBT功率模塊的特性，包括
[0011]雙脈沖測試電路:包括依次連接的輸入電源、變流器及負載，所述的輸入電源為應(yīng)用變流器的系統(tǒng)中實際使用的輸入電源，所述的負載為應(yīng)用變流器的系統(tǒng)中實際使用的電機，
[0012]檢測單元:用于檢測所述的變流器中IGBT功率模塊中各個IGBT的相關(guān)參數(shù)，
[0013]數(shù)據(jù)采集單元:與所述的檢測單元連接，用于采集測得的IGBT的相關(guān)參數(shù)，
[0014]數(shù)據(jù)處理單元:與所述的數(shù)據(jù)采集單元連接，用于對測得的IGBT的相關(guān)參數(shù)進行分析處理。
[0015]所述的輸入電源與所述的變流器的直流母線電容連接，用于對直流母線電容充電，
[0016]所述的電機的三相繞組與所述的變流器的IGBT功率模塊連接。
[0017]所述的檢測單元包括差分隔離電壓探頭和高速電流探頭，
[0018]所述的差分隔離電壓探頭設(shè)有兩個，用于檢測變流器IGBT功率模塊中各個IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce和柵極-發(fā)射極電壓Vce，
[0019]所述的高速電流探頭用于測量變流器IGBT功率模塊中各個IGBT的集電極電流ic。
[0020]所述的數(shù)據(jù)采集單元為示波器或采集板卡，用于觀測波形并存儲數(shù)據(jù)。
[0021]所述的數(shù)據(jù)處理單元為上位機。
[0022]一種基于變流器IGBT功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟:
[0023]I)構(gòu)建雙脈沖測試電路；
[0024]2)數(shù)據(jù)測量:測量變流器IGBT功率模塊中各IGBT的開關(guān)參數(shù)；
[0025]3)數(shù)據(jù)處理:對測得的IGBT的開關(guān)參數(shù)進行分析處理；
[0026]4)判斷所有變流器IGBT功率模塊中所有IGBT是否都已測量，如果是，則測試結(jié)束，否則，返回步驟2)。
[0027]所述的測試方法，所述的步驟具體為:在應(yīng)用待測變流器的系統(tǒng)停機狀態(tài)下，依次連接輸入電源、變流器及負載，并利用輸入電源對變流器的直流母線電容充電，充電完成后，斷開變流器與輸入電源的電氣連接。
[0028]所述的步驟2)具體為:
[0029 ] 201)給變流器IGBT功率模塊中的被測IGBT施加雙脈沖；
[0030]202)當被測IGBT的編號i <3時，設(shè)置編號為i+3的IGBT為開通狀態(tài)，其余IGBT為關(guān)斷狀態(tài)，測量此時IGBT的集電極-發(fā)射極電壓VCE、柵極-發(fā)射極電壓Vge和集電極電流ic;
[0031]當被測IGBT的編號i>3時，設(shè)置編號為1-3的IGBT為開通狀態(tài)，其余IGBT為關(guān)斷狀態(tài)，測量此時IGBT的集電極-發(fā)射極電壓VCE、柵極-發(fā)射極電壓Vge和集電極電流ic;
[0032]203)改變所述的雙脈沖的寬度或變流器IGBT功率模塊的殼溫測量不同電流與溫度條件下所述的被測IGBT的動態(tài)特性。最終通過一系列實驗測量不同條件下(如電流與溫度)變流器中任意IGBT的開關(guān)特性。
[0033]所述的步驟3)具體為:根據(jù)步驟中測得的數(shù)據(jù)，計算相應(yīng)IGBT的開關(guān)特性參數(shù)，所述的開關(guān)特性參數(shù)包括開通時間Un，關(guān)斷時間Uff，開通損耗Ecin與關(guān)斷損耗Eciff,并將不同運行條件下IGBT的開關(guān)特性參數(shù)繪制成曲線。
[0034]本發(fā)明可在電氣傳動或新能源發(fā)電系統(tǒng)(如電動汽車、地鐵、高鐵以及風(fēng)電等)現(xiàn)場對變流器IGBT功率模塊實施雙脈沖測試。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0036](I)本發(fā)明能在變流器運行現(xiàn)場對變流器IGBT功率模塊進行雙脈沖測試，以驗證變流器運行性能或檢測IGBT運行狀態(tài)，為變流器優(yōu)化設(shè)計以及現(xiàn)場故障預(yù)診斷提供幫助；
[0037](2)適用于現(xiàn)場測量:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法無需改動實際系統(tǒng)的電氣主回路，可在工業(yè)現(xiàn)場對變流器中IGBT功率模塊進行雙脈沖測試，及時、準確地獲取實際系統(tǒng)中變流器IGBT功率模塊的開關(guān)特性(如IGBT開通、關(guān)斷損耗等)；
[0038](3)測試結(jié)果精確:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過現(xiàn)場直接測量獲取實際系統(tǒng)中變流器IGBT功率模塊的開關(guān)特性(如IGBT開通、關(guān)斷損耗等)，消除了建模仿真與理論計算帶來的誤差以及實驗室測試系統(tǒng)與實際系統(tǒng)不同所引起的誤差；
[0039](4)測試簡便、經(jīng)濟:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法僅需兩個電壓探頭、一個電流探頭、一個示波器或采集板卡以及一臺上位機，無需增加直流電源、負載電感、驅(qū)動模塊、信號控制與調(diào)理電路等；
[0040](5)本發(fā)明利用實際系統(tǒng)現(xiàn)成的硬件條件來完成雙脈沖測試，簡化了測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)省了測試成本。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發(fā)明雙脈沖測試電路的連接圖；
[0042]圖2為本發(fā)明上位機、示波器、差分隔離電壓探頭和高速電流探頭的連接示意圖；
[0043]圖3為本發(fā)明一種變流器IGBT功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試方法的流程圖；
[0044]圖4為本實施例中IGBT管T6的開通過程曲線；
[0045]圖5為本實施例中IGBT管T6的關(guān)斷過程曲線；
[0046]圖6為本實施例中IGBT管T6的開關(guān)時間與電流的關(guān)系曲線圖；
[0047]圖7為本實施例中IGBT管T6的開關(guān)損耗與電流的關(guān)系曲線圖；
[0048]圖中標識為:I輸入電源，2直流母線電容，3IGBT功率模塊，4電機。
【具體實施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0050]如圖1一2所示，一種變流器IGBT功率模塊現(xiàn)場雙脈沖測試系統(tǒng)，用于現(xiàn)場測試變流器中IGBT功率模塊3的特性，包括
[0051]雙脈沖測試電路:包括依次連接的輸入電源1、變流器及負載，所述的輸入電源I為應(yīng)用變流器的系統(tǒng)中實際使用的輸入電源，所述的負載為應(yīng)用變流器的系統(tǒng)中實