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

一种压接式igbt模块换流测试装置 Download PDF

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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
Figure BDA0002816464000000021
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。
Figure BDA0002816464000000041
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
Figure FDA0003668347610000011
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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