一种MMC柔直换流阀功率模块温度疲劳老化综合试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，所述的装置包括测试平台及与其连接的主控制器、电压监测及电流注入单元、水冷机组、补能单元。所述的装置将柔直换流阀功率子模块直接作为被试对象，对被试子模块的IGBT进行K曲线标定试验、功率/温度循环试验、热阻测试试验及离线动静态参数测试试验。该装置在对被试功率子模块进行老化试验的同时还能够对试品IGBT进行老化特性参数的测量，因为功率子模块其它器件(如IGBT冷板、IGBT驱动板、电容器)的老化情况也会直接或间接的表现在被试IGBT试验结果上，试验人员可以根据被试IGBT的老化试验结果，用以评价整个功率子模块的老化情况。模块的老化情况。模块的老化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种MMC柔直换流阀功率模块温度疲劳老化综合试验装置


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电
，特别涉及一种MMC柔直换流阀功率模块温度疲劳老化综合试验装置。

技术介绍

[0002]功率子模块是柔性直流输电换流阀的最小功能单元，确保功率子模块的可靠运行是保障柔直换流阀运行可靠性的基础。IGBT是功率模块内部的核心器件，IGBT的可靠性直接影响着功率子模块运行的可靠性和稳定性，疲劳失效是IGBT运行过程中失效的一个主要原因，一直是困扰其工程应用的难题，温度疲劳老化试验是评价IGBT耐久性和可靠性的依据，传统的IGBT温度疲劳老化试验装置仅仅针对单个IGBT进行试验，而无法将功率子模块作为被试对象，因为功率子模块中的其它器件(如IGBT冷板、IGBT驱动板、电容器)的老化情况也会直接或间接的表现在IGBT上，所以应用这种传统的IGBT老化试验装置仅仅对单个IGBT进行老化试验而不将功率子模块作为试验对象往往不能得到功率子模块老化试验数据。另外，传统的IGBT温度疲劳老化试验装置往往只能进行单纯的疲劳老化试验，试验过程中还需要借助其它测试设备测量被试IGBT的特性参数以评价IGBT的老化程度，试验过程繁琐。
[0003]鉴于上述原因，专利技术了一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置。该装置能够将功率子模块直接作为被试对象，能够灵活调整加热周期及单周期加热量，同时该装置能够对被试IGBT进行在线集射极饱和压降检测、热阻测量及动静态特性参数离线检测，用以评价IGBT老化程度，试验过程简单。
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技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术提供一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，该装置在对被试功率子模块进行老化试验的同时还能够对试品IGBT进行老化特性参数的测量，因为功率子模块其它器件(如IGBT冷板、IGBT驱动板、电容器)的老化情况也会直接或间接的表现在被试IGBT试验结果上，试验人员可以根据被试IGBT的老化试验结果，用以评价整个功率子模块的老化情况。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，所述的装置包括测试平台及与其连接的主控制器、电压监测及电流注入单元、水冷机组、补能单元，还包括进线断路器。
[0007]所述的装置将柔直换流阀功率子模块直接作为被试对象，对被试子模块的IGBT进行K曲线标定试验、功率/温度循环试验、热阻测试试验及离线动静态参数测试试验。
[0008]1)所述测试平台包括被试单元、陪试单元、负载电抗器及冷却水进出口温度监测单元，所述被试单元为完整的柔性直流输电MMC功率子模块，包括电容器、IGBT及二极管、IGBT驱动板及其它MMC功率子模块二次电路板；所述陪试单元可以是与被试单元相同的功
率模块，也可以是满足试验功率要求的其它工程的功率模块；所述负载电抗为的铁心电抗器，额定电感值为5mH，额定电压为2500V，额定电流为3000A，共2台，能够串联或并联使用以提供不同电感量的负载；所述冷却水进出口温度监测单元为位于被试单元冷却水管进口和出口的温度变送器，将被试单元的进口和出口的水温信息传递给主控制器，用来监控被试单元IGBT的加热情况。
[0009]2)所述主控制器用来实现MMC子模块IGBT老化试验装置的控制、监测及保护功能，在试验开始前通过主控制器的上位机界面设置相关试验参数，主控制器根据设定参数和试验装置当前状态参数判断是否允许上电试验并在试验过程中根据设定的加热电流及加热周期，通过脉宽调制PWM控制方式，向被试单元和陪试单元的IGBT驱动板发出触发脉冲命令，使被试模块通过一定的低频电流，设定每个循环周期为T1，其中带载工作时间为t1，空载工作时间为T1
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t1，使功率器件结温在T1的时间内完成一次结温温差
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Tvj的变化，完成一次老化循环；所述主控制器在试验过程中实时接收电压监测及电流注入单元传递过来的IGBT集射极饱和电压信号及IGBT冷板温度信号，并将检测信息保存在计算机硬盘里，通过分析每天的IGBT集射极饱和电压变化趋势来判断IGBT的老化情况。所述主控制器在试验过程中监测整个试验装置的工作状况，当装置某个部件出现异常或系统发生过流/过压故障时，主控制器将向进线断路器发出跳闸命令，保护试品及试验装置。
[0010]3)所述电压监测及电流注入单元包括电压监测单元和电流注入单元，所述电压监测单元在功率/温度循环试验及热阻测试试验过程中监测被试IGBT集射极饱和电压及IGBT冷板温度信号，并将数据发送给主控制器；所述电流注入单元在热阻测试试验的末期向被试IGBT注入500mA电流，通过分析此时测得的IGBT集射极饱和电压，可以推导出被试IGBT的热阻。
[0011]4)所述水冷机组用来对被试单元和陪试单元的IGBT及二极管提供冷却，同时通过调节水冷机组上的三通阀，调整被试单元IGBT的散热量。
[0012]5)所述补能电源包括三相调压器及变压器、三相整流桥、放电单元，所述三相调压器用于调整补能电源的输出电压幅值；所述三相变压器用于为系统提供电气隔离；所述三相整流桥用于将交流电转变为直流，为测试平台的被试单元和陪试单元的电容器补能；所述放电单元在试验过程中从主回路切除，在试验结束后投入主回路，为被试单元和陪试单元的电容器放电。
[0013]所述的一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置的试验方法，包括K曲线标定试验方法、功率/温度循环试验方法、热阻测试试验方法及离线动静态参数测试试验方法。
[0014]一、所述K曲线(结温VS集射极饱和电压)标定试验方法为：
[0015]1)试验中由主控制器启动水冷系统的加热装置为IGBT冷却水加热，以此来加热被试IGBT，使IGBT达到预定的结温；
[0016]2)在各温度点上触发IGBT，同时向被试IGBT注入设定(500mA)电流；
[0017]3)测量被试IGBT的集射极饱和电压，以此绘制出被试IGBT的结温和集射极饱和电压关系曲线即K曲线，该曲线通常为一次线性曲线。
[0018]二、所述功率/温度循环试验是对被试功率子模块提供加速温度疲劳老化的试验；分为功率循环试验和温度循环试验；功率循环试验是短加热/散热周期疲劳试验，温度循环
试验是长加热/散热周期疲劳试验，两种试验对功率器件造成疲劳的位置不同，使器件失效的机理也不同；具体方法为：
[0019]试验装置主控制器通过调整带载工作时间和空载工作时间来调整被试IGBT的加热和散热时间，主控制器通过调整加热周期、散热周期、加热功率来完成功率循环试验和温度循环试验。
[0020]三、所述热阻测试试验是对被试IGBT进行热阻测试的试验，具体包括如下：
[0021]1)功率子模块功率/温度循环试验每进行指定时间，需暂停试验，对被试子模块的IGBT进行一次热阻测试；
[0022]2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，其特征在于，所述的装置包括测试平台及与其连接的主控制器、电压监测及电流注入单元、水冷机组、补能单元；所述的装置将柔直换流阀功率子模块直接作为被试对象，对被试子模块的IGBT进行K曲线标定试验、功率/温度循环试验、热阻测试试验及离线动静态参数测试试验。2.根据权利要求1所述的一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，其特征在于，所述测试平台包括被试单元、陪试单元、负载电抗器及冷却水进出口温度监测单元，所述被试单元为完整的柔性直流输电MMC功率子模块，包括电容器、IGBT及二极管、IGBT驱动板及其它MMC功率子模块二次电路板；所述陪试单元可以是与被试单元相同的功率模块，也可以是满足试验功率要求的其它工程的功率模块；所述负载电抗为的铁心电抗器，能够串联或并联使用以提供不同电感量的负载；所述冷却水进出口温度监测单元为位于被试单元冷却水管进口和出口的温度变送器，将被试单元的进口和出口的水温信息传递给主控制器，用来监控被试单元IGBT的加热情况。3.根据权利要求1所述的一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，其特征在于，所述主控制器用来实现MMC子模块IGBT老化试验装置的控制、监测及保护功能，在试验开始前通过主控制器的上位机界面设置相关试验参数，主控制器根据设定参数和试验装置当前状态参数判断是否允许上电试验并在试验过程中根据设定的加热电流及加热周期，通过脉宽调制PWM控制方式，向被试单元和陪试单元的IGBT驱动板发出触发脉冲命令，使被试模块通过一定的低频电流，设定每个循环周期为T1，其中带载工作时间为t1，空载工作时间为T1
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t1，使功率器件结温在T1的时间内完成一次结温温差
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Tvj的变化，完成一次老化循环；所述主控制器在试验过程中实时接收电压监测及电流注入单元传递过来的IGBT集射极饱和电压信号及IGBT冷板温度信号，并将检测信息保存在计算机硬盘里，通过分析每天的IGBT集射极饱和电压变化趋势来判断IGBT的老化情况。4.根据权利要求1所述的一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，其特征在于，所述电压监测及电流注入单元包括电压监测单元和电流注入单元，所述电压监测单元在功率/温度循环试验及热阻测试试验过程中监测被试IGBT集射极饱和电压及IGBT冷板温度信号，并将数据发送给主控制器；所述电流注入单元在热阻测试试验的末期向被试IGBT注入500mA电流，通过分析此时测得的IGBT集射极饱和电压，可以推导出被试IGBT的热阻。5.根据权利要求1所述的一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，其特征在于，所述水冷机组用来对被试单元和陪试单元的IGBT及二极管提供冷却，同时通过调节水冷机组上的三通阀，调整被试单元IGBT的散热量。6.根据权利要求1所述的一种MMC柔直换流阀功率子模块温度疲劳老化综合试验装置，其特征在于，所述补能电源包...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁挺，易荣，余琼，张海涛，廖其艳，周健鹏，谢正纯，宋亮，孟德阳，滕海，周见豪，卢建业，金昊，
申请(专利权)人：荣信汇科电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：