[實用新型]一種功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置

有效

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• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN206788322U
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設計）人: 陳國棟;李武華;李高顯;田野;侯北;常垚;祝沖沖
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙)31241
• 代理人: 盧艷民

技術領域

本實用新型涉及一種功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，屬于電力電子在電力系統(tǒng)應用領域。

背景技術

在新能源轉換系統(tǒng)中，影響可靠性的關鍵部分是功率變流器裝置，而功率器件不僅是該裝置中的核心元件，又是最脆弱的元件之一。因此以可靠性為導向的功率變流器設計與運行維護對于保證新能源發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

半導體器件在其壽命歷程中，其可靠性受多種內外因素影響，存在電、熱和機械等多物理場耦合，其失效既可能是電磁瞬態(tài)失效，也可能是依賴于時間的熱疲勞損傷累積導致的老化失效。以可靠性為導向的變流器設計在于降低兩種失效形式的概率。

電磁瞬態(tài)失效主要受器件內部高溫和電應力所致，電熱應力與換流回路、驅動回路和散熱器設計相關，因此變流器設計階段需要關注電熱應力相關的參量(例如關斷電壓尖峰、開通反向恢復電流、電壓電流的變化率、功率器件結溫和散熱器溫度等)是否在系統(tǒng)安全穩(wěn)定區(qū)域，這些電熱參量可以通過測量及數(shù)據(jù)后處理獲取。

功率器件依賴于時間的的老化失效，在其衰退過程中相關電熱參量(例如飽和壓降vce，閾值電壓vgeth和熱阻抗Zth等)會發(fā)生相應變化，為了降低因功率變流器老化失效而引起的不定期維修成本和停機損失等，需深入研究IGBT器件老化過程中相關電參量的變化規(guī)律，對運行過程的功率變流器相關電參量進行測試分析。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，自動化程度高且易操作，可以快速而準確的提取出功率器件開關瞬態(tài)過程的電參量，用于指導功率變流器的可靠性設計，用于分析功率器件衰退過程中相關參量的變化規(guī)律進而評估功率變流器的健康狀況。

實現(xiàn)上述目的技術方案是：一種功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，包括硬件測試平臺、數(shù)據(jù)采集模塊、控制器、上位機和數(shù)據(jù)后處理模塊；

所述硬件測試平臺包括變壓器、整流器、電容器、充電電阻、硬件測試平臺、泄能電阻、疊層母排、功率器件和加熱板；所述變壓器、整流器、充電電阻、繼電器依次串聯(lián)后作為所述電容器的功率輸入，所述電容器和功率器件分別安裝到所述疊層母排上，所述泄能電阻與所述電容器并聯(lián)；

所述功率器件通過導熱硅脂固定在所述加熱板上，所述加熱板連接有溫控儀；

所述數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)采集器和示波器，所述數(shù)據(jù)采集器采集電流電壓數(shù)據(jù)，并將電流電壓數(shù)據(jù)上傳到所述示波器和所述上位機；

所述控制器，用于接受上位機的指令，并通過光纖向所述功率器件下發(fā)觸發(fā)脈沖指令和閉鎖指令；

所述上位機，為控制指令層，將測試條件經(jīng)通訊接口傳送給所述控制器；將采樣條件經(jīng)通訊接口傳送給所述數(shù)據(jù)采集器以及示波器；

所述數(shù)據(jù)后處理模塊，完成電流電壓數(shù)據(jù)的后處理操作，提取功率器件的開關動態(tài)參量，所述開關動態(tài)參量包括開關時間、開通電流過沖、關斷電壓和開關損耗。

上述的功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，其中，所述控制器采用DSP控制器；所述上位機采用LabVIEW上位機；所述數(shù)據(jù)后處理模塊采用數(shù)據(jù)后處理GUI(Graphical User Interface，簡稱GUI，又稱圖形用戶接口)界面。

上述的功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，其中，交流電依次經(jīng)所述變壓器升壓、整流器不可控整流后與所述充電電阻及繼電器串聯(lián)后作為所述電容器的功率輸入，所述電容器和功率器件分別安裝到所述疊層母排上，所述泄能電阻與所述電容器并聯(lián)，釋放所述電容器的能量；所述加熱板通過所述溫控儀控制其維持在設定的溫度。

上述的功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，所述數(shù)據(jù)采集器包括電流探頭和電流探頭，其中：

所述電流探頭采集集電極電流數(shù)據(jù)，并把集電極電流數(shù)據(jù)上傳到所述示波器和所述上位機；

所述電壓探頭采集集電極-發(fā)射極電壓數(shù)據(jù)、二極管電壓數(shù)據(jù)、門極驅動電壓數(shù)據(jù)和輔助電壓數(shù)據(jù)，并把采集的所有電壓數(shù)據(jù)上傳到所述示波器和所述上位機。

本實用新型的功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，可測量功率器件系統(tǒng)開關過程的動態(tài)參量，提取能夠反映功率器件健康狀況的電參量，進而評估系統(tǒng)的可靠性，以解決現(xiàn)有工程技術對功率器件參量提取不足，無法反映其運行健康狀況的問題，以保證整個功率變流器系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行，也可指導變流器的可靠性設計。

本實用新型的功率變流器開關動態(tài)參量提取裝置，與現(xiàn)有技術相比，有益效果是：

1、本實用新型提供的提取裝置，自動化程度高，簡單易操作，界面友好，將功率器件安裝在疊層母排端子上，可測多個功率器件的開關動態(tài)參量；