大容量IGBT模塊應用工況復現(xiàn)平臺的設計與研究.pdf

1、大容量絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)在風力發(fā)電、柔性直流輸電等大功率變流系統(tǒng)中得到極為廣泛應用，提高大容量IGBT應用過程中的可靠性是提高整個變流系統(tǒng)可靠性的最重要途徑之一，其中大容量IGBT的動態(tài)特性與實際正常運行工況聯(lián)系最為緊密。目前國內外對于大容量IGBT的研究主要基于離線式的測試方法，較少涉及準在線或在線研究，因此亟需研制大容量IGBT動態(tài)特性準在線測試平臺。

2、利用測試平臺進行器件選型及散熱器設計等，有助于提前發(fā)現(xiàn)變流器的設計缺陷并提高變流器在實際應用中的可靠性。
　　本文根據(jù)大容量IGBT在線測試的需求，設計和搭建了基于H橋拓撲的兆瓦級應用工況復現(xiàn)測試平臺，通過工況復現(xiàn)測試平臺，可以模擬不同的實際運行工況（主要包括:外界環(huán)境溫度，開關頻率，負載頻率，有功功率和無功功率），進行大容量IGBT的準在線測試，為大容量IGBT在實際運行工況中可靠運行提供理論基礎。鑒于死區(qū)效應對于單相大功率變流

3、器輸出電能質量的影響，為使工況復現(xiàn)平臺更準確的模擬實際的運行工況，進行了相應的死區(qū)補償，從而減小負載電感的電流紋波以及其THD(Total Harmonic Distortion)，使得負載電流與實際變流器電流諧波含量相近。IGBT結溫是影響IGBT模塊可靠性的重要因素，國內外學者提出了諸多基于熱敏感電參數(shù)的結溫提取方法，然而尚未涉及大容量IGBT模塊動態(tài)結溫在線監(jiān)測和測試研究。本文以關斷延遲時間為熱敏感電參數(shù)，簡要論述了其與器件結溫和

4、負載電流等運行工況的相關性，并通過實測構建了三維數(shù)據(jù)庫?？紤]到IGBT模塊的功率損耗是影響其結溫的重要因素之一，分析了一個負載周期內IGBT模塊（IGBT和反并聯(lián)二極管）的開關損耗和導通損耗的分布特征。并基于運行工況復現(xiàn)平臺，研究了大容量IGBT模塊在不同負載頻率和不同負載電流相位時被測IGBT的功率損耗和結溫波動規(guī)律，并通過與模塊內置的負溫度系數(shù)(NegativeTemperature Coefficient, NTC)熱敏電阻進行結