CN209802533U - 一种补偿变流器可靠性在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种补偿变流器可靠性在线监测系统，包括温度传感器、温度数据采集电路和服务器；温度传感器集成于补偿变流器中的IGBT模块内，温度数据采集电路包括运算放大电路和A/D转换电路；温度传感器接入运算放大电路，然后通过A/D转换电路接入服务器。本实用新型基于内部集成温度传感器的结温检测方法，避免破坏IGBT的封装结构，不影响潮流控制器的正常工作，且测量精度高。同时，利用IGBT内部集成的温度传感器，不需外设传感器，降低成本，符合经济效益要求。
Description
技术领域
本实用新型属于电气化铁路设备监测技术领域，具体涉及一种补偿变流器可靠性在线监测系统。
背景技术
电气化铁路普遍采用工频单相交流制，造成了负序、无功和谐波等电能质量问题。国内外学者针对高速电气化铁路牵引供电系统的电能质量问题治理提出了很多优化解决方案和相关控制策略，各种方案的实际效果不同。
为了综合改善电能质量，目前广泛应用基于补偿变流器的有源补偿方式。补偿变流器作为实现有源补偿的核心设备，其可靠性研究备受关注。补偿变流器是由大功率电力电子器件组成。目前对于大功率的电力电子器件一般都是采用电力电子可靠性手册进行可靠性评估。但牵引负荷的随机波动性和冲击性对潮流控制器的组成器件造成的影响仅凭可靠性手册难以准确预估，尤其是其核心部件—绝缘栅双极型晶体管（Insulated GateBipolar Transistor，IGBT）模块。IGBT模块的工作电压大，负荷波动大，造成其功耗和结温均较高。根据其失效机理可知，IGBT模块失效的主要原因是牵引负荷随机波动引起的热循环冲击造成的封装失效。所以牵引负荷会其寿命造成很大影响。
因此考虑牵引负荷冲击性和波动性对补偿变流器可靠性的影响，在线监测补偿变流器可靠性，对保障补偿变流器的安全运行非常必要。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种补偿变流器可靠性在线监测系统，基于元件的物理失效机理，通过实时采集IGBT模块的结温信息，实现补偿变流器的实时在线可靠性监测，为设备的安全运行及维护提供保证。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
所述系统包括温度传感器、温度数据采集电路和服务器；
温度传感器集成于补偿变流器中的IGBT模块内，温度数据采集电路包括运算放大电路和A/D转换电路；
温度传感器接入运算放大电路，然后通过A/D转换电路接入服务器。
服务器上接有用于人机交互的显示器和键盘，并接有用于储存信息的数据存储硬盘。
温度传感器具体集成于IGBT模块内。
温度传感器采用PTC温度传感器。
温度传感器采用NTC温度传感器，运算放大电路和A/D转换电路之间还设置有隔离电路。
隔离电路为高压线性光耦隔离电路。
高压线性光耦隔离电路的芯片采用IL300型。
A/D转换电路的芯片采用ADC0809。
运算放大电路的芯片采用LM324。
本实用新型具有以下优点：
1、本实用新型基于IGBT模块的物理失效机理，考虑牵引负荷特性的影响，将结温检测加入可靠性评估中，通过实时获取结温信息，评估牵引负荷特性所带来的影响，实时监测，提高可靠性评估的准确性。
2、本实用新型基于内部集成温度传感器的结温检测方法，避免破坏IGBT的封装结构，不影响潮流控制器的正常工作，且测量精度高。同时，利用IGBT内部集成的温度传感器，不需外设传感器，降低成本，符合经济效益要求。
3、本实用新型既为补偿变流器的安全运行提供保障，也为补偿变流器的可靠性评估提供了数据基础。同时本实用新型在结温测量时应用了IGBT内部集成的温度传感器，节约了监测成本。
附图说明
图1是本实用新型电路结构图。
图2是IGBT模块内硅芯片和温度传感器位置示意图。
图3是集成NTC温度传感器的IGBT模块的隔离电路（高压线性光耦电路）。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进行详细的说明。
本实用新型涉及一种补偿变流器可靠性在线监测系统，包括温度传感器、温度数据采集电路和服务器。温度传感器集成于补偿变流器中的IGBT模块内，温度数据采集电路包括运算放大电路和A/D转换电路；温度传感器接入运算放大电路，然后通过A/D转换电路接入服务器。A/D转换电路的芯片采用ADC0809，运算放大电路的芯片采用LM324。服务器上接有用于人机交互的显示器和键盘，并接有用于储存信息的数据存储硬盘。
温度传感器芯片集成在IGBT内，根据产品手册说明，温度传感器芯片一般被隔离焊在陶瓷基覆铜板（Ditect copper bonding，DCB）上，在更高集成中，温度传感器使用贴片设计，与IGBT和FWD芯片焊在一起。温度传感器可采用PTC（Positive TemperatureCoefficient，正温度系数）温度传感器，也可采用NTC（Negative TemperatureCoefficient，负温度系数）温度传感器。当采用NTC温度传感器时，为了保证其安全电子隔离，运算放大电路和A/D转换电路之间还需设置隔离电路，隔离电路为高压线性光耦隔离电路，其芯片采用IL300型。
系统中：
1、显示器和键盘用于人机交互，数据的输入输出，连接到服务器。
2、温度传感器和温度采集电路用于测量补偿变流器中IGBT模块的结温，并输送至服务器。
3、服务器接收结温信息后，可进行结温修正，以及可靠性指标计算。
4、数据储存硬盘可用于储存补偿变流器的参数信息，IGBT模块结温、元件失效率及计算出的可靠性指标等。
使用时，利用IGBT模块内部集成温度传感器测量温度数据，通过温度数据采集电路将数据送入服务器。
服务器后期可进行修正结温，计算IGBT失效率及补偿变流器可靠性指标，如可靠度曲线、MTTF等；最后通过人机交互单元的显示屏显示结温、失效率、MTTF及可靠度等信息，并将数据存入硬盘中进行保存。
本实用新型的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
所述系统包括温度传感器、温度数据采集电路和服务器；
温度传感器集成于补偿变流器中的IGBT模块内，温度数据采集电路包括运算放大电路和A/D转换电路；
温度传感器接入运算放大电路，然后通过A/D转换电路接入服务器。
2.根据权利要求1所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
服务器上接有用于人机交互的显示器和键盘，并接有用于储存信息的数据存储硬盘。
3.根据权利要求1所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
温度传感器具体集成于IGBT模块内。
4.根据权利要求3所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
温度传感器采用PTC温度传感器。
5.根据权利要求3所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
温度传感器采用NTC温度传感器，运算放大电路和A/D转换电路之间还设置有隔离电路。
6.根据权利要求5所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
隔离电路为高压线性光耦隔离电路。
7.根据权利要求6所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
高压线性光耦隔离电路的芯片采用IL300型。
8.根据权利要求1所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
A/D转换电路的芯片采用ADC0809。
9.根据权利要求1所述的一种补偿变流器可靠性在线监测系统，其特征在于：
运算放大电路的芯片采用LM324。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201920932546.9U CN209802533U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种补偿变流器可靠性在线监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920932546.9U CN209802533U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种补偿变流器可靠性在线监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209802533U true CN209802533U (zh) | 2019-12-17 |
Family
ID=68833847
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201920932546.9U Active CN209802533U (zh) | 2019-06-20 | 2019-06-20 | 一种补偿变流器可靠性在线监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209802533U (zh) |
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2019
- 2019-06-20 CN CN201920932546.9U patent/CN209802533U/zh active Active
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: XI'AN ACTIONPOWER ELECTRIC Co.,Ltd. Assignor: CHINA RAILWAY FIRST SURVEY AND DESIGN INSTITUTE GROUP Co.,Ltd. Contract record no.: X2022980016593 Denomination of utility model: An On line Monitoring System for Reliability of Compensating Converter Granted publication date: 20191217 License type: Common License Record date: 20220927 |