[發(fā)明專利]一種客車車下電源IGBT模塊壽命預(yù)測方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111162382.4
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113591336B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 成庶;張璐琳;于天劍;李東;胡裕松;伍珣
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R31/26;G06F119/04;G06F119/08
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 曾志鵬

本發(fā)明公開了一種客車車下電源IGBT模塊壽命預(yù)測方法，包括以下步驟：獲取客車不同工況下的負(fù)載電流；建立IGBT器件的損耗模型，以負(fù)載電流為輸入得到客車不同工況下的損耗功率；獲取溫度傳感器測量到的器件殼溫，根據(jù)所述損耗功率和所述器件殼溫，通過熱模型計算得到所述IGBT器件的結(jié)溫，確定工況與結(jié)溫的對應(yīng)關(guān)系得到工況?結(jié)溫曲線；對所述IGBT器件進(jìn)行老化實驗，使用疲勞累計損傷理論依據(jù)所述工況?結(jié)溫曲線對IGBT器件進(jìn)行剩余壽命時間計算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種客車車下電源IGBT模塊壽命預(yù)測方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著軌道交通的發(fā)展，軌道交通車輛的可靠性變得尤為重要，客車車下電源作為客車的核心部分，其使用壽命與客車的可靠性密切相關(guān)。對于客車車下電源來說其關(guān)鍵部分是IGBT模塊，因此，若能依據(jù)機車變流器任務(wù)曲線求得IGBT模塊的疲勞累積損傷，分析其老化指標(biāo)，并依此對模塊的剩余壽命進(jìn)行合理的估計，則不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模塊疲勞失效前的及時更換，還能“分線”優(yōu)化功率模塊的檢查與維修計劃，并最終大幅降低因IGBT模塊疲勞失效而引發(fā)牽引變流器故障的概率。

現(xiàn)有的壽命估算方法均是對于一般工況下電源IGBT模塊進(jìn)行壽命預(yù)測，沒有針對客車車下電源IGBT模塊進(jìn)行壽命預(yù)測。本方法考慮到青藏客車車下電源的工作特性，針對具體的應(yīng)用場合對壽命進(jìn)行預(yù)測，可以大大提高最終結(jié)果的有效性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在提供一種客車車下電源IGBT模塊壽命預(yù)測方法及其系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷。

本發(fā)明首先公開了一種客車車下電源IGBT模塊壽命預(yù)測方法，參見圖1，包括以下步驟：

S1：獲取客車不同工況下的負(fù)載電流。

首先根據(jù)車輛運營情況可知不同的工作模式，由不同工作模式計算可得在不同工況下的負(fù)載電流等具體數(shù)值。

根據(jù)不同工作模式對應(yīng)的負(fù)載電流構(gòu)建任務(wù)曲線。任務(wù)曲線是用于描述不同的元件、裝置或系統(tǒng)在特定的運行階段內(nèi)所經(jīng)歷工作環(huán)境和電氣參數(shù)的變化。客車由直供電機車從接觸網(wǎng)取電后，經(jīng)調(diào)頻調(diào)壓逆變器逆變、整流后，向其提供DC600V電源供給本車逆變器和充電機。逆變器負(fù)責(zé)把 DC600V 變換成 3×AC380V、50Hz 交流電，主要為空調(diào)列車的空調(diào)機組、電開水爐等三相交流用電負(fù)載供電。

青藏客車途徑青藏高原，其具有缺氧、低溫、低壓、紫外線強、風(fēng)沙大等嚴(yán)酷的環(huán)境特點，對客車車下電源來說，要加大功率來應(yīng)對嚴(yán)酷環(huán)境的特殊供電需求。青藏客車車下逆變電源運行功率變大，則其產(chǎn)生的熱量也會變大，同時高原環(huán)境空氣稀薄，不利于逆變電源的熱量散失，則會導(dǎo)致器件的結(jié)溫升高。

由于客車增加制氧系統(tǒng)帶來的總用電負(fù)荷相比平原車增加近1倍，青藏客車供電由大功率的髙原發(fā)電車提供DC600V電源，通過貫通全列客車編組的相互獨立的2路供電干線，分別接人每輛客車的青藏客車專用綜合控制柜，由綜合控制柜控制，向全車的用電設(shè)備和電氣系統(tǒng)供電。髙原發(fā)電車由普通發(fā)電車的最大1000kw，增加到平原運行時的2000kw，高原運行時可輸出1450kw，分別由2套獨立的機組向2路干線供電。客車干線和車端供電連接器的通流能力增加1倍。車下電源（逆變器）將DC600V 電源逆 變?yōu)?3AC×380V的 交流電源，向本車交流負(fù)載供電，容量由普通平原客車的2×35kV·A加大到2×50kV·A。

由于客車空調(diào)和制氧系統(tǒng)，實際運行時存在平原冬季、平原夏季、平原春秋季、高原冬季、高原夏季、高原春秋季的不同模式。

逆變器為旅客列車單元式空調(diào)機組、電開水器等用電負(fù)荷提供電源，其工作狀態(tài)直接影響用電負(fù)載的使用。

額定輸入電壓：DC600V；

逆變器額定功率：2*50kVA 或 1*50kVA；

控制回路額定電壓：DC110V；