基于深度学习的IGBT故障预测研究
发布时间：2020-12-16 22:47
绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）具有载流密度大、输入阻抗高等诸多优点,广泛应用于电力行业的各个方面。然而长期工作在高温、高压等恶劣环境下的IGBT会逐渐老化故障,甚至失效。因此,研究IGBT故障预测,对降低事故发生、提高电力系统稳定性具有重要意义。大多数研究学者采用数理统计方法或机器学习方法对IGBT进行故障预测,未能充分利用退化数据的时间序列信息,预测效果不够理想。因此,本文对IGBT故障预测问题进行研究,提出使用深度学习混合网络模型方法对IGBT进行故障预测,并将该混合网络模型应用于故障预测软件系统。论文主要研究内容如下:（1）首先对IGBT的失效机理进行深入分析和研究,从中选取集电极-发射极关断尖峰电压值作为故障预测的特征参数,并使用提取的NASAPCoE研究中心老化数据验证该特征参数。（2）对IGBT进行时间序列故障预测问题研究,提出使用深度学习循环神经网络方法进行IGBT故障预测。深入探究并设计LSTM（Long Short-term Memory）、GRU（Gated Recurrent Unit）时间序列预...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?ＩＧＢＴ等效电路??Ｆｉｇ．２－２?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??
ＩＧＢＴ器件失效分析及特征参数选择??一层Ｐ＋层使得ＩＧＢＴ具有更好的工作特性，性能具有明显提升。??ＩＧＢＴ的结构示意图如图２－１，Ｐ＋层的加入将与上一层的Ｎ－形成了一个ＰＮ结。??当在ＩＧＢＴ两极施加电压之后成为导通状态，此时少子由Ｐ涌入Ｎ区，使得该区??的电导率得到调制，增强了器件的导电特性。这个结构的产生形成了像ＢＪＴ那样??的双载流子导电效应，使得ＩＧＢＴ与ＢＪＴ特性相似，具备其特性优点兼具ＭＯＳ管??优势。??Ｎ－??Ｃ??图２－１?ＩＧＢＴ基本结构??Ｆｉｇ．２－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??２．２?ＩＧＢＴ工作原理??ＩＧＢＴ是一种场控器件，所谓场控器件就是在两个主电路之间接加电压，端子??之间产生可控电场，由此来控制ＩＧＢＴ的导通和关断。ＩＧＢＴ在使用过程中不断进??行导通和关断，工作频率非常高。从ＩＧＢＴ工作状态分析，其运行状态分为两种［１９］：??一种是ＩＧＢＴ导通状态；一种是ＩＧＢＴ关断状态。为了能够充分了解其工作原理，??我们将封装好的ＩＧＢＴ器件进行物理电路等效
疲劳损伤影响将会一定程度的导致失效或失灵，提前终结器件的原有寿命。因此研??究ＩＧＢＴ的故障预测首先要进行失效特征分析。??ＩＧＢＴ的失效率曲线如下图２－４所示，从图中可以看到失效分三个阶段：早期??失效、偶然失效和老化失效。早期失效是ＩＧＢＴ在制作过程中由于制作工艺或制作??缺陷所引起的结构失效；偶然失效是器件运行过程中外界因素的冲击作用导致器??件失去作用；老化失效是随着时间推移，器件本身的退化导致失效率逐渐升高。本??文重点研宄特征参量对ＩＧＢＴ老化失效的影响。??早期失效丨?丨老化失效??Ｉ?Ｉ??逸?１?１??Ｓ?Ｉ?Ｉ??ｉｒｓ?■?｜??＼?Ｉ?！?／??＼?Ｉ?偶然失效?、???１?１?＾??工作时间??图２－４?ＩＧＢＴ失效曲线??Ｆｉｇ．２－４?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??其中，上图２－４的横坐标代表器件的工作时间，纵坐标代表ＩＧＢＴ的失效率。??ＩＧＢＴ按照失效形式分为物理失效和电气失效两方面ｆ２１］，下面进行探宄。??２．３．１物理失效分析??物理失效是指ＩＧＢＴ在使用过程中由于环境、结温、电流、电压等因素的影响??导致其构造材料变形、畸变或脱落进而使得ＩＧＢＴ故障失效。ＩＧＢＴ是由多种材料??组合而成
本文编号：2920915
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２?ＩＧＢＴ等效电路??Ｆｉｇ．２－２?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??
ＩＧＢＴ器件失效分析及特征参数选择??一层Ｐ＋层使得ＩＧＢＴ具有更好的工作特性，性能具有明显提升。??ＩＧＢＴ的结构示意图如图２－１，Ｐ＋层的加入将与上一层的Ｎ－形成了一个ＰＮ结。??当在ＩＧＢＴ两极施加电压之后成为导通状态，此时少子由Ｐ涌入Ｎ区，使得该区??的电导率得到调制，增强了器件的导电特性。这个结构的产生形成了像ＢＪＴ那样??的双载流子导电效应，使得ＩＧＢＴ与ＢＪＴ特性相似，具备其特性优点兼具ＭＯＳ管??优势。??Ｎ－??Ｃ??图２－１?ＩＧＢＴ基本结构??Ｆｉｇ．２－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??２．２?ＩＧＢＴ工作原理??ＩＧＢＴ是一种场控器件，所谓场控器件就是在两个主电路之间接加电压，端子??之间产生可控电场，由此来控制ＩＧＢＴ的导通和关断。ＩＧＢＴ在使用过程中不断进??行导通和关断，工作频率非常高。从ＩＧＢＴ工作状态分析，其运行状态分为两种［１９］：??一种是ＩＧＢＴ导通状态；一种是ＩＧＢＴ关断状态。为了能够充分了解其工作原理，??我们将封装好的ＩＧＢＴ器件进行物理电路等效
疲劳损伤影响将会一定程度的导致失效或失灵，提前终结器件的原有寿命。因此研??究ＩＧＢＴ的故障预测首先要进行失效特征分析。??ＩＧＢＴ的失效率曲线如下图２－４所示，从图中可以看到失效分三个阶段：早期??失效、偶然失效和老化失效。早期失效是ＩＧＢＴ在制作过程中由于制作工艺或制作??缺陷所引起的结构失效；偶然失效是器件运行过程中外界因素的冲击作用导致器??件失去作用；老化失效是随着时间推移，器件本身的退化导致失效率逐渐升高。本??文重点研宄特征参量对ＩＧＢＴ老化失效的影响。??早期失效丨?丨老化失效??Ｉ?Ｉ??逸?１?１??Ｓ?Ｉ?Ｉ??ｉｒｓ?■?｜??＼?Ｉ?！?／??＼?Ｉ?偶然失效?、???１?１?＾??工作时间??图２－４?ＩＧＢＴ失效曲线??Ｆｉｇ．２－４?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??其中，上图２－４的横坐标代表器件的工作时间，纵坐标代表ＩＧＢＴ的失效率。??ＩＧＢＴ按照失效形式分为物理失效和电气失效两方面ｆ２１］，下面进行探宄。??２．３．１物理失效分析??物理失效是指ＩＧＢＴ在使用过程中由于环境、结温、电流、电压等因素的影响??导致其构造材料变形、畸变或脱落进而使得ＩＧＢＴ故障失效。ＩＧＢＴ是由多种材料??组合而成
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