CN111257720A - 一种晶闸管寿命评估试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶闸管寿命评估试验装置，用于对晶闸管的使用寿命进行试验评估，其评估试验装置包括：使用工况模拟系统，晶闸管使用工况模拟系统用于为多个晶闸管提供使用工况模拟环境；寿命分析评估系统，其用于实时采集处于使用工况模拟系统的模拟工况环境中的晶闸管参数信息，并对参数信息进行分析后获得晶闸管的预期使用寿命信息；控制系统；供电系统；本发明的晶闸管寿命评估试验装置，使用工况模拟系统能够模拟晶闸管实际使用时的工况环境，且能够自动完成晶闸管的工况模拟，晶闸管寿命评估试验装置试验过程不需人工干预，可以避免出现大规模的晶闸管在使用中超期服役的现象，进而避免大规模晶闸管突然损坏造成企业生产损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶闸管寿命评估试验装置。
背景技术
晶闸管是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件，多用于可控整流、逆变、调压等电路，也作为无触点开关等功能。虽然晶闸管常被认为是一种长寿命、无磨损的稳定元器件，但是随着电流和外界环境的影响，其老化的发生是不可避免的。
晶闸管的老化无法直接观察判断，同时在工业场景中晶闸管的使用数量又十分巨大，承担功能非常重要。因此有必要对晶闸管进行寿命试验，评估晶闸管的使用寿命。制定合适的更换周期，以防止大规模的晶闸管在使用中超期服役；同时，不同类型的晶闸管真实使用条件各不相同，对失效指标的选择及其判定依据也不尽相同；因此，评估晶闸管在不同的环境工况下的使用寿命，且能够灵活的进行各种工况的切换模拟成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种晶闸管寿命评估试验装置。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种晶闸管寿命评估试验装置，用于对晶闸管的使用寿命进行试验评估，其评估试验装置包括：
使用工况模拟系统，晶闸管使用工况模拟系统用于为多个晶闸管提供使用工况模拟环境；
寿命分析评估系统，寿命分析评估系统与使用工况模拟系统相连接，其用于实时采集处于使用工况模拟系统的模拟工况环境中的晶闸管参数信息，并对参数信息进行分析后获得晶闸管的预期使用寿命信息；
控制系统，控制系统用于控制使用工况模拟系统、寿命分析评估系统进行工作；
供电系统，供电系统用于为使用工况模拟系统、寿命分析评估系统及控制系统供应电力。
优选地，使用工况模拟系统包括电力工况发生器，电力工况发生器分别与控制系统和寿命分析评估系统连接，电力工况发生器为晶闸管提供的电力工况包括恒流工况、循环负载工况、短路故障电流工况。
优选地，循环负载工况的负载循环周期的续时间保持在30s到5min的范围内。
优选地，使用工况模拟系统包括高低温应力加速箱，高低温应力加速箱分别与控制系统和寿命分析评估系统连接，高低温应力加速箱用于在高温环境下或低温环境下为晶闸管提供加速应力工况。高低温下加速应力会影响产品的机械、物理化学和电气性能，膨胀系数不一的材料在温度作用下会产生机械应力。
优选地，高低温应力加速箱包括有高温加速仓、低温加速仓、往复移动于高温加速仓和低温加速仓之间的测试板，多个待测晶闸管安装于测试板上。
优选地，高温加速仓内的最高温度为140°C，低温加速仓内的最低温度为-55°C。
优选地，寿命分析评估系统包括：数据采集模块，数据采集模块用于采集处于模拟工况环境中的晶闸管的参数信息；
分析运算模块，分析运算模块与数据采集模块相连接，分析运算模块通过对数据采集模块采集到的信息进行分析，并与终止条件进行比较，判断出晶闸管的失效状况，计算被测样品寿命信息；
显示模块，显示模块根据分析运算模块的分析数据显示晶闸管寿命试验结果。
优选地，数据采集模块采集的参数信息包括维持电流、触发电压、触发电流、正向重复峰值电压、反向重复峰值电压中的一种或多种。
优选地，控制系统包括：核心控制单元，核心控制单元用于更换及控制使用工况模拟系统为晶闸管提供的模拟工况，且指定寿命分析评估系统需要采集的参数信息；编程模块，编程模块为核心控制单元控制使用工况模拟系统、寿命分析评估系统提供控制程序。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明的晶闸管寿命评估试验装置，使用工况模拟系统能够模拟晶闸管实际使用时的工况环境，且能够自动完成晶闸管的工况模拟，为晶闸管的寿命评估提供前提基础，此外寿命分析评估系统通过采集晶闸管的各参数信息，并对各参数信息进行分析后自动获得晶闸管预期寿命信息，晶闸管寿命评估试验装置试验过程不需人工干预，可以避免出现大规模的晶闸管在使用中超期服役的现像，进而避免大规模晶闸管突然损坏造成企业生产损失。
进一步的，本发明晶闸管寿命评估试验装置的控制系统设置有编程模块，提前设置试验相关参数就可以编制程序，以通过核心控制单元控制使用工况模拟系统、寿命分析评估系统为晶闸管在不同模拟工况下的寿命进行评估分析，满足不同型号、不同用途晶闸管的测试要求。
附图说明
图1为本发明评估试验装置的布局原理示意图；
图2为本发明安装有晶闸管的测试板结构原理示意图
图3为本发明高低温应力加速箱结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1至图3所示，一种晶闸管寿命评估试验装置，用于对晶闸管的使用寿命进行试验评估，其评估试验装置包括：
使用工况模拟系统，晶闸管使用工况模拟系统用于为多个晶闸管提供使用工况模拟环境，对多个晶闸管同时测试，可以提高测试效率，而且抽检的比例越高，则测试得到的结构更具有代表性；寿命分析评估系统，寿命分析评估系统与使用工况模拟系统相连接，其用于实时采集处于使用工况模拟系统的模拟工况环境中的晶闸管参数信息，并对参数信息进行分析后获得晶闸管的预期使用寿命信息；控制系统，控制系统用于控制使用工况模拟系统、寿命分析评估系统进行工作；供电系统，供电系统用于为使用工况模拟系统、寿命分析评估系统及控制系统供应电力。
具体地，使用工况模拟系统包括电力工况发生器和高低温应力加速箱，其中，电力工况发生器和高低温应力加速箱均分别与控制系统和寿命分析评估系统连接，即，电力工况和高低温环境下的加速应力工况可以根据晶闸管的实际应用情况进行同时模拟，或者只取两大类工况中的一类进行模拟。
高低温应力加速箱（预留与供电模块相连的供电接口和数据采集模块相连的采集接口）用于在高温环境下或低温环境下为晶闸管提供加速应力工况。高低温下加速应力会影响产品的机械、物理化学和电气性能，膨胀系数不一的材料在温度作用下会产生机械应力。高温加速仓内的最高温度为140°C，低温加速仓内的最低温度为-55°C。
高低温应力加速箱包括有高温加速仓、低温加速仓、往复移动于高温加速仓和低温加速仓之间的测试板，多个待测晶闸管安装于测试板上，测试板可以在高低温仓中往复移动，其移动频率可设置，最低交变周期可达30s（也可以长期停留在某一温仓中，视作恒定应力），
电力工况发生器设在加速箱外部，通过电线与测试板上的待测晶闸管电连接，并提供各种电力工况模拟；本例中，电力工况发生器为晶闸管提供的电力工况包括恒流工况（长期保持导通电流在设定值，如500A）、循环负载工况（循环负载工况的负载循环周期的续时间保持在30s到5min的范围内）、短路故障电流工况（在10ms的短脉冲过程中，施加器件规定的可承受的短路电流，如1000A）。
进一步地，寿命分析评估系统包括：数据采集模块，数据采集模块用于采集处于模拟工况环境中的晶闸管的参数信息（参数信息包括维持电流、触发电压、触发电流、正向重复峰值电压、反向重复峰值电压中的一种或多种）；分析运算模块，分析运算模块与数据采集模块相连接，分析运算模块通过对数据采集模块采集到的信息进行分析，并与终止条件进行比较，判断出晶闸管的失效状况，计算被测样品寿命信息；本例中终止条件为根据测试需要设定的终止条件，如：到达设定的试验时间或数据采集模块采集到的维持电流、触发电压等参数下降到设定值等。
显示模块，显示模块根据分析运算模块的分析数据显示晶闸管寿命试验结果。此外，显示模块也可以显示当前试验进度及各种参数进行集中显示，在试验终止后自动显示寿命试验结果。
进一步地，控制系统包括：核心控制单元，核心控制单元用于更换及控制使用工况模拟系统为晶闸管提供的模拟工况，且指定寿命分析评估系统需要采集的参数信息；编程模块，编程模块为核心控制单元控制使用工况模拟系统、寿命分析评估系统提供控制程序；
编程模块可以让技术人员利用就地屏幕或具有接口程序的普通电脑对试验过程进行自主化编程，并将程序下载至核心控制单元，而核心控制单元则可以根据下载的试验程序，智能控制试验过程，核心控制单元依靠成熟工业PLC系统搭建，通信方式为MODBUS协议，可以按照设定程序向下游设备发送控制指令，如：控制电力工况发生器提供指定的恒定或步进电流电压、控制高低温应力加速箱提供指定恒定或交变高低温应力、控制采集单元进行指定参数的采集等。
综上所述，本发明的晶闸管寿命评估试验装置，使用工况模拟系统能够模拟晶闸管实际使用时的工况环境，且能够自动完成晶闸管的工况模拟，为晶闸管的寿命评估提供前提基础，此外寿命分析评估系统通过采集晶闸管的各参数信息，并对各参数信息进行分析后自动获得晶闸管预期寿命信息，晶闸管寿命评估试验装置试验过程不需人工干预，可以避免出现大规模的晶闸管在使用中超期服役的现像，进而避免大规模晶闸管突然损坏造成企业生产损失。
进一步的，本发明晶闸管寿命评估试验装置的控制系统设置有编程模块，提前设置试验相关参数就可以编制程序，以通过核心控制单元控制使用工况模拟系统、寿命分析评估系统为晶闸管在不同模拟工况下的寿命进行评估分析，满足不同型号、不同用途晶闸管的测试要求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种晶闸管寿命评估试验装置，用于对晶闸管的使用寿命进行试验评估，其特征在于：所述评估试验装置包括：
使用工况模拟系统，所述晶闸管使用工况模拟系统用于为多个晶闸管提供使用工况模拟环境；
寿命分析评估系统，所述寿命分析评估系统与所述使用工况模拟系统相连接，其用于实时采集处于使用工况模拟系统的模拟工况环境中的晶闸管参数信息，并对参数信息进行分析后获得晶闸管的预期使用寿命信息；
控制系统，所述控制系统用于控制所述使用工况模拟系统、寿命分析评估系统进行工作；
供电系统，所述供电系统用于为使用工况模拟系统、寿命分析评估系统及控制系统供应电力。
2.根据权利要求1所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述使用工况模拟系统包括电力工况发生器，所述电力工况发生器分别与所述控制系统和寿命分析评估系统连接，所述电力工况发生器为晶闸管提供的电力工况包括恒流工况、循环负载工况、短路故障电流工况。
3.根据权利要求2所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述循环负载工况的负载循环周期的续时间保持在30s到5min的范围内。
4.根据权利要求1或2所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述使用工况模拟系统包括高低温应力加速箱，所述高低温应力加速箱分别与所述控制系统和寿命分析评估系统连接，所述高低温应力加速箱用于在高温环境下或低温环境下为晶闸管提供加速应力工况。
5.根据权利要求4所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述高低温应力加速箱包括有高温加速仓、低温加速仓、往复移动于所述高温加速仓和低温加速仓之间的测试板，多个待测晶闸管安装于所述测试板上。
6.根据权利要求5所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述高温加速仓内的最高温度为140°C，所述低温加速仓内的最低温度为-55°C。
7.根据权利要求1所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述寿命分析评估系统包括：
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集处于模拟工况环境中的所述晶闸管的参数信息；
分析运算模块，所述分析运算模块与数据采集模块相连接，所述分析运算模块通过对数据采集模块采集到的信息进行分析，并与终止条件进行比较，判断出晶闸管的失效状况，计算被测样品寿命信息；
显示模块，所述显示模块根据分析运算模块的分析数据显示晶闸管寿命试验结果。
8.根据权利要求7所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述数据采集模块采集的参数信息包括维持电流、触发电压、触发电流、正向重复峰值电压、反向重复峰值电压中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的晶闸管寿命评估试验装置，其特征在于：所述控制系统包括：
核心控制单元，所述核心控制单元用于更换及控制使用工况模拟系统为晶闸管提供的模拟工况，且指定所述寿命分析评估系统需要采集的参数信息；编程模块，所述编程模块为所述核心控制单元控制所述使用工况模拟系统、寿命分析评估系统提供控制程序。
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