CN105425072A - 变频器igbt模块温升测试电路及其测试方法 - Google Patents

变频器igbt模块温升测试电路及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频器IGBT模块温升测试电路及其测试方法，解决了在对变频器IGBT模块进行温升测试时存在测试时间长，损耗功率大，测试受到设备限制的问题。本发明控制器对被测模块施加PWM脉冲信号，只改变每组IGBT模块的调制因数和相角，控制方式简单，可以实现有功和无功在由第一组被测IGBT模块、第二组被测IGBT模块和负载电抗器组成的闭环回路中循环，起到了能量在两组IGBT模块和负载电抗器之间循环流动，电网只提供损耗功率部分，极大的降低了测试成本，而且PLC实时监控被测IGBT模块的电流、电压、温度及故障等信息，本发明只需要外部接入直流母线，控制器和负载电抗器均可采用变频器内部器件，测试条件容易满足，占地小，测试平台搭建耗时短。

Description

变频器IGBT模块温升测试电路及其测试方法
技术领域
本发明涉及一种变频器模块温升的测试电路，特别涉及一种变频器IGBT模块的温升测试电路，主要适用于变频器IGBT器件的功率测试，用来考察IGBT、电抗器等器件的温升。
背景技术
变频器的主要发热部位在功率器件部分，对四象限变频器的整流和逆变部分、二象限变频器的逆变部分，目前主流变频器均采用IGBT模块，IGBT作为电压型控制器件，具有输入阻抗高、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、功率容量大等优点。一般情况下流过IGBT的电流都比较大，开关频率较高，其损耗也比较大，如果变频器柜内散热结构设计不合理，功率器件产生的热量不能及时散掉，将使器件的结温超过其设计最大值，导致IGBT损坏，这就需要在变频器装配完成以后，测试IGBT模块的热性能，以判断其能否符合设计要求，所以一种简单可靠的功率测试方法是验证IGBT模块是否设计合理必不可少的步骤，而针对目前主流的大功率变频器，尤其是四象限运行变频器，IGBT模块数量很多，在单独进行IGBT模块的温升测试时，一般是用大功率变压器来提供大功率在测试车间进行其温升测试的，存在测试时间长，损耗功率大，测试功率损耗全部由电网来提供的缺点，另外还存在受测试条件限制现场无法提供所需的大功率变压器的问题。
发明内容
本发明提供了一种变频器IGBT模块温升测试电路及其测试方法，解决了在对变频器IGBT模块进行温升测试时存在测试时间长，损耗功率大，测试受到设备限制的问题。
本发明为了解决上述技术问题采用了以下技术方案：
一种变频器IGBT模块温升的测试电路，包括第一组被测IGBT模块、第二组被测IGBT模块、负载电抗器、第一接口电路板、第二接口电路板和工业控制机，第一组被测IGBT模块的直流侧和第二组被测IGBT模块的直流侧是连接在一起的，并通过公共直流母线与外接直流电源连接在一起，第一组被测IGBT模块的逆变侧和第二组被测IGBT模块的逆变侧通过共同的负载电抗器连接在一起，形成一个背靠背运行的拓扑结构，电网通过调压器与整流柜连接在一起，整流柜的电压输出正端与公共直流母线的正端连接在一起，整流柜的电压输出负端与公共直流母线的负端连接在一起，在公共直流母线的正端和负端之间连接有直流支撑电容，工业控制机通过第一接口电路板与第一组被测IGBT模块的脉冲信号控制端连接在一起，工业控制机通过第二接口电路板与第二组被测IGBT模块的脉冲信号控制端连接在一起。
一种变频器IGBT模块温升的测试方法，包括以下步骤：
第一步、第一组被测IGBT模块的直流侧和第二组被测IGBT模块的直流侧是连接在一起的，并通过公共直流母线与外接直流电源连接在一起，第一组被测IGBT模块的逆变侧和第二组被测IGBT模块的逆变侧通过共同的负载电抗器连接在一起，形成一个背靠背运行的拓扑结构，电网通过调压器与整流柜连接在一起，整流柜的电压输出正端与公共直流母线的正端连接在一起，整流柜的电压输出负端与公共直流母线的负端连接在一起，在公共直流母线的正端和负端之间连接有直流支撑电容，工业控制机通过第一接口电路板与第一被测IGBT模块的脉冲信号控制端连接在一起，工业控制机通过第二接口电路板与第二被测IGBT模块的脉冲信号控制端连接在一起；
第二步、电网提供三相380伏交流电压，通过调压器调压和整流柜整流后为第一组被测IGBT模块和第二组被测IGBT模块同时提供温升测试功率电压；
第三步、通过工业控制机中的程序调整第一组被测IGBT模块的调制因数和第二组被测IGBT模块调制因数以及第一组被测IGBT模块的相位角和第二组被测IGBT模块相位角，触发脉冲，使IGBT模块进入工作状态；
第四步、调节调压器使公共直流母线上的电压达到额定直流电压，使IGBT模块的输出电流达到额定电流；
第五步、在上述额定工况条件下，每五分钟记录一次数据，数据内容包括第一组被测IGBT模块和第二组被测IGBT模块的温度、负载电抗器的温度，当IGBT模块在一小时内温度变化在1℃以内时，可判定IGBT模块已达到热稳定；
第六步、根据测试环境温度计算出第一组被测IGBT模块和第二组被测IGBT模块的温升。
本发明设计具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：本发明通过背靠背的运行方式，在功率因数为1的条件下，使IGBT模块的测试工况更接近实际运行工况，测试条件更科学，测试数据更有说服力，本发明控制器对被测模块施加PWM脉冲信号，只改变每组IGBT模块的调制因数和相角，控制方式简单，可以实现有功和无功在由第一组被测IGBT模块、第二组被测IGBT模块和负载电抗器组成的闭环回路中循环，起到了能量在两组IGBT模块和负载电抗器之间循环流动，电网只提供损耗功率部分，极大的降低了测试成本，而且PLC实时监控被测IGBT模块的电流、电压、温度及故障等信息，可以根据测试时的异常情况作出准确及时的判断，对系统电路和器件进行有效的保护，本发明只需要外部接入直流母线，控制器和负载电抗器均可采用变频器内部器件，测试条件容易满足，占地小，测试平台搭建耗时短，本发明可以同时进行多组IGBT模块的功率测试，节省测试时间，效率更高。
附图说明
图1是本发明的测试电路的结构示意图；
图2是两组IGBT模块输出电压和电流的矢量图。
具体实施方式
本发明的原理结合附图详述如下：
一种变频器IGBT模块温升的测试电路，包括第一组被测IGBT模块1、第二组被测IGBT模块2、负载电抗器3、第一接口电路板7、第二接口电路板8和工业控制机9，第一组被测IGBT模块1的直流侧和第二组被测IGBT模块2的直流侧是连接在一起的，并通过公共直流母线与外接直流电源连接在一起，第一组被测IGBT模块1的逆变侧和第二组被测IGBT模块2的逆变侧通过共同的负载电抗器3连接在一起，形成一个背靠背运行的拓扑结构，电网10通过调压器6与整流柜5连接在一起，整流柜5的电压输出正端与公共直流母线的正端连接在一起，整流柜5的电压输出负端与公共直流母线的负端连接在一起，在公共直流母线的正端和负端之间连接有直流支撑电容4，工业控制机PLC9通过第一接口电路板7与第一组被测IGBT模块1的脉冲信号控制端连接在一起，工业控制机9通过第二接口电路板8与第二组被测IGBT模块2的脉冲信号控制端连接在一起。
一种变频器IGBT模块温升的测试方法，包括以下步骤：
第一步、第一组被测IGBT模块1的直流侧和第二组被测IGBT模块2的直流侧是连接在一起的，并通过公共直流母线与外接直流电源连接在一起，第一组被测IGBT模块1的逆变侧和第二组被测IGBT模块2的逆变侧通过共同的负载电抗器3连接在一起，形成一个背靠背运行的拓扑结构，电网10通过调压器6与整流柜5连接在一起，整流柜5的电压输出正端与公共直流母线的正端连接在一起，整流柜5的电压输出负端与公共直流母线的负端连接在一起，在公共直流母线的正端和负端之间连接有直流支撑电容4，工业控制机9通过第一接口电路板7与第一被测IGBT模块1的脉冲信号控制端连接在一起，工业控制机9通过第二接口电路板8与第二被测IGBT模块2的脉冲信号控制端连接在一起；
第二步、电网10提供三相380伏交流电压，通过调压器6调压和整流柜5整流后为第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2同时提供温升测试功率电压；
第三步、通过工业控制机9中的程序调整第一组被测IGBT模块1的调制因数和第二组被测IGBT模块2调制因数以及第一组被测IGBT模块1的相位角和第二组被测IGBT模块2相位角，触发脉冲，使IGBT模块进入工作状态；
第四步、调节调压器6使公共直流母线上的电压达到额定直流电压，使IGBT模块的输出电流达到额定电流；
第五步、在上述额定工况条件下，每五分钟记录一次数据，数据内容包括第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2的温度、负载电抗器3的温度，当IGBT模块在一小时内温度变化在1℃以内时，可判定IGBT模块已达到热稳定；
第六步、根据测试环境温度计算出第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2的温升。
图1是本发明的测试电路的结构示意图，其中，第一组被测IGBT模块1与第二组被测IGBT模块2的直流侧通过直流母线连接，直流母线正、负之间有直流支撑电容4，第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2交流输出分别连接负载电抗器3的两端。第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2内部均由三相IGBT模块组成。本发明设计的外部直流电源由电网V_grid经过调压器6调节，调压器6输出至整流柜5，整流柜5输出直流电压并连接至变频器直流母线上，实现外部直流电压的连续可调。其中V_grid为电网三相电压380伏。本发明设计的控制部分主要由工业控制机9和第一接口电路板7、第二接口电路板8完成，电力接口电路板7控制第一组被测IGBT模块1，第二接口电路板8控制第二组被测IGBT模块2，工业控制机9与第一接口电路板7、第二接口电路板8通过POWERLINK工业以太网通信，第一接口电路板7、第二接口电路板8均接受同一台工业控制机9的指令，并实现PWM脉冲驱动信号的发生，施加在各组IGBT模块上，同时，每组IGBT模块的温度、电流、电压及故障等信号通过第一接口电路板7、第二接口电路板8时回馈给工业控制机9。
图2为背靠背测试时两组IGBT模块输出电压和电流的矢量图，其中，V1为第一组被测IGBT模块1的输出电压有效值，V2为第二组被测IGBT模块2的输出电压有效值，φ为第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2输出电压的相角差，I为负载电抗器3的电流有效值，通过PLC程序设定第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2的调制因数相等，使V1和V2幅值相等，第一组被测IGBT模块1和第二组被测IGBT模块2的相角差为φ，通过调整两组被测IGBT模块调制因数和相角差，当直流电压达到额定直流电压时，使负载电流I达到额定电流。
本发明设计尽可能在接近实际运行工况的条件下进行，针对不同冷却方式的变频器，要尽可能满足其额定冷却条件，强迫风冷变频器需要打开其散热风机，水冷变频器需要有外部陪试水冷设备，用以模拟冷源水条件，并使冷源水和冷却水均达到额定运行流量和压力，测试变频器在额定换热条件下IGBT模块和被动器件的温升。

Claims (2)

1.一种变频器IGBT模块温升的测试电路，包括第一组被测IGBT模块（1）、第二组被测IGBT模块（2）、负载电抗器（3）、第一接口电路板（7）、第二接口电路板（8）和工业控制机（9），其特征在于，第一组被测IGBT模块（1）的直流侧和第二组被测IGBT模块（2）的直流侧是连接在一起的，并通过公共直流母线与外接直流电源连接在一起，第一组被测IGBT模块（1）的逆变侧和第二组被测IGBT模块（2）的逆变侧通过共同的负载电抗器（3）连接在一起，形成一个背靠背运行的拓扑结构，电网（10）通过调压器（6）与整流柜（5）连接在一起，整流柜（5）的电压输出正端与公共直流母线的正端连接在一起，整流柜（5）的电压输出负端与公共直流母线的负端连接在一起，在公共直流母线的正端和负端之间连接有直流支撑电容（4），工业控制机（9）通过第一接口电路板（7）与第一组被测IGBT模块（1）的脉冲信号控制端连接在一起，工业控制机（9）通过第二接口电路板（8）与第二组被测IGBT模块（2）的脉冲信号控制端连接在一起。
2.一种变频器IGBT模块温升的测试方法，包括以下步骤：
第一步、将第一组被测IGBT模块（1）的直流侧和第二组被测IGBT模块（2）的直流侧连接在一起的，并通过公共直流母线与外接直流电源连接在一起，第一组被测IGBT模块（1）的逆变侧和第二组被测IGBT模块（2）的逆变侧通过共同的负载电抗器（3）连接在一起，形成一个背靠背运行的拓扑结构，电网（10）通过调压器（6）与整流柜（5）连接在一起，整流柜（5）的电压输出正端与公共直流母线的正端连接在一起，整流柜（5）的电压输出负端与公共直流母线的负端连接在一起，在公共直流母线的正端和负端之间连接直流支撑电容（4），工业控制机（9）通过第一接口电路板（7）与第一被测IGBT模块（1）的脉冲信号控制端连接在一起，工业控制机（9）通过第二接口电路板（8）与第二被测IGBT模块（2）的脉冲信号控制端连接在一起；
第二步、电网（10）提供三相380伏交流电压，通过调压器（6）调压和整流柜（5）整流后为第一组被测IGBT模块（1）和第二组被测IGBT模块（2）同时提供温升测试功率电压；
第三步、通过工业控制机（9）中的程序调整第一组被测IGBT模块（1）的调制因数和第二组被测IGBT模块（2）调制因数以及第一组被测IGBT模块（1）的相位角和第二组被测IGBT模块（2）相位角，触发脉冲，使IGBT模块进入工作状态；
第四步、调节调压器（6）使公共直流母线上的电压达到额定直流电压，使IGBT模块的输出电流达到额定电流；
第五步、在上述额定工况条件下，每五分钟记录一次数据，数据内容包括第一组被测IGBT模块（1）和第二组被测IGBT模块（2）的温度、负载电抗器（3）的温度，当IGBT模块在一小时内温度变化在1℃以内时，可判定IGBT模块已达到热稳定；
第六步、根据测试环境温度计算出第一组被测IGBT模块（1）和第二组被测IGBT模块（2）的温升。
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