CN112540279B - 一种压接式igbt模块换流测试装置 - Google Patents

Abstract

一种压接式IGBT模块换流测试装置，包括支撑电容、可调直流电源、可调杂散电感铜排、可调驱动板、空心电感、放电电阻、接触器和脉冲箱；可调直流电源输出电源正极连接支撑电容正极，并行连接接触器一端；接触器的另一端连接放电电阻的一端，放电电阻的另一端连接支撑电容的负极；可调直流电源的电源负极连接支撑电容的负极；可调杂散电感铜排的正极+固定在支撑电容的正极+，负极‑固定在支撑电容的负极；另一端的正极连接IGBT固定装置的正极，另一端的负极连接IGBT固定装置的负极；IGBT固定装置的正极+连接空心电感的一端，空心电感的另一端连接到IGBT固定装置的交流端；能够进行多种不同工况下IGBT测试，确定相关影响因素和变量，提高工作效率。

Description

一种压接式IGBT模块换流测试装置

技术领域

本发明涉及MMC柔直输电系统技术领域，特别涉及一种压接式IGBT模块换流测试装置。

背景技术

随着国内研发水平的提高，各个领域中的国产产品均占有一席之地，在超高压输电系统也不例外。其中超高压输电系统中的MMC柔性直流输电系统凭借低损耗和高可靠性的特点日益成为超高压、跨区域输电的主要拓扑结构之一。MMC柔性直流输电系统的硬件结构特点是换流阀体积较大，模块成本较高，一经制造投入运行，几乎无更改可能。根据这一特点对国产换流阀子单元的产品性能，参数优良性，可靠性存在较高要求；并且换流阀子单元数量巨大，需要保证标准化生产，不能进行二次更改，故需在研发前期需要投入较大物力和财力进行设计。

在MMC柔直输电系统中，研制重中之重子系统的当属换流阀中的国产IGBT功率模组，其承载着系统的交直流变化和电能传输，该电力电子元件运行要求极高可靠性(损耗低、温升低、无故障、无损坏)。在研制国产IGBT功率模组中，针对不确定性因素(损耗大小、电压高低和电流大小)需要进行精确计算和综合评估，传统的测试IGBT换流工装只能进行简单实验，无法满足多因素变量测试要求，增加了拆卸次数和操作时间，降低了工作效率。

发明内容

为解决背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种压接式IGBT模块换流测试装置，能够进行多种不同工况下IGBT测试，进而确定相关影响因素和变量，提高工作效率。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种压接式IGBT模块换流测试装置，包括支撑电容、可调直流电源、可调杂散电感铜排、可调驱动板、空心电感、放电电阻、接触器和脉冲箱；

可调直流电源输出为直流，输出电源正极﹢连接支撑电容正极+，并行连接接触器一端；接触器的另一端连接放电电阻的一端，放电电阻的另一端连接支撑电容的负极-；可调直流电源的电源负极-连接支撑电容的负极-；可调杂散电感铜排的正极+固定在支撑电容的正极+，负极-固定在支撑电容的负极-；可调杂散电感铜排的另一端的正极+连接IGBT固定装置的正极+，可调杂散电感铜排另一端的负极-连接IGBT固定装置的负极-；

IGBT固定装置的正极+连接上桥IGBT模块的发射极，IGBT固定装置的交流端上侧连接上桥IGBT模块的集电极；IGBT固定装置的交流端下侧连接下桥IGBT模块的发射极，IGBT固定装置的负极-连接下桥IGBT模块的集电极；IGBT固定装置的正极+侧面连接空心电感的一端，空心电感的另一端连接到IGBT固定装置的交流端侧面；

脉冲箱输出端通过光纤连接可调驱动板，可调驱动板的驱动端连接下桥IGBT模块的栅极。

所述的一种压接式IGBT模块换流测试装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤1、将被测压接式IGBT模块放入IGBT固定装置中紧固，手动旋转接触器旋钮，让接触器闭合1min，让支撑电容正极+通过闭合接触器、放电电阻和支撑电容负极-形成回路，使得支撑电容放电；然后旋转接触器旋钮，让接触器断开；

步骤2、调整可调杂散电感铜排使得杂散电感为测试回路所需被测值；调整可调驱动板，适配被测IGBT模块驱动参数；

步骤3、向脉冲箱输入本次测试所需的电流值I，空心电感感值L，测试支撑电容电压U，

根据公式1求得第一个脉冲时间长度t₁；

输入间隔时间t₂和第二个脉冲时间长度t₃，间隔时间t₂和第二个脉冲时间长度t₃为手动设置的数值，用于完成IGBT模块的换流；

步骤4、使用示波器、罗氏线圈、电压差分探头监测被测IGBT模块下桥T2的电压Vce、电流Ice和上桥D1的电压Vd、电流值Id；

步骤5、打开可调直流电源供电开关，向其输入本次测试电容电压U，可调直流电源闭合内部开关向支撑电容充电，充电至电容电压U后，可调直流电源断开内部开关，充电完成；

步骤6、手动触发脉冲箱开关按钮，使得驱动板向被测IGBT模块发出脉冲信号，由脉冲箱根据第一个脉冲时间长度t₁、间隔时间t₂和第二个脉冲时间长度t₃向下桥IGBT模块发出驱动脉冲；

步骤7、让被测IGBT模块产生换流过程，使用示波器监测换流过程；

步骤8、触发完成后，旋转接触器旋钮，使得接触器闭合2min，让支撑电容正极+通过闭合接触器、放电电阻和支撑电容负极-形成回路，使得支撑电容放电；然后旋转接触器旋钮，让接触器断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明相对于其它测试装置，本发明装置能够将多种变量柔和到一起，成本为原来装置的1/5，现在可以提高测试效率，可以节省时间大约为2/3，表明本发明资金耗费较低，能够对不同国产压接式IGBT模块进行不同工况下测试，增强测试效果，降低研发成本，保证前期研发投入。

附图说明

图1为本发明中的压接式IGBT模块换流测试装置示意图；

图2为本发明中的电压电流测试位置示意图；

图3为本发明中的测试顺序逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种压接式IGBT模块换流测试装置，包括支撑电容、可调直流电源、可调杂散电感铜排、可调驱动板、空心电感、放电电阻、接触器和脉冲箱。本发明换流装置连接拓扑为：可调直流电源输入电源为220VAC，可调直流电源输出为直流，输出电源﹢通过导线连接支撑电容正极+，并行通过导线连接接触器一端；接触器的另一端通过导线连接到放电电阻的一端，放电电阻的另一端通过导线连接到支撑电容的负极-；可调直流电源的电源-通过导线并行连接到支撑电容的负极-；可调杂散电感铜排一端的正极+通过螺栓并行固定在支撑电容的正极+，负极-同样通过螺栓并行固定在支撑电容的负极-；可调杂散电感铜排的另一端的正极+连接IGBT固定装置的正极+，可调杂散电感铜排另一端的负极-连接IGBT固定装置的负极-；IGBT固定装置的正极+连接上桥IGBT模块的发射极，IGBT固定装置的交流端上侧连接上桥IGBT模块的集电极；IGBT固定装置的交流端下侧连接下桥IGBT模块的发射极，IGBT固定装置的负极-连接下桥IGBT模块的集电极；IGBT固定装置的正极+侧面通过导线连接空心电感的一端，空心电感的另一端连接到IGBT固定装置的交流端侧面。脉冲箱输入电源为220VAC，输出端通过光纤连接到可调驱动板，可调驱动板通过驱动线连接到下桥IGBT模块的栅极。

支撑电容：支撑电容为聚丙烯电容，容值为：9mF，额定电压UN:2800V，最大耐受电压1.15倍*UN，支撑电容在装置中在IGBT换流动作中，起到提供换流能量，由于容值较大，所以母线电容的在换流完成后，母线电压保持不变。

可调直流电源：电压调节范围为0～6kV，电流调节范围为0～0.1A，连接支撑电容的正负极，为换流装置提供能量，由于其调节电压范围较大，能满足不同电压工况(例如：2100V、2500V和2800V等)测试。

可调杂散电感铜排：该铜排连接在支撑电容和IGBT固定装置之间，通过调整铜排路径来调整杂散电感大小，杂散电感调节范围为70～400nH，能够满足不同杂散电感(例如：100nH、170nH和300nH等)的测试要求。

空心电感：空心电感为负载电感，电感值L为520nH，连接IGBT固定装置的交流端和正极端或负极端，在IGBT换流实验回路中，能够起到瞬间储存能量和释放能量的作用。

可调驱动板：驱动板上安装可调电阻，开通电阻范围为2.0～6.0Ω，关断电阻范围为6.0～20.0Ω，驱动板通过驱动线连接IGBT模块的门极。IGBT模块开通或者关断需要驱动信号输入，IGBT驱动板上安装可调驱动电阻，可以调节驱动参数，调节IGBT模块的开通特性，能满足不同驱动电阻(例如：开通电阻为2.0Ω/4.0Ω/5.5Ω，关断电阻为：7.0Ω/14.0Ω/20.0Ω)工况下的测试。

接触器：接触器为真空接触器，一端连接在母线电容正极，另一端连接放电电阻的一端，起到开关作用，闭合后能够瞬间释放支撑电容能量，当进行IGBT换流实验时，断开接触器。

放电电阻：放电电阻为波纹电阻，通过接触器连接到支撑电容正负极两端，阻值为20Ω，接触器闭合能够瞬间释放支撑电容能量，起到放电和安全的作用。

脉冲箱：脉冲箱通过光纤连接到可调驱动板，可通过输入脉冲箱中空心电感感值、被测母线电压和测试电流值，依据公式1可以自动计算出第一个脉冲时间t1，另外，可向其输入间隔时间t2(一般时间长度约为60us)和第二个脉冲时间t3(一般时间长度约为30us)，进而按动触发按钮进行换流实验。

如图3所示，所述的一种压接式IGBT模块换流测试装置的测试方法，包括如下：

1)将被测压接式IGBT模块放入IGBT固定装置中紧固，手动旋转接触器旋钮，让接触器闭合1min，让支撑电容正极+通过闭合接触器、放电电阻和支撑电容负极-形成回路，使得支撑电容放电。然后旋转接触器旋钮，让接触器断开。

2)调整可调杂散电感铜排使得杂散电感为测试回路所需被测值(例如：本次实测值为100nH，调整至100nH位置处固定)；调整可调驱动板(可调电阻位置适配国产IGBT模块驱动参数，例如：国产压接式IGBT模块开通电阻为2.0Ω，关断电阻为10.0Ω，则将开通电阻调整为2.0Ω，关断电阻调整为10.0Ω)，调整完成后进行下一步。

3)向脉冲箱输入本次测试所需的电流值I，空心电感感值L，测试支撑电容电压U，根据公式1可以求得脉冲长度t1，输入间隔时间t2(一般时间长度约为60us)和第二个脉冲时间长度t3(一般时间长度约为30us)，完成对脉冲箱设置。

4)使用示波器、罗氏线圈、电压差分探头监测被测IGBT模块下桥T2的电压Vce、电流Ice和上桥D1电压Vd、电流值Id，监测点如图2所示。

5)打开可调直流电源供电开关，向其输入本次测试电容电压U，可调直流电源闭合内部开关向支撑电容充电，充电至电容电压U后，可调直流电源断开内部开关，充电完成。

6)手动触发脉冲箱开关按钮，使得驱动板向被测IGBT模块发出脉冲信号，

7)让被测IGBT模块产生换流过程，使用示波器监测换流过程。

8)触发完成后，旋转接触器旋钮，使得接触器闭合2min，让支撑电容正极+通过闭合接触器、放电电阻和支撑电容负极-形成回路，使得支撑电容放电。然后旋转接触器旋钮，让接触器断开。

操作结束。

本发明资金耗费较低，能够对不同国产压接式IGBT模块进行不同工况下测试，增强测试效果，降低研发成本，保证前期研发投入。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种压接式IGBT模块换流测试装置，其特征在于，包括支撑电容、可调直流电源、可调杂散电感铜排、可调驱动板、空心电感、放电电阻、接触器和脉冲箱；

可调直流电源的输出电源正极﹢连接支撑电容正极+，并连接接触器一端；接触器的另一端连接放电电阻的一端，放电电阻的另一端连接支撑电容的负极-；可调直流电源的电源负极-连接支撑电容的负极-；可调杂散电感铜排一端的正极+固定在支撑电容的正极+，可调杂散电感铜排 所述一端的负极-固定在支撑电容的负极-；可调杂散电感铜排的另一端的正极+连接IGBT固定装置的正极+，可调杂散电感铜排所述另一端的负极-连接IGBT固定装置的负极-；

IGBT固定装置的正极+连接上桥IGBT模块的发射极，IGBT固定装置的交流端上侧连接上桥IGBT模块的集电极；IGBT固定装置的交流端下侧连接下桥IGBT模块的发射极，IGBT固定装置的负极-连接下桥IGBT模块的集电极；IGBT固定装置的正极+侧面连接空心电感的一端，空心电感的另一端连接到IGBT固定装置的交流端侧面；

脉冲箱输出端通过光纤连接可调驱动板，可调驱动板的驱动端连接下桥IGBT模块的栅极。

2.权利要求1所述的一种压接式IGBT模块换流测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将被测IGBT模块放入IGBT固定装置中紧固，手动旋转接触器旋钮，让接触器闭合1min，让支撑电容正极+通过闭合的 接触器、放电电阻和支撑电容负极-形成回路，使得支撑电容放电；然后旋转接触器旋钮，让接触器断开；

步骤2、调整可调杂散电感铜排使得杂散电感为测试回路所需被测值；调整可调驱动板，适配被测IGBT模块驱动参数；

步骤3、向脉冲箱输入本次测试所需的电流值I，空心电感的电感值L，测试支撑电容电压U，根据公式1求得第一个脉冲时间长度t₁；

输入间隔时间t₂和第二个脉冲时间长度t₃，间隔时间t₂和第二个脉冲时间长度t₃为手动设置的数值，用于完成被测IGBT模块的换流；

步骤4、使用示波器、罗氏线圈、电压差分探头监测被测IGBT模块中下桥IGBT模块的IGBT T2的电压Vce、电流Ice和上桥IGBT模块的并联二极管D1的电压Vd、电流值Id；

步骤5、打开可调直流电源供电开关，可调直流电源闭合内部开关向支撑电容充电，充电至支撑电容电压U后，可调直流电源断开内部开关，充电完成；

步骤6、手动触发脉冲箱开关按钮，使得可调驱动板向被测IGBT模块发出脉冲信号，由脉冲箱根据第一个脉冲时间长度t₁、间隔时间t₂和第二个脉冲时间长度t₃向下桥IGBT模块发出驱动脉冲；

步骤7、让被测IGBT模块产生换流过程，使用示波器监测换流过程；

步骤8、触发完成后，旋转接触器旋钮，使得接触器闭合2min，让支撑电容正极+通过闭合的 接触器、放电电阻和支撑电容负极-形成回路，使得支撑电容放电；然后旋转接触器旋钮，让接触器断开。

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