CN108107341A - 一种应用于igbt器件直接串联h桥组件的测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，属于电力电子技术领域。本发明包括依次并柜连接的控制单元柜、调压器柜、变压器柜、整流柜、电容器柜、H桥组件柜、负载柜和安全放电柜。本发明电路简单、布置简洁、方法可靠、搭建容易，适合在研发初期对样品的快速验证，可以测试大电流下H桥组件的电应力情况，有功损耗主要为器件损耗，损耗小。

Description

一种应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台。

背景技术

电力电子技术是智能电网基础技术的一个重要环节，主要涉及利用电力电子器件对电能进行控制和变换，是电力系统、电子技术和控制理论的融合。近年来，随着智能电网建设正式展开、大规模新能源的接入不断增加、电能质量需求不断提升，基于绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的高压大功率的电力电子电压源换流器需求不断增加，高压大功率的电力电子应用装置的需求也不断增加，如高压变频器、静态无功补偿器(STATCOM)等。但是单个IGBT（绝缘栅双极型晶体管）由于耐压的限制，在高压大功率电能变换场合不能满足需求。

目前，从国内外整体应用和技术特点看，解决单个IGBT耐压等级低的缺陷的有效办法主要有两种：IGBT直接串联技术和多电平技术（以模块化多电平技术即MMC为代表）。相比MMC技术，将耐压等级较低的多个IGBT进行串联使用，采用两电平或三电平拓扑结构构成的高压大容量电压源换流器不仅具有控制简单的优点，而且由于减少了电平数，即减少了IGBT和支撑电容的数量，从而降低了工程造价。据测算，采用IGBT直接串联方案制备电压源换流器、高压变频器等装置，成本可降低40%左右，IGBT器件直接串联技术的应用研究仍是目前研究的重点。

通过进行IGBT串联数量及串联级数选择、同步的驱动设计以及合理的结构设计，并通过合理的电气连接，形成完整的H桥组件。通过对H桥组件串并联连接，可以应用于SVG、变频器等场合。因此，根据应用的需要，需要在各种试验工况下考察H桥组件的过载运行工况、最大电流、电压及散热等，以验证H桥组件的可靠性。

发明内容

本发明的发明目的是：为满足现有技术中对IGBT器件直接串联H桥组件进行测试的需要，提供一种应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台。该平台能够在研发初期，可靠的、快速的对H桥组件电压、电流等电气应力考核。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案，包括依次并柜连接的控制单元柜、调压器柜、变压器柜、整流柜、电容器柜、H桥组件柜、负载柜和安全放电柜，其中：

所述调压器柜用于放置调压器；

所述变压器柜用于放置变压器；

所述整流器柜用于放置不控整流器；

所述电容器柜用于放置支撑电容器；

所述H桥组件柜用于放置被测H桥组件以及采样电流互感器和采样电压互感器；

所述负载柜用于放置负载电抗器；

所述安全放电柜用于放置放电开关和放电电阻；

所述控制单元柜用于实现测试平台的控制操作；

调压器的输入端与外部380V三相电压源的输出端相连，调压器的输出端与变压器的输入端相连，变压器的输出端与不控整流器的输入端相连，不控整流器的输出端正极与支撑电容器正极及被测H桥组件正输入端相连，不控整流器输出端负极与支撑电容器负极及被测H桥组件负输入端相连，被测H桥组件的中点输出端与负载电抗器两端相连，放电开关的高压端与支撑电容器的正极相连、低压端与放电电阻的一端相连，放电电阻的另一端与支撑电容器的负极相连，采样电流互感器和采样电压互感器设置在被测H桥组件与负载电抗器之间的连接电路里；支撑电容器和被测H桥组件通过铜排连接，其他通过电缆连接。

上述技术方案的进一步特征在于，所述控制单元柜包含控制器、供电电源、工控机、接线端子和UPS其中控制器为被测H桥组件的脉冲开关控制器，用于启动、闭锁及过流保护；供电电源为测试平台的二次部分控制电源转换器，用于给控制器、工控机、H桥组件驱动单元提供需要的电平电压；工控机用于系统监控及显示；接线端子为控制单元柜的辅助接线设备，用于信号连接与检修；UPS用于为供电电源提供隔离电源。

上述技术方案的进一步特征在于，所述调压器为具备电源进线通断控制功能的三相柱式调压器。

上述技术方案的进一步特征在于，所述变压器为三相固态变压器。

上述技术方案的进一步特征在于，所述不控整流器为三相不控整流器，整流柜具备电压、电流显示及过流保护功能。

上述技术方案的进一步特征在于，所述支撑电容器为金属箔自裕式电容，电容器柜通过电容串并联实现容值及耐压的调节。

上述技术方案的进一步特征在于，所述放电开关采用磁保持开关吸合。

上述技术方案的进一步特征在于，所述H桥组件柜通过风冷或水冷组件散热。

上述技术方案的进一步特征在于，所述H桥组件柜还用于放置其他需要进行脉冲测试或/和运行测试的器件。。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明的测试平台电路简单、布置简洁、方法可靠、搭建容易。

（2）测试平台利用支撑电容器和负载电抗器来实现无功电流的来回传输，可以测试大电流下H桥组件的电应力情况，有功损耗主要为器件损耗，损耗小。

（3）测试平台适合研发初期对样品的快速验证，试验样品仅需一个H桥组件，组件的设计及生产较为方便。

（4）测试平台具有通用性，可进行脉冲测试和运行测试，测试对象也不局限于H桥组件，可作为通用测试平台使用。

（5）本发明的电容柜支撑电容为金属箔自裕式电容，具有超常的使用寿命，且更环保。

（6）本发明的放电回路安全可靠，操作简单。

附图说明

图1为本发明实施例中的总体实施电路图。

图2为本发明实施例中平台柜体实施框图。

图3为本发明实施例中控制单元柜组成框图。

图4为本发明实施例中H桥组件半桥等效电路图。

图5为本发明实施例中H桥组件半桥中点输出及IGBT两端电压波形示意图。

附图1中，标记1~11分别为：（1）-380V三相电压源；（2）-调压器；（3）-变压器；（4）-不控整流器；（5）-支撑电容器；（6）-被测H桥组件；（7）-负载电抗器；（8）-放电开关；（9）-放电电阻；（10）-采样电流互感器；（11）-采样电压互感器。

具体实施方式

下面参照附图，并结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例为一种应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其电路原理如图1所示，包括连接在一起的380V三相电压源1、调压器2、变压器3、不控整流器4、支撑电容器5、被测H桥组件6、负载电抗器7、放电开关8、放电电阻9以及采样电流互感器10和采样电压互感器11。支撑电容器5和被测H桥组件6通过铜排连接，其他通过电缆连接。

具体而言，380V三相电压源1的输入来自测试平台所用的380V电源开关柜，380V三相电压源1的输出端与调压器2的输入端相连；调压器2的输出端与变压器3的输入端相连；变压器3的输出端与不控整流器4的输入端相连；不控整流器4的输出端正极与支撑电容器5正极、被测H桥组件6正输入端相连，不控整流器4输出端负极与支撑电容器5负极、被测H桥组件6负输入端相连；被测H桥组件6的中点输出端与负载电抗器7两端相连；放电开关8的高压端与支撑电容器5的正极相连，低压端与放电电阻9的一端相连，放电电阻9的另一端与支撑电容器5的负极相连。采样电流互感器10和采样电压互感器11设置在被测H桥组件6与负载电抗器7之间的连接电路里，进行电流和电压的采样。

参见图2，测试平台的各部分均采用柜体并柜连接，分为控制单元柜、调压器柜、变压器柜、整流柜、电容器柜、H桥组件柜、负载柜、安全放电柜，其中：

调压器柜用于放置调压器2，调压器2具体为三相柱式调压器，具备电源进线通断控制功能。

变压器柜用于放置变压器3，变压器3具体为三相固态变压器。

整流器柜用于放置不控整流器4，不控整流器4具体为三相不控整流器，整流柜具备电压、电流显示及过流保护功能。

电容器柜用于放置支撑电容器5，支撑电容器5具体为金属箔自裕式电容，电容器柜可通过电容串并联实现容值及耐压的调节。

H桥组件柜用于放置被测H桥组件6以及采样电流互感器10和采样电压互感器11，H桥组件柜通过风冷或水冷组件进行散热。H桥组件柜还用于放置其他需要进行脉冲测试或/和运行测试的器件，从而作为通用测试平台使用。

负载柜用于放置负载电抗器7。

安全放电柜用于放置放电开关8、放电电阻9，放电开关8采用磁保持开关吸合以确保人员安全。

控制单元柜用于实现测试平台的控制操作。参见图3，控制单元柜包含控制器、供电电源、工控机、接线端子、UPS等。控制器为被测H桥组件的脉冲开关控制器，具备启动、闭锁等控制及过流保护等功能。供电电源为测试平台的二次部分控制电源转换器，主要给控制器、工控机、H桥组件驱动单元等提供需要的电平电压。工控机主要功能为系统监控及显示，方便了解系统工作情况。接线端子为控制单元柜的辅助接线设备，便于信号连接与检修。UPS主要为供电电源提供隔离电源，渐少干扰。

参见图4，被测H桥组件6一般包含2个图示单元，图示阀段1为上桥臂，包含6个IGBT单元直接串联，阀段2为下桥臂，包含6个IGBT单元直接串联。利用本实施例对被测H桥组件6的测试方法如下：

（1）将被测H桥组件6按图1并入测试平台，即放置到H桥组件柜中，并进行电路连接。选取阀段1或阀段2为采样阀段，用测试探头通过H桥组件柜中采样电流互感器10和采样电压互感器11分别对采样阀段的IGBT单元两端电压及中点出线电流进行采样，并设置测试用的采样触发点（数据点）；

（2）控制单元柜接通电源，确保控制器等装置无异常，通过控制器设置输出电流等控制定值；

（3）调压器2将支撑电容器5两端的母线电压充到预设电压；

（4）控制器施加启动信号，待系统稳定后，利用示波器观测采集信号，采集试验数据，测试结果如图5所示；

（5）试验数据采集完毕后，控制器施加闭锁信号，停止运行；

（6）调压器2回零，并断开电源；

（7）闭合放电电阻柜中的放电开关8，释放支撑电容器5的能量，测试结束。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (9)

1.一种应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，包括依次并柜连接的控制单元柜、调压器柜、变压器柜、整流柜、电容器柜、H桥组件柜、负载柜和安全放电柜，其中：

所述调压器柜用于放置调压器；

所述变压器柜用于放置变压器；

所述整流器柜用于放置不控整流器；

所述电容器柜用于放置支撑电容器；

所述H桥组件柜用于放置被测H桥组件以及采样电流互感器和采样电压互感器；

所述负载柜用于放置负载电抗器；

所述安全放电柜用于放置放电开关和放电电阻；

所述控制单元柜用于实现测试平台的控制操作；

调压器的输入端与外部380V三相电压源的输出端相连，调压器的输出端与变压器的输入端相连，变压器的输出端与不控整流器的输入端相连，不控整流器的输出端正极与支撑电容器正极及被测H桥组件正输入端相连，不控整流器输出端负极与支撑电容器负极及被测H桥组件负输入端相连，被测H桥组件的中点输出端与负载电抗器两端相连，放电开关的高压端与支撑电容器的正极相连、低压端与放电电阻的一端相连，放电电阻的另一端与支撑电容器的负极相连，采样电流互感器和采样电压互感器设置在被测H桥组件与负载电抗器之间的连接电路里；支撑电容器和被测H桥组件通过铜排连接，其他通过电缆连接。

2.根据权利要求1所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述控制单元柜包含控制器、供电电源、工控机、接线端子和UPS其中控制器为被测H桥组件的脉冲开关控制器，用于启动、闭锁及过流保护；供电电源为测试平台的二次部分控制电源转换器，用于给控制器、工控机、H桥组件驱动单元提供需要的电平电压；工控机用于系统监控及显示；接线端子为控制单元柜的辅助接线设备，用于信号连接与检修；UPS用于为供电电源提供隔离电源。

3.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述调压器为具备电源进线通断控制功能的三相柱式调压器。

4.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述变压器为三相固态变压器。

5.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述不控整流器为三相不控整流器，整流柜具备电压、电流显示及过流保护功能。

6.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述支撑电容器为金属箔自裕式电容，电容器柜通过电容串并联实现容值及耐压的调节。

7.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述放电开关采用磁保持开关吸合。

8.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述H桥组件柜通过风冷或水冷组件散热。

9.根据权利要求2所述的应用于IGBT器件直接串联H桥组件的测试平台，其特征在于，所述H桥组件柜还用于放置其他需要进行脉冲测试或/和运行测试的器件。