变流器中功率开关器件结温平滑研究

发布时间：2020-06-04 02:40

【摘要】：随着电力电子技术应用的逐渐发展,电动汽车、新能源发电等场合中变流器的使用越来越广泛,因此变流器可靠性问题也显得更加重要。功率开关器件是影响变流器可靠性最主要因素,IGBT作为使用最广泛的功率开关器件之一,当其处理功率反复波动时会对其本身产生不均匀的热应力冲击,加快其老化失效,降低变流器可靠性。平滑因功率变化产生的结温波动是降低IGBT热应力冲击,提高变流器使用寿命的有效方法。本文以降低变流器中IGBT低频结温波动为目的,主要完成工作如下:首先设计搭建了三相逆变器的实验平台,完成实验平台软硬件的实现,并建立了不同调制函数下IGBT的损耗模型,分析不同因素对IGBT模块损耗的影响。为后面部分的分析和实验提供工具。其次按照传统的开关频率调节结温波动方法,利用IGBT损耗模型和热网络模型对其结温进行估算,将估算结果作为IGBT开关频率调节的参考以降低低频结温的波动。针对这种方法对损耗和热网络模型依赖性强的不足,提出一种通过采样IGBT壳温并比较壳温差值的方法来调节开关频率,利用IGBT稳态和瞬态热网络模型分析了该方法的可行性和适用范围,并介绍其在变流器中应用时的控制方法。最后针对开关频率调节的缺点,再提出一种利用调节缓冲电路参数去改变IGBT关断损耗从而进行低频结温平滑的方法,该方法避免了开关频率调节时对系统运行状态的影响且适用于关断损耗占比较高的场合,并计算了该方法的可调节范围。实验验证了通过估算IGBT结温控制开关频率和通过改变缓冲电路参数等方法去降低低频结温波动幅值的有效性,实验结果显示调节前后IGBT结温波动明显降低其使用寿命得到提升。对于壳温比较控制的方案,仿真和实验证明了在不需要损耗和热网络模型的条件下,通过采样IGBT壳温大小可以确定不同功率下开关频率变化幅值。
【图文】：

件开关频率低，驱动要求高的缺点，而且在，IGBT 被广泛的运用在高功率变流器系统由于使用时因为过压过流导致的破坏性损。使用时选择 IGBT 型号应留有适当裕量可 IGBT 模块结构和材料相关很难避免。文献统计归纳得到其老化寿命模型：失效前循环次数，k 为玻耳兹曼常量（8.17.8×104），ΔTj和 Tm分别表示结温波动大)，A 和 n 是拟合系数（A=640，n=5）。知道，IGBT 工作时的平均结温 Tm和结温波因。欧洲 LESIT 项目对不同型号 IGBT 进行似，如图 1.3 所示。IGBT 结温波动减小 2环次数增加，说明结温波动对 IGBT 寿命影/( )f j( )mnE kTN A T e

曲线,曲线,损耗模型,热网络

精度高侵入式测量影响模块精度较高、非侵入式测量设备精度要求高、非侵入式存在一定误差图 1.5 IGBT 结温估算Fig 1.5 IGBT junction temperature estimation模型IGBT损耗模型IGBT热网络模型UDCIofwPconPswUCEOSV/SPRTEonEoffR1~R4C1~C4TcTj
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】