一種三相逆變系統(tǒng)igbt模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，該裝置的組成包括：整流調(diào)壓濾波電路、三相橋式逆變電路、溫度傳感器、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)、繼電器、散熱風(fēng)扇、三相可調(diào)負(fù)載、IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路和計(jì)算機(jī)，其中，三相橋式逆變電路的輸入端連接整流調(diào)壓濾波電路，三相橋式逆變電路輸出端連接三相可調(diào)負(fù)載，門極SPWM信號(hào)控制電路輸出端連接三相橋式逆變電路中IGBT模塊的門極；溫度傳感器、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)以及繼電器依次連接，繼電器分別連接散熱風(fēng)扇和三相可調(diào)負(fù)載，溫度傳感器和散熱風(fēng)扇分別與三相橋式逆變電路相連；發(fā)明能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊銅底板溫度的控制，完成功率與溫度對(duì)IGBT模塊可靠性影響的試驗(yàn)。
【專利說明】一種三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子器件領(lǐng)域內(nèi)的一種檢測(cè)試驗(yàn)裝置，特別涉及可以完成模擬IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)功率模塊實(shí)際工作條件的檢測(cè)試驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等電力電子器件在各類電能變換裝置中發(fā)揮的作用越來越重要，IGBT功率模塊正朝著高頻化、大功率化、高度集成化發(fā)展，這必然會(huì)使其得到更加廣泛的應(yīng)用空間，但這同樣會(huì)導(dǎo)致模塊的發(fā)熱量大幅度提高，而在有限的散熱條件下，電熱效應(yīng)引起的模塊溫度升高，將加速模塊的電熱疲勞，熱疲勞積累嚴(yán)重時(shí)，系統(tǒng)的工作性能會(huì)明顯下降。在各種變流裝置中，功率模塊失效引發(fā)的機(jī)電故障占系統(tǒng)故障率的很大一部分，并且可能會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)造成非常嚴(yán)重的損失。
[0003]明顯的溫度波動(dòng)將導(dǎo)致IGBT模塊封裝組件或材料的疲勞斷裂，溫度改變會(huì)引起材料的屬性變化，而由此帶來電容量、阻抗值等的改變，這必然影響電氣信號(hào)的傳輸特性以及IGBT模塊的各種電氣參數(shù)，模塊的功率循環(huán)強(qiáng)度以及溫度波動(dòng)與模塊的電熱疲勞程度及退化水平之間具有非常密切的關(guān)系。
[0004]在以往的試驗(yàn)中，都是通過搭建直流穩(wěn)壓源、IGBT模塊及其驅(qū)動(dòng)電路、電阻負(fù)載等組成的電路，作為研究IGBT模塊電氣參數(shù)的試驗(yàn)電路，這樣的試驗(yàn)裝置與實(shí)際的IGBT模塊工作場(chǎng)合相差較大，而在實(shí)際工況下，IGBT模塊的電氣參數(shù)及溫度特性又很難檢測(cè)，所以可靠性難以實(shí)現(xiàn)有效的在線評(píng)估。
[0005]“一種IGBT模塊溫度檢測(cè)方法”(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201210230805)專利主要通過采集NTC熱敏電阻的電壓來檢測(cè)IGBT溫度，避免IGBT過熱燒毀；“利用IGBT溫度控制逆變器輸出功率降額的電路系統(tǒng)”(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201220497550)專利無需外加額外溫度傳感器，通過合理的檢測(cè)手段，提升了溫度檢測(cè)精度，提高了逆變器過熱保護(hù)的工作性能；“一種大功率IGBT溫度采集保護(hù)電路”(專利申請(qǐng)?zhí)?CN201310314640)專利實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT溫度，能及時(shí)采取保護(hù)措施，提高設(shè)備工作的可靠性。以上專利皆是針對(duì)IGBT模塊溫度，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，提高了 IGBT工作可靠性，但均不涉及逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率與溫度檢測(cè)及控制的試驗(yàn)裝置。
[0006]為了保障和提高IGBT模塊的工作可靠性，確保變流設(shè)備等正常運(yùn)行，所以迫切需要一種模擬IGBT模塊實(shí)際工作情況且可以檢測(cè)并控制IGBT模塊功率和溫度的試驗(yàn)裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的為針對(duì)當(dāng)前技術(shù)的不足，提供一種三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，該裝置通過控制IGBT模塊的集電極電流、集射極電壓以及門極開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊功率的控制，通過溫度采集系統(tǒng)與散熱風(fēng)扇和負(fù)載相連，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度采集，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)IGBT模塊溫度的控制；能改變逆變系統(tǒng)直流母線電壓與調(diào)節(jié)接入負(fù)載相互配合達(dá)到控制IGBT模塊集電極電流與集射極電壓的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊的功率進(jìn)行控制；能通過外部按鍵對(duì)IGBT的門極SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率進(jìn)行控制，并且可以實(shí)現(xiàn)在連續(xù)工作情況下，實(shí)時(shí)改變SPWM信號(hào)頻率；能通過溫度傳感器與溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，并通過設(shè)置不同的控制繼電器的溫度值上下限，對(duì)散熱風(fēng)扇和接入負(fù)載進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊銅基板溫度的控制，并且具有過溫保護(hù)、失效報(bào)警的功倉泛。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]一種三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，包括:整流調(diào)壓濾波電路、三相橋式逆變電路、溫度傳感器、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)、繼電器、散熱風(fēng)扇、三相可調(diào)負(fù)載、IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路和計(jì)算機(jī)，其連接關(guān)系為:三相橋式逆變電路的輸入端連接整流調(diào)壓濾波電路，三相橋式逆變電路輸出端連接三相可調(diào)負(fù)載，門極SPWM信號(hào)控制電路輸出端連接三相橋式逆變電路中IGBT模塊的門極；溫度傳感器、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)以及繼電器依次連接，繼電器分別連接散熱風(fēng)扇和三相可調(diào)負(fù)載，溫度傳感器和散熱風(fēng)扇分別與三相橋式逆變電路相連；溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連。
[0010]所述的整流調(diào)壓電路由斷路器Q、單相橋式全控整流模塊、直流電容Cd、直流電壓負(fù)反饋模塊、電位器Rw、變壓器Tl及保險(xiǎn)FUl組成；其連接方式為:斷路器Q連接輸入交流220V主線路；單相橋式全控整流模塊的供電端、直流電壓負(fù)反饋模塊的供電端、與變壓器Tl的高壓端分別與輸入主線路連接；變壓器Tl低壓端與單相橋式全控整流模塊低壓輸入端連接；直流電壓負(fù)反饋模塊的電壓控制端連接電位器Rw，電壓反饋端連接單相橋式全控整流模塊直流輸出端，con端與單相橋式全控整流模塊con端連接；單相橋式全控整流模塊的直流輸出端并聯(lián)2個(gè)直流電容Cd，經(jīng)保險(xiǎn)FUl與三相橋式逆變電路相連。
[0011]所述的三相橋式逆變電路包括三個(gè)逆變橋臂、隔離升壓變壓器T2、中間接觸器KMl、熱繼電器FR和總開關(guān)按鍵SB組成，其連接方式是:三個(gè)逆變橋臂、中間接觸器KMlJS離升壓變壓器T2與熱繼電器FR依次連接；總開關(guān)按鍵SB —端連接220V供電端，另一端與中間接觸器KMl的線圈和熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)依次相連；每個(gè)橋臂安裝上下兩個(gè)IGBT模塊，三個(gè)逆變橋臂，共安裝6個(gè)IGBT模塊，并在每個(gè)IGBT模塊安裝處，已安裝吸收電容Cxl?Cx6，且每個(gè)逆變橋臂均自帶過流保護(hù)FU。
[0012]所述的溫度傳感器包括6個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器探頭；
[0013]所述的三相可調(diào)負(fù)載包括第I可調(diào)負(fù)載、第2可調(diào)負(fù)載以及中間接觸器KM2，其連接方式為:中間接觸器KM2與第2可調(diào)負(fù)載直接相連，并與第I可調(diào)負(fù)載組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，且均為三相四線接法；
[0014]所述的繼電器由5個(gè)各自獨(dú)立的繼電器Kl?K5組成；
[0015]所述的IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路的組成包括FPGA芯片、電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)器、報(bào)警電路、門極不對(duì)稱電阻及穩(wěn)壓電路，其連接方式是:FPGA芯片、電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)器、門極不對(duì)稱電阻電路以及穩(wěn)壓電路依次相連，報(bào)警電路與驅(qū)動(dòng)器相連，且FPGA芯片的過溫檢測(cè)端與繼電器中的繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)連接。
[0016]所述的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置的運(yùn)行方法，包括以下步驟:
[0017]⑴三相橋式逆變電路的每個(gè)橋臂的上下管位置分別安裝一個(gè)IGBT模塊；
[0018]⑵打開裝置，接通三相橋式逆變電路中的中間接觸器KMl，檢查各儀表顯示是否正常，裝置進(jìn)行初始化，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，分別為:
[0019]①調(diào)整初始直流母線電壓:閉合主電路開關(guān)，檢查各儀表是否顯示正常，調(diào)整用于控制晶閘管整流橋的外接電位器(O?20kQ)，將直流母線電壓調(diào)整問試驗(yàn)需要電壓值；
[0020]②調(diào)整初始接入負(fù)載值:初始負(fù)載采用大功率三相可調(diào)瓷盤電阻器(第I負(fù)載)，根據(jù)需要設(shè)定的IGBT模塊集電極電流值，在O?80Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)負(fù)載；
[0021]③設(shè)置IGBT模塊門極驅(qū)動(dòng)SPWM信號(hào)頻率，通過FPGA芯片外置頻率檢測(cè)輸入端KEY+和KEY-來改變SPWM信號(hào)頻率，最高頻率設(shè)置為30KHz，最低頻率設(shè)置為500Hz，每按一次KEY+頻率上升500Hz，按下KEY-頻率下降500Hz ；
[0022]④設(shè)置單片機(jī)控制繼電器的動(dòng)作溫度上限和下限值，控制IGBT模塊散熱風(fēng)扇及第2負(fù)載的接入和斷開:
[0023]a.設(shè)置過溫臨界溫度上限，當(dāng)IGBT模塊銅基板溫度達(dá)到臨界溫度Hl是繼電器I動(dòng)作輸出高電平，F(xiàn)PGA芯片檢測(cè)到高電平輸入，停止SPWM信號(hào)輸出，并過溫報(bào)警；
[0024]b.通過設(shè)置控制繼電器2的上限溫度H2和下限溫度L2，將IGBT模塊銅基板維持在試驗(yàn)預(yù)定溫度區(qū)間波動(dòng)，當(dāng)IGBT模塊銅基板溫度達(dá)到上限溫度H2時(shí)，繼電器閉合，開啟散熱風(fēng)扇對(duì)IGBT模塊銅基板進(jìn)行散熱；當(dāng)檢測(cè)到溫度降至L2時(shí)，繼電器2斷開，停止散熱，或通過調(diào)壓調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速，進(jìn)而控制降溫速度；
[0025]c.通過設(shè)置控制繼電器3動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值H3，將IGBT模塊銅基板溫度維持在試驗(yàn)預(yù)定溫度值，當(dāng)IGBT模塊銅基板溫度達(dá)到H3時(shí)，繼電器3接入風(fēng)扇，當(dāng)溫度降至H3以下時(shí)，繼電器3斷開風(fēng)扇；
[0026]d.當(dāng)需要模擬負(fù)載變化對(duì)IGBT模塊功率一溫度影響時(shí)，需要通過繼電器4和繼電器5相互配合改變接入第2負(fù)載的大小，當(dāng)檢測(cè)IGBT模塊銅基板溫度為L(zhǎng)4時(shí)，繼電器4動(dòng)作接入負(fù)載；當(dāng)檢測(cè)溫度為H5時(shí)，繼電器5動(dòng)作，斷開負(fù)載；
[0027]⑶開啟溫度采集系統(tǒng)、閉合逆變系統(tǒng)與負(fù)載連接的中間繼電器，裝置開始進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0028]⑷裝置在運(yùn)行過程中，對(duì)SPWM信號(hào)頻率按鍵進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵輸入發(fā)生變化，將對(duì)應(yīng)改變FPGA芯片輸出SPWM信號(hào)頻率，；
[0029](5)裝置在運(yùn)行過程中，對(duì)IGBT模塊銅基板溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其達(dá)到溫度設(shè)置臨界值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作，進(jìn)而控制散熱風(fēng)扇的接入或斷開以及第二負(fù)載的接入或斷開。
[0030](6)裝置在運(yùn)行過程中，檢測(cè)其工作是否正常，當(dāng)發(fā)生IGBT模塊過溫、短路，負(fù)載過流，逆變系統(tǒng)輸出斷相等故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷；
[0031](7)系統(tǒng)經(jīng)過上面⑷?(6)檢測(cè)步驟達(dá)到試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)后，通過預(yù)置端口，對(duì)IGBT模塊的電氣參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并存儲(chǔ)。
[0032](8)—輪試驗(yàn)完成后，按下關(guān)閉按鈕，系統(tǒng)停止工作。
[0033]⑶若需要繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)上述⑴?(7)過程，否則進(jìn)行下一步；
[0034](1Φ后處理采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的IGBT模塊重要電氣參數(shù)進(jìn)行后續(xù)處理，利用集電極電流和集射極電壓數(shù)據(jù)，可以計(jì)算IGBT模塊的瞬時(shí)功率和平均功率，分析穩(wěn)態(tài)集射極電壓變化趨勢(shì)等，進(jìn)而研究IGBT模塊的電氣性能和退化趨勢(shì)等。
[0035](11)結(jié)束試驗(yàn)。
[0036]所述的三相橋式逆變電路上每個(gè)橋臂的分別安裝IGBT模塊的方法，包括以下步驟:每個(gè)IGBT模塊銅基板安裝一個(gè)散熱片，散熱片與模塊銅基板之間均勻涂一層大約2 μ m的導(dǎo)熱硅脂，散熱片在IGBT模塊內(nèi)部IGBT芯片的正下方留有一個(gè)通孔，溫度傳感器探頭經(jīng)通孔對(duì)IGBT模塊銅基板進(jìn)行測(cè)溫。
[0037]本發(fā)明的有益效果和有點(diǎn):
[0038]⑴本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊銅基板溫度的控制，完成功率與溫度對(duì)IGBT模塊可靠性影響的試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中不需要人為干預(yù)，縮短了整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間。
[0039]⑵本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，屬于前后級(jí)均開環(huán)的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行裝置初始化，對(duì)逆變直流母線電壓，第一負(fù)載，在裝置可承受的電壓、電流和功率的范圍內(nèi)任意設(shè)置，即在模擬實(shí)際工作環(huán)境下，控制IGBT模塊的集射極電壓和集電極電流。
[0040]⑶本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在輸出正弦波頻率不變的情況下，改變IGBT模塊門極驅(qū)動(dòng)SPWM信號(hào)頻率，驗(yàn)證IGBT模塊開關(guān)頻率的變化對(duì)模塊功率的影響，并且可以在逆變器連續(xù)工作的情況下，根據(jù)試驗(yàn)要求，對(duì)SPWM信號(hào)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。
[0041]⑷本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，能夠?qū)GBT模塊的銅基板溫度維持在任意其可承受的溫度區(qū)間或溫度值附近。
[0042](5)本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，具有過流、斷相、短路、過溫保護(hù)，IGBT模塊或整個(gè)裝置某部分發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)并報(bào)警。
[0043](6)本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，預(yù)留有IGBT模塊集射極電壓、集電極電流等電氣參數(shù)檢測(cè)端口，可以很方便的使用示波器或數(shù)據(jù)采集卡對(duì)IGBT模塊重要電氣參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
[0044](7)本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，具有完整的數(shù)據(jù)保護(hù)功能，意外斷電不丟失，電源恢復(fù)后，不破壞以保存數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)永久存入計(jì)算機(jī)，方便轉(zhuǎn)存，查看和打印。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
[0046]圖2本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)連接圖
[0047]圖3溫度采集及溫度控制示意圖
[0048]圖4 IGBT模塊門極驅(qū)動(dòng)連接圖
[0049]圖5基于FPGA的SPWM信號(hào)生成結(jié)構(gòu)圖
[0050]圖6本發(fā)明的試驗(yàn)過程流程圖
[0051]圖7 IGBT開關(guān)頻率與其銅基板溫度的關(guān)系圖
[0052]圖8 IGBT集電極電流與其銅基板溫度的關(guān)系圖
[0053]圖9控制IGBT銅基板溫度區(qū)間變化圖
[0054]【具體實(shí)施方式】(結(jié)合附圖具體說明)
實(shí)施例:
[0055]如圖1所示，本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，包括:整流調(diào)壓濾波電路1、三相橋式逆變電路2、溫度傳感器3、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)4、繼電器5、散熱風(fēng)扇6、三相可調(diào)負(fù)載7、IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路8和計(jì)算機(jī)9，其連接關(guān)系為:三相橋式逆變電路2的輸入端連接整流調(diào)壓濾波電路1，三相橋式逆變電路2輸出端連接三相可調(diào)負(fù)載7，門極SPWM信號(hào)控制電路8輸出端連接三相橋式逆變電路2中IGBT模塊的門極，這便構(gòu)成整個(gè)裝置的主體框架；溫度傳感器3、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)4，以及繼電器5依次連接，繼電器5分別連接散熱風(fēng)扇6和三相可調(diào)負(fù)載7，溫度傳感器3和散熱風(fēng)扇6分別與三相橋式逆變電路2相連；溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4與計(jì)算機(jī)9相連。
[0056]如圖2所示為本發(fā)明的逆變電路及其輸入與輸出結(jié)構(gòu)連接圖，主要由整流調(diào)壓電路1、三相橋式逆變電路2、以及三相可調(diào)負(fù)載7等組成。
[0057]整流調(diào)壓電路I由斷路器Q、單相橋式全控整流模塊、直流電容Cd、直流電壓負(fù)反饋模塊、電位器Rw、變壓器Tl及保險(xiǎn)FUl組成；其連接方式為:斷路器Q連接輸入交流220V主線路；單相橋式全控整流模塊的供電端、直流電壓負(fù)反饋模塊的供電端、與變壓器Tl的高壓端分別與輸入主線路連接；變壓器Tl低壓端與單相橋式全控整流模塊低壓輸入端連接；直流電壓負(fù)反饋模塊的電壓控制端連接電位器Rw，電壓反饋端連接單相橋式全控整流模塊直流輸出端，con端與單相橋式全控整流模塊con端連接；單相橋式全控整流模塊的直流輸出端并聯(lián)2個(gè)直流電容Cd，經(jīng)保險(xiǎn)FUl與三相橋式逆變電路2相連。
[0058]220V交流電經(jīng)單相橋式全控整流模塊整流，輸出為直流脈動(dòng)電壓經(jīng)2個(gè)并聯(lián)直流電容進(jìn)行濾波，直流電壓負(fù)反饋模塊時(shí)刻對(duì)輸出直流電壓進(jìn)行采集，可以通過外接電位器Rw手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變系統(tǒng)直流母線電壓幅值的調(diào)節(jié)。其中:斷路器Q型號(hào)為CDB6v63，單相橋式全控整流模塊型號(hào)為DQZ-220D120E，直流電容Cd大小為3300 μ F，直流電壓負(fù)反饋模塊型號(hào)為MK-ZF/120-500E，電位器Rw大小為I?20k Ω，變壓器Tl變比為220V?18V，保險(xiǎn)FUl最大電流為40A。
[0059]三相橋式逆變電路2包括三個(gè)逆變橋臂、隔離升壓變壓器T2、中間接觸器KM1、熱繼電器FR和總開關(guān)按鍵SB組成，其連接方式是:三個(gè)逆變橋臂、中間接觸器KMl、隔離升壓變壓器T2與熱繼電器FR依次連接；總開關(guān)按鍵SB —端連接220V供電端，另一端與中間接觸器KMl的線圈和熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)依次相連；每個(gè)橋臂安裝上下兩個(gè)IGBT模塊，三個(gè)逆變橋臂，共安裝6個(gè)IGBT模塊，并在每個(gè)IGBT模塊安裝處，已安裝吸收電容Cxl?Cx6,且每個(gè)逆變橋臂均自帶過流保護(hù)FU。逆變部分輸出端的三相分別為U相、V相和W相，逆變輸出三相電(U相、V相和W相)經(jīng)過中間接觸器KM1，再經(jīng)隔離升壓變壓器T2升壓后，通過熱繼電器FR向三相可調(diào)負(fù)載3供電。這樣，升壓變壓器與可調(diào)負(fù)載配合，再達(dá)到需要IGBT模塊集電極電流Ic的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輸出功率最小化。其中，本實(shí)施例中隔離升壓變壓器T2采用變比為60V?380V/400V，中間接觸器KMl采用型號(hào)為CJX2-25，熱繼電器FR采用型號(hào)為 JR36-20。
[0060]三相可調(diào)負(fù)載7包括第I可調(diào)負(fù)載、第2可調(diào)負(fù)載以及中間接觸器KM2，其連接方式為:中間接觸器KM2與第2可調(diào)負(fù)載直接相連，并與第I可調(diào)負(fù)載組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，且均為三相四線接法。其中，第I可調(diào)負(fù)載和第2可調(diào)負(fù)載中每個(gè)可調(diào)電阻均采用大功率可調(diào)瓷盤電阻，阻值為O?150 Ω /1500W，中間接觸器KM2采用型號(hào)為CJX2-25。
[0061]如圖3所示為本發(fā)明的溫度采集及溫度控制系統(tǒng)示意圖，主要包括溫度傳感器3、溫度采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4、繼電器5、散熱風(fēng)扇6、計(jì)算機(jī)9以及中間接觸器KM2組成，其連接方式是:溫度傳感器3、溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4和繼電器5依次相連，溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4通過USB接口與計(jì)算機(jī)9連接，同時(shí)散熱風(fēng)扇6和中間接觸器KM2與繼電器5相連。計(jì)算機(jī)9為普通工業(yè)用計(jì)算機(jī)。
[0062]溫度傳感器3包括6個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器探頭，用于采集三相橋式逆變電路2溫度，并與溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4的溫度采集端口連接，溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4同時(shí)采集并存儲(chǔ)6組溫度數(shù)據(jù)，其中第一溫度傳感器探頭的電源端Vcc、數(shù)據(jù)I/O端和地Gnd端分別對(duì)應(yīng)溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4的端口 1.1?1.3，其它溫度傳感器，以此類推；溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4通過內(nèi)置單片機(jī)對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將采集的數(shù)據(jù)通過USB接口傳入計(jì)算機(jī)，將溫度數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，具有9個(gè)外置按鍵KEYl?KEY9，用于設(shè)置繼電器5動(dòng)作的對(duì)應(yīng)溫度上下限；溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4還具有5個(gè)輸出控制端Xl?X5分別與繼電器5中的繼電器Kl?K5的供電負(fù)極依次相連，繼電器Kl?K5的供電正極與+5V電源相連。其中，繼電器5由5個(gè)各自獨(dú)立的繼電器Kl?K5組成，溫度傳感器探頭型號(hào)為DS18B20，檢測(cè)溫度范圍為-55°C?+125°C (精度±0.1°C )，溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)4公知器件，其型號(hào)為SZ06-(09-4)。
[0063]繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)與IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路8的過溫檢測(cè)端相連，公共觸點(diǎn)接地；繼電器K2與繼電器K3配合控制散熱風(fēng)扇6的接通或斷開，繼電器K2和K3的公共觸點(diǎn)與+12V電源相連，常開觸點(diǎn)均與散熱風(fēng)扇6連接，散熱風(fēng)扇6另一端接地；繼電器K4公共觸點(diǎn)連接220V交流供電，常開觸點(diǎn)連接繼電器K5的常閉觸點(diǎn)，繼電器K5的公共觸點(diǎn)與中間接觸器KM2線圈連接，且中間接觸器KM2線圈另一端連接220V交流供電的另一端，繼電器K4與繼電器K5配合控制中間接觸器KM2，且中間接觸器KM2用于控制三相可調(diào)負(fù)載7中的第2可調(diào)負(fù)載的接入或斷開。其中，繼電器Kl?K5型號(hào)為SRD-05VDC-SL-C，散熱風(fēng)扇6采用220V交流供電。
[0064]如圖4所示為IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路8結(jié)構(gòu)示意圖，主要由FPGA芯片、電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)器、報(bào)警電路、門極不對(duì)稱電阻及穩(wěn)壓電路組成，其連接方式是:FPGA芯片、電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)器、門極不對(duì)稱電阻電路以及穩(wěn)壓電路依次相連，報(bào)警電路與驅(qū)動(dòng)器相連，且FPGA芯片的過溫檢測(cè)端與繼電器5中的繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)連接。
[0065]電平變換電路由6路相同結(jié)構(gòu)的電路組成，第I路連接方式為:升壓芯片的8腳供電，電壓為+24V，2腳作為FPGA芯片輸出的SPWM信號(hào)的輸入，5腳與8腳之間連接濾波電容C7，且5腳接地，6腳與7腳串聯(lián)作為升壓芯片輸出，輸出端經(jīng)并聯(lián)+15V穩(wěn)壓二極管通過電阻R2作為電平變換電路最終輸出的SPWMl信號(hào)。依次類推，其它5路連接方式與第I路連接方式相同。電平變換電路主要采用升壓芯片與+15V穩(wěn)壓管DZl配合，經(jīng)電平變換電路將FPGA芯片輸出的3.3V高電平轉(zhuǎn)換為15V高電平作為驅(qū)動(dòng)器的輸入。
[0066]經(jīng)電平變換電路的6路SPWM信號(hào)分為3組(SP麗I與SP麗4、SP麗3與SP麗6、SP麗5與SPWM2)，每組的2路信號(hào)分別作為一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的V-TOP和V-BOT腳的輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)與門極不對(duì)稱電阻電路相連，且每個(gè)驅(qū)動(dòng)器均通過腳error連接到各自的報(bào)警電路。經(jīng)驅(qū)動(dòng)器將同一組的2路SPWM信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電平+15V和低電平-8V，并且相互隔離的信號(hào)，同時(shí)大大提高了信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。
[0067]門極不對(duì)稱電阻及穩(wěn)壓電路由6路相同結(jié)構(gòu)的電路組成，第I路連接方式為:驅(qū)動(dòng)器輸出SWPMl信號(hào)通過兩并聯(lián)、反向的二極管分別連接開通電阻Ron和關(guān)斷電阻Roff，作為IGBT模塊門極電阻；15V穩(wěn)壓二極管DZ2和反向8V穩(wěn)壓二極管DZ3串聯(lián)后與不對(duì)稱電阻電路輸出端并聯(lián)，連接至IGBT門極，同時(shí)在IGBT門極以發(fā)射極之間連接電阻R3。依次類推，其它5路連接方式與第I路連接方式相同。
[0068]報(bào)警電路與驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)器分別對(duì)應(yīng)3路完全一樣的報(bào)警電路，其中I路連接方式為:+15V供電電源與電阻R5、R6以及驅(qū)動(dòng)器error端依次相連；電阻R4連接在+15V供電電源與驅(qū)動(dòng)器error端之間；三極管Vl的基極通過電阻R8連接在電阻R5和R6之間，發(fā)射極與驅(qū)動(dòng)器error端連接，集電極通過依次連接發(fā)光二極管、電阻R7和蜂鳴器H與+15V供電電源相連。報(bào)警電路通過驅(qū)動(dòng)器的端口 X2.5與X2.1和X3.5與X3.1分別采集同一橋臂上2個(gè)IGBT模塊開通過程中集電極與發(fā)射極之間的壓降，當(dāng)任一 IGBT的集射極壓降高于驅(qū)動(dòng)器默認(rèn)正常壓降時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的error端由高電平變?yōu)榈碗娖?，由于?qū)動(dòng)器灌入電流應(yīng)< 6mA,所以在供電端與error端之間連接限流電阻R4。
[0069]其中FPGA芯片型號(hào)為Altera EP1C3T144C8N芯片，升壓芯片型號(hào)為TLP250，DZl和DZ2型號(hào)為IN5352, DZ3型號(hào)為IN5344, C7為瓷片電容0.1 μ F，Dl和D2型號(hào)為ΙΝ4007, D3為發(fā)光二極管，Vl為NPN型三極管型號(hào)D882，驅(qū)動(dòng)器型號(hào)PSHI2012，H為蜂鳴器，電阻Rl為100 Ω，R2 為 10K Ω，R3 為 3.3K Ω，R4 為 10K Ω，R5 為 20K Ω，R6 為 IK Ω，R7 為 10K Ω，Ron為 3.3 Ω，Roff 為 6 Ω。
[0070]如圖5所不為基于FPGA的SPWM信號(hào)生成結(jié)構(gòu)圖，主要包括外部信號(hào)檢測(cè)部分、系統(tǒng)頻率控制及檢測(cè)部分、DDS控制正弦波和三角波相位累加器、三相正弦波相位控制器、三相正弦波和三角波查詢表、數(shù)據(jù)比較器以及死區(qū)時(shí)間控制部分組成，其工作原理是:系統(tǒng)頻率控制及檢測(cè)部分作為外部信號(hào)檢測(cè)的輸入部分，接收外部SPWM變頻信號(hào)以及過溫檢測(cè)信號(hào)，分頻輸出用于控制整個(gè)程序的進(jìn)程；DDS控制正弦波和三角波相位累加器、三相正弦波相位控制器以及三相正弦波和三角波查詢表組成DDS控制基本框架，用于輸出頻率為50Hz且相位差為120°三相正弦波以及試驗(yàn)需求的頻率的三角波；數(shù)據(jù)比較器將正弦波調(diào)制信號(hào)與三角波載波進(jìn)行比較輸出矩形脈沖作為SPWM信號(hào)；在死區(qū)時(shí)間控制模塊中包括兩個(gè)部分，其一是將雙極性SPWM信號(hào)分解為互補(bǔ)的兩路SPWM信號(hào)，第二就是為防止同一半橋上由2路SPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)IGBT同時(shí)導(dǎo)通，在2路SPWM信號(hào)切換時(shí)，預(yù)留死區(qū)時(shí)間，這樣就得到了驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的6路SPWM信號(hào)。(本發(fā)明的控制系統(tǒng)主要是通過硬件實(shí)現(xiàn)的，溫度控制使用單片機(jī)，逆變的SPWM信號(hào)由FPGA芯片控制，計(jì)算機(jī)用于存儲(chǔ)溫度數(shù)據(jù)。)
[0071]本發(fā)明的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置的運(yùn)行方法，包括以下步驟(如圖6所示):
[0072]⑴三相橋式逆變電路2有三個(gè)逆變橋臂，每個(gè)橋臂的上下管位置分別安裝一個(gè)IGBT模塊，每個(gè)IGBT模塊銅基板安裝一個(gè)散熱片，散熱片與模塊銅基板之間均勻涂一層大約100?200 μ m的導(dǎo)熱硅脂，散熱片在IGBT模塊內(nèi)部IGBT芯片的正下方留有一個(gè)通孔，溫度傳感器探頭經(jīng)通孔對(duì)IGBT模塊銅基板進(jìn)行測(cè)溫。其中，散熱片采用6063鋁合金材料，導(dǎo)熱率為209W/m.°C (25°C );導(dǎo)熱硅脂采用信越G747，導(dǎo)熱率為1.09ff/m.°C。
[0073]⑵打開裝置，接通三相橋式逆變電路中的中間接觸器KM1，檢查各儀表顯示是否正常，裝置進(jìn)行初始化，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，分別為:
[0074]①調(diào)整初始直流母線電壓:閉合主電路開關(guān)，檢查各儀表是否顯示正常，調(diào)整用于控制晶閘管整流橋的外接電位器(O?20kQ)，將直流母線電壓調(diào)整問試驗(yàn)需要電壓值；
[0075]②調(diào)整初始接入負(fù)載值:初始負(fù)載采用大功率三相可調(diào)瓷盤電阻器(第I負(fù)載)，可以根據(jù)需要設(shè)定的IGBT模塊集電極電流值，在O?80Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)負(fù)載；
[0076]③設(shè)置IGBT模塊門極驅(qū)動(dòng)SPWM信號(hào)頻率，通過FPGA芯片外置頻率檢測(cè)輸入端KEY+和KEY-來改變SPWM信號(hào)頻率，最高頻率設(shè)置為30KHz，最低頻率設(shè)置為500Hz，每按一次KEY+頻率上升500Hz，按下KEY-頻率下降500Hz ；
[0077]④設(shè)置單片機(jī)控制繼電器的動(dòng)作溫度上限和下限值，控制IGBT模塊散熱風(fēng)扇及第2負(fù)載的接入和斷開:
[0078]a.設(shè)置過溫臨界溫度上限，防止IGBT模塊內(nèi)部芯片過熱而失效，當(dāng)IGBT模塊銅基板溫度達(dá)到臨界溫度Hl是繼電器I動(dòng)作輸出高電平，F(xiàn)PGA芯片檢測(cè)到高電平輸入，停止SPWM信號(hào)輸出，并過溫報(bào)警；
[0079]b.通過設(shè)置控制繼電器2的上限溫度H2和下限溫度L2，將IGBT模塊銅基板維持在預(yù)定溫度區(qū)間波動(dòng)，當(dāng)IGBT模塊銅基板溫度達(dá)到上限溫度H2時(shí)，繼電器閉合，開啟散熱風(fēng)扇對(duì)IGBT模塊銅基板進(jìn)行散熱，當(dāng)檢測(cè)到溫度降至L2時(shí)，繼電器2斷開，停止散熱，還可以通過調(diào)壓調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速，進(jìn)而控制降溫速度；
[0080]c.通過設(shè)置控制繼電器3動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值H3，將IGBT模塊銅基板溫度維持在預(yù)定溫度值，當(dāng)IGBT模塊銅基板溫度達(dá)到H3時(shí)，繼電器3接入風(fēng)扇，當(dāng)溫度降至H3以下時(shí)，繼電器3斷開風(fēng)扇，保證銅基板溫度在某一溫度值左右波動(dòng)。
[0081]d.當(dāng)需要模擬負(fù)載變化對(duì)IGBT模塊功率一溫度影響時(shí)，需要通過繼電器4和繼電器5相互配合改變接入第2負(fù)載的大小，當(dāng)檢測(cè)IGBT模塊銅基板溫度為L(zhǎng)4時(shí)，繼電器4動(dòng)作接入負(fù)載；當(dāng)檢測(cè)溫度為H5時(shí)，繼電器5動(dòng)作，斷開負(fù)載；負(fù)載的變化，改變流過IGBT模塊集電極電流，達(dá)到改變模塊功率的目的。
[0082]⑶開啟溫度采集系統(tǒng)、閉合逆變系統(tǒng)與負(fù)載連接的中間繼電器，裝置開始進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0083]⑷裝置在運(yùn)行過程中，F(xiàn)PGA芯片不斷對(duì)SPWM信號(hào)頻率按鍵進(jìn)行檢測(cè)(這個(gè)裝置在運(yùn)行FPGA芯片就每秒鐘對(duì)SPWM信號(hào)頻率按鍵檢測(cè)8次)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵輸入發(fā)生變化，將對(duì)應(yīng)改變FPGA芯片輸出SPWM信號(hào)頻率，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作狀態(tài)下，改變SPWM信號(hào)頻率。
[0084](5)裝置在運(yùn)行過程中，溫度傳感器DS18B20不斷對(duì)IGBT模塊銅基板溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其達(dá)到溫度設(shè)置臨界值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作，進(jìn)而控制散熱風(fēng)扇的接入或斷開以及第二負(fù)載的接入或斷開。
[0085](6)裝置在運(yùn)行過程中，F(xiàn)PGA芯片以及驅(qū)動(dòng)板PSHI2012不斷檢測(cè)IGBT模塊以及整個(gè)裝置工作是否正常，當(dāng)發(fā)生IGBT模塊過溫、短路，負(fù)載過流，逆變系統(tǒng)輸出斷相等故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷。
[0086](7)系統(tǒng)上面⑷?(6)檢測(cè)步驟達(dá)到試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)后，通過預(yù)置端口，對(duì)IGBT模塊的電氣參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并存儲(chǔ)。
[0087](8)—輪試驗(yàn)完成后，按下關(guān)閉按鈕，系統(tǒng)停止工作。
[0088]⑶若需要繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)上述⑴?(7)過程，否則進(jìn)行下一步；
[0089](1Φ后處理采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的IGBT模塊重要電氣參數(shù)進(jìn)行后續(xù)處理，利用集電極電流和集射極電壓數(shù)據(jù)，可以計(jì)算IGBT模塊的瞬時(shí)功率和平均功率，分析穩(wěn)態(tài)集射極電壓變化趨勢(shì)等，進(jìn)而研究IGBT模塊的電氣性能和退化趨勢(shì)等。
[0090](11)結(jié)束試驗(yàn)。
[0091]試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理:
[0092]通過Matlab軟件，對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析IGBT電氣參數(shù)與其銅基板溫度關(guān)系，如下圖7和圖8所示，其中圖7為在不使用散熱風(fēng)扇且集射極電壓60V與集電極電流20A不變的情況下，研究IGBT開關(guān)頻率與其銅基板溫度的關(guān)系圖，開關(guān)頻率分別為500Hz、2kHz,5kHzUOkHz ;圖8為在不使用散熱風(fēng)扇且集射極電壓60V與開關(guān)頻率1kHz不變的情況下，研究IGBT集電極電流與其銅基板溫度的關(guān)系圖，集電極電流分別為5A、10A、20A、30A。
[0093]圖9為集射極電壓保持60V不變，通過預(yù)先設(shè)定值改變負(fù)載模擬實(shí)際工況，并與散熱風(fēng)扇配合將溫度限定在某個(gè)溫度區(qū)間。
[0094]圖7通過設(shè)計(jì)FPGA芯片輸出SPWM信號(hào)頻率，將不同開關(guān)頻率下IGBT銅基板溫度進(jìn)行對(duì)比，隨著開關(guān)頻率的升高IGBT銅基板溫度的上升率以及穩(wěn)定值都在上升，可見IGBT的開關(guān)頻率對(duì)其銅基板溫度影響明顯，反映出隨著開關(guān)頻率的上升開關(guān)損耗也在上升。隨著IGBT模塊的使用退化，通過此裝置可以研究IGBT模塊開關(guān)頻率與銅基板溫度關(guān)系，進(jìn)而研究IGBT退化程度與開關(guān)頻率以及銅基板溫度關(guān)系，為將來IGBT模塊的在線可靠性評(píng)估以及提供科學(xué)的檢修計(jì)劃提供研究平臺(tái)。
[0095]圖8通過設(shè)置直流母線電壓以及三相可調(diào)負(fù)載值，控制IGBT模塊的集電極電流，可以看出隨著集電極電流的增大，IGBT模塊銅基板溫度逐漸上升，并且上升率增加明顯，此裝置可以通過研究在IGBT模塊逐漸退化過程中，不同集電極電流下，IGBT模塊銅基板溫度的變化過程，以及在相同集電極電流下銅基板溫度的變化，進(jìn)而研究在IGBT模塊逐漸退化銅基板溫度與集電極電流的關(guān)系。
[0096]圖9通過控制散熱風(fēng)扇的開通或關(guān)斷時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值，以及控制三相可調(diào)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)對(duì)IGBT模塊銅基板溫度變化范圍進(jìn)行控制，為研究在相同的電氣條件下，溫度的變化對(duì)電氣參數(shù)以及IGBT模塊工作特性的影響提供平臺(tái)。
[0097]本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，其特征為該裝置的組成包括:整流調(diào)壓濾波電路、三相橋式逆變電路、溫度傳感器、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)、繼電器、散熱風(fēng)扇、三相可調(diào)負(fù)載、IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路和計(jì)算機(jī)，其連接關(guān)系為:三相橋式逆變電路的輸入端連接整流調(diào)壓濾波電路，三相橋式逆變電路輸出端連接三相可調(diào)負(fù)載，門極SPWM信號(hào)控制電路輸出端連接三相橋式逆變電路中IGBT模塊的門極；溫度傳感器、溫度采集存儲(chǔ)系統(tǒng)以及繼電器依次連接，繼電器分別連接散熱風(fēng)扇和三相可調(diào)負(fù)載，溫度傳感器和散熱風(fēng)扇分別與三相橋式逆變電路相連；溫度數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連； 所述的整流調(diào)壓電路由斷路器Q、單相橋式全控整流模塊、直流電容Cd、直流電壓負(fù)反饋模塊、電位器Rw、變壓器Tl及保險(xiǎn)FUl組成；其連接方式為:斷路器Q連接輸入交流220V主線路；單相橋式全控整流模塊的供電端、直流電壓負(fù)反饋模塊的供電端、與變壓器Tl的高壓端分別與輸入主線路連接；變壓器Tl低壓端與單相橋式全控整流模塊低壓輸入端連接；直流電壓負(fù)反饋模塊的電壓控制端連接電位器Rw，電壓反饋端連接單相橋式全控整流模塊直流輸出端，con端與單相橋式全控整流模塊con端連接；單相橋式全控整流模塊的直流輸出端并聯(lián)2個(gè)直流電容Cd，經(jīng)保險(xiǎn)FUl與三相橋式逆變電路相連； 所述的三相橋式逆變電路包括三個(gè)逆變橋臂、隔離升壓變壓器T2、中間接觸器KM1、熱繼電器FR和總開關(guān)按鍵SB組成，其連接方式是:三個(gè)逆變橋臂、中間接觸器KMl、隔離升壓變壓器T2與熱繼電器FR依次連接；總開關(guān)按鍵SB —端連接220V供電端，另一端與中間接觸器KMl的線圈和熱繼電器FR的常閉觸點(diǎn)依次相連；每個(gè)橋臂安裝上下兩個(gè)IGBT模塊，三個(gè)逆變橋臂，共安裝6個(gè)IGBT模塊，并在每個(gè)IGBT模塊安裝處，已安裝吸收電容Cxl?Cx6,且每個(gè)逆變橋臂均自帶過流保護(hù)FU ； 所述的三相可調(diào)負(fù)載包括第I可調(diào)負(fù)載、第2可調(diào)負(fù)載以及中間接觸器KM2，其連接方式為:中間接觸器KM2與第2可調(diào)負(fù)載直接相連，并與第I可調(diào)負(fù)載組成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，且均為二相四線接法。
2.如權(quán)利要求1所述的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，其特征為所述的溫度傳感器包括6個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器探頭。
3.如權(quán)利要求1所述的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，其特征為所述的繼電器由5個(gè)各自獨(dú)立的繼電器Kl?K5組成。
4.如權(quán)利要求1所述的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置，其特征為所述的IGBT模塊門極SPWM信號(hào)控制電路的組成包括FPGA芯片、電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)器、報(bào)警電路、門極不對(duì)稱電阻及穩(wěn)壓電路，其連接方式是=FPGA芯片、電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動(dòng)器、門極不對(duì)稱電阻電路以及穩(wěn)壓電路依次相連，報(bào)警電路與驅(qū)動(dòng)器相連，且FPGA芯片的過溫檢測(cè)端與繼電器中的繼電器Kl的常閉觸點(diǎn)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置的運(yùn)行方法，其特征為包括以下步驟: ⑴三相橋式逆變電路的每個(gè)橋臂的上下管位置分別安裝一個(gè)IGBT模塊； ⑵打開裝置，接通三相橋式逆變電路中的中間接觸器KM1，檢查各儀表顯示是否正常，裝置進(jìn)行初始化，對(duì)試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，分別為: ①調(diào)整初始直流母線電壓:閉合主電路開關(guān)，檢查各儀表是否顯示正常，調(diào)整用于控制晶閘管整流橋的外接電位器(O?20kQ)，將直流母線電壓調(diào)整問試驗(yàn)需要電壓值； ②調(diào)整初始接入負(fù)載值:初始負(fù)載采用大功率三相可調(diào)瓷盤電阻器(第I負(fù)載)，根據(jù)需要設(shè)定的IGBT模塊集電極電流值，在O?80Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)負(fù)載； ③設(shè)置IGBT模塊門極驅(qū)動(dòng)SPWM信號(hào)頻率，通過FPGA芯片外置頻率檢測(cè)輸入端KEY+和KEY-來改變SPWM信號(hào)頻率，最高頻率設(shè)置為30KHz，最低頻率設(shè)置為500Hz，每按一次KEY+頻率上升500Hz，按下KEY-頻率下降500Hz ； ④設(shè)置單片機(jī)控制繼電器的動(dòng)作溫度上限和下限值，控制IGBT模塊散熱風(fēng)扇及第2負(fù)載的接入和斷開: a.設(shè)置過溫臨界溫度上限，當(dāng)IGBT模塊銅底板溫度達(dá)到臨界溫度Hl是繼電器I動(dòng)作輸出高電平，F(xiàn)PGA芯片檢測(cè)到高電平輸入，停止SPWM信號(hào)輸出，并過溫報(bào)警； b.通過設(shè)置控制繼電器2的上限溫度H2和下限溫度L2，將IGBT模塊銅底板維持在實(shí)驗(yàn)預(yù)定溫度區(qū)間波動(dòng)，當(dāng)IGBT模塊銅底板溫度達(dá)到上限溫度H2時(shí)，繼電器閉合，開啟散熱風(fēng)扇對(duì)IGBT模塊銅底板進(jìn)行散熱，當(dāng)檢測(cè)到溫度降至L2時(shí)，繼電器2斷開，停止散熱，通過調(diào)壓調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速，進(jìn)而控制降溫速度； c.通過設(shè)置控制繼電器3動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度值H3，將IGBT模塊銅底板溫度維持在實(shí)驗(yàn)預(yù)定溫度，當(dāng)IGBT模塊銅底板溫度達(dá)到H3時(shí)，繼電器3接入風(fēng)扇，當(dāng)溫度降至H3以下時(shí)，繼電器3斷開風(fēng)扇； d.當(dāng)需要模擬負(fù)載變化對(duì)IGBT模塊功率一溫度影響時(shí)，需要通過繼電器4和繼電器5相互配合改變接入第2負(fù)載的大小，當(dāng)檢測(cè)IGBT模塊銅底板溫度為L(zhǎng)4時(shí)，繼電器4動(dòng)作接入負(fù)載；當(dāng)檢測(cè)溫度為H5時(shí)，繼電器5動(dòng)作，斷開負(fù)載； ⑶開啟溫度采集系統(tǒng)、閉合逆變系統(tǒng)與負(fù)載連接的中間繼電器，裝置開始進(jìn)入工作狀態(tài)； ⑷裝置在運(yùn)行過程中，對(duì)SPWM信號(hào)頻率按鍵進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到按鍵輸入發(fā)生變化，將對(duì)應(yīng)改變FPGA芯片輸出SPWM信號(hào)頻率； (5)裝置在運(yùn)行過程中，對(duì)IGBT模塊銅底板溫度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其達(dá)到溫度設(shè)置臨界值時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器動(dòng)作，進(jìn)而控制散熱風(fēng)扇的接入或斷開以及第二負(fù)載的接入或斷開。 (6)裝置在運(yùn)行過程中，檢測(cè)其工作是否正常，當(dāng)發(fā)生IGBT模塊過溫、短路，負(fù)載過流，逆變系統(tǒng)輸出斷相等故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷； ⑴系統(tǒng)經(jīng)過上面(4)?(6)檢測(cè)步驟達(dá)到試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)后，通過預(yù)置端口，對(duì)IGBT模塊的電氣參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)并存儲(chǔ)； (8)—輪試驗(yàn)完成后，按下關(guān)閉按鈕，系統(tǒng)停止工作。 ⑶若需要繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)上述⑴?⑴過程，否則進(jìn)行下一步； (10)后處理采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)采集到的IGBT模塊重要電氣參數(shù)進(jìn)行后續(xù)處理，利用集電極電流和集射極電壓數(shù)據(jù)，可以計(jì)算IGBT模塊的瞬時(shí)功率和平均功率，分析穩(wěn)態(tài)集射極電壓變化趨勢(shì)等，進(jìn)而研究IGBT模塊的電氣性能和退化趨勢(shì)等； (11)結(jié)束試驗(yàn)。
6.如權(quán)利要求5所述的三相逆變系統(tǒng)IGBT模塊功率-溫度控制及檢測(cè)裝置的運(yùn)行方法，其特征為所述的三相橋式逆變電路上每個(gè)橋臂的分別安裝IGBT模塊的方法，包括以下步驟:每個(gè)IGBT模塊銅底板安裝一個(gè)散熱片，散熱片與模塊銅底板之間均勻涂一層大約.2 μ m的導(dǎo)熱硅脂，散熱片在IGBT模塊內(nèi)部IGBT芯片的正下方留有一個(gè)通孔，溫度傳感器探頭經(jīng)通孔對(duì)IGBT模塊銅底板進(jìn)行測(cè)溫。
【文檔編號(hào)】G01R31/26GK104360697SQ201410492378
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】姚芳, 石大鵬, 李志剛, 王海濤, 李錚, 馬力, 劉漢民, ?；? 刁嘉 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風(fēng)光儲(chǔ)示范電站有限公司