CN206990741U - 一种非接触式变流器igbt状态检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，包括非接触式高带宽电流传感器、非接触式低带宽电流传感器和位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器，其中，非接触式高带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时间检测电路，非接触式低带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时刻电流检测电路，IGBT开关时间检测电路的输出端、IGBT开关时刻电流检测电路的输出端和IGBT表壳温度传感器的输出端分别与健康状态评估与故障诊断模块电连接；本实用新型通过完全非接触方式实现对IGBT健康状态的评估与故障诊断，同时本实用新型具有安全、经济、有效且利于现场实施的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种变流器IGBT状态检测装置，具体涉及一种非接触式变流器IGBT状态检测装置。
背景技术
世界上70％以上电能通过电力电子技术进行变换与控制。IGBT作为核心电力电子器件之一，广泛应用于新能源发电、电动汽车、轨道交通、航空航天以及冶金等众多领域。实际系统中，IGBT突然故障可能造成安全事故和重大经济损失，因此其运行安全性与可靠性问题日益突出。
IGBT状态监测技术可有效提高电力电子系统(即变流器)运行安全性与可靠性。一方面，以状态监测为基础的故障预诊断技术可在IGBT失效前及时发现故障并采取相应措施，提高系统运行安全性；另一方面，根据器件状态信息制定的系统维修计划可有效减少停机时间、维修费用并提升运维效率，显著提高系统运行可靠性与经济性。
然而实际系统中IGBT通常封装在变流器内部，很难对它们进行直接测量或测量精度低。为了解决这个技术难题，公开号为CN106324472A的中国发明专利公开了一种非接触式变流器IGBT模块状态监测方法，包括以下步骤：S1：测量变流器的输出相电流，并测量变流器IGBT模块的表壳温度；S2：从输出相电流中提取出IGBT等效关断时间和IGBT关断电流，IGBT等效关断时间为输出相电流的高频振荡信号中对应于该IGBT模块关断引起的第一个波头或波谷的时间，IGBT关断电流为与输出相电流开始出现高频振荡信号的时刻对应的电流；S3获取反映变流器IGBT模块运行状态的关断特性曲线。又如公开号为CN106291305A的中国发明专利公开了一种基于开关特性的变流器IGBT模块故障预诊断方法，该方法包括如下步骤：运行变流器，获取待故障预诊断的IGBT模块中各个IGBT管的开通特性曲线、关断特性曲线以及IGBT模块表壳温度；获取相同表壳温度下与待故障预诊断IGBT模块型号相同的健康IGBT模块中各个IGBT管的开通特性曲线和关断特性曲线；将待故障预诊断的IGBT模块和健康IGBT模块中对应的IGBT管的开通特性曲线和关断特性曲线两两对比，得到各IGBT管的特性曲线是否异常，若至少一个IGBT管特性曲线发生异常，则该待故障预诊断的IGBT模块发生故障。虽然以上公开技术实现了非接触式变流器IGBT模块状态监测，但未具体公开非接触式变流器IGBT状态检测装置，难以实施。
因此，有必要寻求一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，在实现对非接触式的变流器IGBT状态检测，有效提高变流器运行安全性与可靠性的前提下，结构简单，制造成本低，适合规模推广应用。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，通过完全非接触方式实现对封装在变流器内部IGBT器件的开关特性的测量，然后利用IGBT开关特性的变化实现对IGBT健康状态的评估与故障诊断，同时本实用新型具有安全、经济、有效且利于现场实施的优点。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，所述的检测装置包括非接触式高带宽电流传感器、非接触式低带宽电流传感器和位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器，其中，所述的非接触式高带宽电流传感器和非接触式低带宽电流传感器分别与变流器通过非接触的方式电连接，所述的非接触式高带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时间检测电路，所述的非接触式低带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时刻电流检测电路，所述的所述的IGBT开关时间检测电路的输出端、IGBT开关时刻电流检测电路的输出端和所述的IGBT表壳温度传感器的输出端分别与健康状态评估与故障诊断模块电连接。
优选地，所述的非接触式高带宽电流传感器采用罗氏线圈式电流传感器。
优选地，所述的罗氏线圈式电流传感器的带宽大于500kHz。
优选地，所述的非接触式低带宽电流传感器采用霍尔式电流传感器。
优选地，所述的霍尔式电流传感器带宽小于或等于100kHz。
优选地，所述的IGBT开关时间检测电路的检测精度小于100ns。
优选地，所述的IGBT开关时刻电流检测电路的检测精度小于5％的变流器额定电流。
优选地，所述的健康状态评估与故障诊断模块由数字信号处理器组成。
优选地，所述的健康状态评估与故障诊断模块输出IGBT剩余寿命信号、IGBT故障类型信号和IGBT故障预警信号。
本实用新型的工作原理和优点：本实用新型通过采用非接触式电流传感器分别测量得到变流器输出电流i的IGBT开关(包括开通或关断)高频振荡电流isw1和输出电流低频信号i0，然后分别通过IGBT开关时间检测电路和IGBT开关时刻电流检测电路分别检测得到IGBT开关时间tsw和IGBT开关电流isw0，IGBT开关时间tsw、IGBT开关电流isw0信号以及通过位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器测量得到的IGBT表壳温度Tc信号分别输入健康状态评估与故障诊断模块，健康状态评估与故障诊断模块通过数字信号处理器对这些信号进行数据处理得到IGBT的开关特性tsw＝f(isw0，Tc)然后根据IGBT开关特性的变化情况评估变流器中的IGBT器件的健康状态并诊断故障情况，最终输出IGBT剩余寿命信号、IGBT故障类型信号和IGBT故障预警信号；本实用新型完全通过非接触方式实现对封装在变流器内部IGBT器件的开关特性的测量，然后利用IGBT开关特性的变化实现对IGBT健康状态的评估与故障诊断，同时本实用新型具有安全、经济、有效且利于现场实施的优点。
附图说明
附图1是本实用新型的工作原理示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例公开了一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，检测装置包括非接触式高带宽电流传感器、非接触式低带宽电流传感器和位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器，其中，非接触式高带宽电流传感器和非接触式低带宽电流传感器分别与变流器通过非接触的方式电连接，非接触式高带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时间检测电路，非接触式低带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时刻电流检测电路，IGBT开关时间检测电路的输出端、IGBT开关时刻电流检测电路的输出端和IGBT表壳温度传感器的输出端分别与健康状态评估与故障诊断模块电连接。
本实用新型实施例通过采用非接触式电流传感器分别测量得到变流器输出电流i的IGBT开关(包括开通或关断)高频振荡电流isw1和输出电流低频信号i0，然后分别通过IGBT开关时间检测电路和IGBT开关时刻电流检测电路分别检测得到IGBT开关时间tse和IGBT开关电流isw0，IGBT开关时间tsw、IGBT开关电流isw0信号以及通过位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器测量得到的IGBT表壳温度Tc信号分别输入健康状态评估与故障诊断模块，健康状态评估与故障诊断模块通过数字信号处理器对这些信号进行数据处理得到IGBT的开关特性tsw＝f(isw0，Tc)，然后根据IGBT开关特性的变化情况评估变流器中的IGBT器件的健康状态并诊断故障情况，最终输出IGBT剩余寿命信号、IGBT故障类型信号和IGBT故障预警信号；本实用新型实施例完全通过非接触方式实现对封装在变流器内部IGBT器件的开关特性的测量，然后利用IGBT开关特性的变化实现对IGBT健康状态的评估与故障诊断，同时本实用新型实施例具有安全、经济、有效且利于现场实施的优点。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
请参见图1所示，一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，检测装置包括非接触式高带宽电流传感器、非接触式低带宽电流传感器和位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器(图未示出)，其中，非接触式高带宽电流传感器和非接触式低带宽电流传感器分别与变流器通过非接触的方式电连接，非接触式高带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时间检测电路，非接触式低带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时刻电流检测电路，IGBT开关时间检测电路的输出端、IGBT开关时刻电流检测电路的输出端和IGBT表壳温度传感器的输出端分别与健康状态评估与故障诊断模块电连接。优选地，非接触式高带宽电流传感器采用罗氏线圈式电流传感器；进一步优选地，罗氏线圈式电流传感器的带宽大于500kHz，可准确测量出变流器输出电流i的IGBT开关(包括开通或关断)高频振荡电流isw1信号，以保证测量数据的准确度。优选地，非接触式低带宽电流传感器采用霍尔式电流传感器；进一步优选地，霍尔式电流传感器带宽小于或等于100kHz，以保证输出电流低频信号i0的测量准确度。为了提高IGBT开关特性的测量精确度，优选地，IGBT开关时间检测电路的检测精度小于100ns，即IGBT开关时间tsw的检测精度小于100ns；优选地，IGBT开关时刻电流检测电路的检测精度小于5％的变流器额定电流，即IGBT开关电流isw0的检测精度小于5％的变流器额定电流。优选地，健康状态评估与故障诊断模块由数字信号处理器组成；进一步优选地，健康状态评估与故障诊断模块输出IGBT剩余寿命信号、IGBT故障类型信号和IGBT故障预警信号，其具体工作原理为：IGBT开关时间tsw、IGBT开关电流isw0信号以及通过位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器测量得到的IGBT表壳温度Tc信号分别输入健康状态评估与故障诊断模块，健康状态评估与故障诊断模块通过数字信号处理器对这些信号进行数据处理得到IGBT的开关特性tsw＝f(isw0，Tc)，然后根据IGBT开关特性的变化情况评估变流器中的IGBT器件的健康状态并诊断故障情况，最终输出IGBT剩余寿命信号、IGBT故障类型信号和IGBT故障预警信号，进而可在IGBT失效前及时发现故障并采取相应措施，提高系统运行安全性；同时还可以根据IGBT器件状态信息制定的系统维修计划可有效减少停机时间、维修费用并提升运维效率，显著提高系统运行可靠性与经济性。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的检测装置包括非接触式高带宽电流传感器、非接触式低带宽电流传感器和位于变流器内部的IGBT表壳温度传感器，其中，所述的非接触式高带宽电流传感器和非接触式低带宽电流传感器分别与变流器通过非接触的方式电连接，所述的非接触式高带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时间检测电路，所述的非接触式低带宽电流传感器的输出端接入IGBT开关时刻电流检测电路，所述的所述的IGBT开关时间检测电路的输出端、IGBT开关时刻电流检测电路的输出端和所述的IGBT表壳温度传感器的输出端分别与健康状态评估与故障诊断模块电连接。
2.如权利要求1所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的非接触式高带宽电流传感器采用罗氏线圈式电流传感器。
3.如权利要求2所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的罗氏线圈式电流传感器的带宽大于500kHz。
4.如权利要求1所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的非接触式低带宽电流传感器采用霍尔式电流传感器。
5.如权利要求4所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的霍尔式电流传感器带宽小于或等于100kHz。
6.如权利要求1所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的IGBT开关时间检测电路的检测精度小于100ns。
7.如权利要求1所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的IGBT开关时刻电流检测电路的检测精度小于5％的变流器额定电流。
8.如权利要求1所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的健康状态评估与故障诊断模块由数字信号处理器组成。
9.如权利要求8所述的一种非接触式变流器IGBT状态检测装置，其特征在于，所述的健康状态评估与故障诊断模块输出IGBT剩余寿命信号、IGBT故障类型信号和IGBT故障预警信号。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109164368A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-08 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 非接触式板级电路中功率器件退化在线监控系统及方法 |
| CN109375085A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-22 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 非接触式板级电路中功率器件健康监测及预警系统与方法 |
| CN109655691A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-19 | 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） | 板级电路中功率器件退化监测方法、装置和系统 |
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