电力转换装置和远程监视系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电力转换装置和远程监视系统，能够高精度地运算功率半导体器件的寿命。为了达成上述目的，用具有功率半导体器件的逆变器控制电流的通断来进行期望的电力转换的电力转换装置，其包括：电动机控制器，其基于用电流传感器检测出的电流值、速度指令和载波频率来计算栅极信号并控制逆变器；推算功率半导体器件的损耗并运算温度历史的温度历史运算器；保存温度历史的运算结果的温度历史存储装置；和基于从温度历史存储装置读取的温度历史来运算功率半导体器件的损伤的损伤运算器。器。器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力转换装置和远程监视系统


[0001]本专利技术涉及具有功率半导体器件的电力转换装置。

技术介绍

[0002]以通用逆变器为代表的电力转换装置，在工业界被广泛用作制造装置、升降装置、搬运装置等中的电动机驱动装置。在这样的各种用途中，要求通用逆变器稳定运行。万一通用逆变器停止的情况下，会发生工厂的生产停止和设备的运行停止，造成巨大的影响。
[0003]通用逆变器用IGBT和二极管等功率半导体器件控制电流的流通、切断，进行期望的电力转换。功率半导体器件被导线接合、或者与绝缘电路板上形成的铜箔图案等用焊锡接合，由此与功率半导体器件外部的电路电连接。绝缘电路板被安装在金属底座上，对功率半导体器件经由金属底座进行冷却。这样具有与外部电路的电连接结构和冷却结构的在壳体内置了功率半导体器件的部件被称为功率模块。
[0004]功率半导体器件中电流流通、切断时，功率半导体器件发热，结与翅片(具有冷却结构的金属底座)之间产生温度差(以下称为ΔT)。逆变器停止时不再发热，ΔT减小。上述功率半导体器件的接合部(导线接合、与铜箔图案的接合部)一般使用热膨胀率不同的材料，所以因ΔT的变动而对接合部施加热应力。ΔT的变动反复进行时，接合部中产生剥离和龟裂而导致故障。直到这样的导致故障的时间，因ΔT的程度和频度而不同。ΔT的程度和频度取决于电力转换装置的使用方法、用电力转换装置驱动的装置，是各种各样的。另外，对IGBT和二极管施加的负荷的比例也因装置的使用状况而不同。从而，为了预防这样的故障，需要与电力转换装置的使用状况相应地掌握对IGBT和二极管施加的负荷的程度用的措施。
[0005]本
中的现有技术有专利文献1。专利文献1中，提出了一种电动机控制装置，其用温度变化推算部基于根据开关电路的半导体元件中流动的电流运算得到的输出电流信号、运行频率信号和载波频率信号来推算半导体元件的温度变化并运算温度变化振幅，用热应力运算部根据功率循环曲线数据存储部中保存的功率循环曲线数据换算为与温度变化振幅对应的功率循环数，运算热应力信号，用寿命推算部基于热应力信号进行半导体元件的寿命推算，作为寿命推算结果信号对显示部输出。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：国际公开第2004/082114号

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的课题
[0010]专利文献1中，温度变化推算部的运算、热应力运算部的运算、寿命推算部的运算同时进行。这样的结构中对进行这些运算的运算装置施加的负荷较大，存在难以进行高精度的运算的问题。另外，说明书中的式(1)中举例示出了按输出电流I的函数运算半导体元件的发热量的方法，但功率晶体管和二极管中流动的有效电流因动力运行、再生的状态而
不同，所以存在不能高精度地运算各自的损耗的课题。
[0011]用于解决课题的技术方案
[0012]对于本专利技术，举其一例，是一种用具有功率半导体器件的逆变器控制电流的通断来进行期望的电力转换的电力转换装置，其包括：电动机控制器，其基于用电流传感器检测出的电流值、速度指令和载波频率来计算栅极信号并控制逆变器；推算功率半导体器件的损耗并运算温度历史的温度历史运算器；保存温度历史的运算结果的温度历史存储装置；和基于从温度历史存储装置读取的温度历史来运算功率半导体器件的损伤的损伤运算器。
[0013]专利技术效果
[0014]根据本专利技术，能够高精度地运算功率半导体器件的寿命。
附图说明
[0015]图1是实施例1中的电力转换装置的结构图。
[0016]图2是实施例1中的电力转换装置的逆变器的电路图。
[0017]图3是实施例1中的电力转换装置的功率模块的立体图。
[0018]图4是实施例1中的电力转换装置的功率模块的截面图。
[0019]图5是表示实施例1中的电力转换装置的直流电压的时间推移的图。
[0020]图6是表示实施例1中的电力转换装置的IGBT的集电极发射极间电压
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集电极电流特性的图。
[0021]图7是表示实施例1中的电力转换装置的IGBT的单脉冲开关损耗
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集电极电流特性的图。
[0022]图8是表示实施例1中的电力转换装置的二极管的正向电压
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正向电流特性的图。
[0023]图9是表示实施例1中的电力转换装置的IGBT的单脉冲恢复损耗
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正向电流特性的图。
[0024]图10是表示实施例1中的电力转换装置的IGBT的热阻抗
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时间特性的图。
[0025]图11是表示实施例1中的电力转换装置的二极管的热阻抗
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时间特性的图。
[0026]图12是表示实施例1中的电力转换装置的温度历史的运算结果例的图。
[0027]图13是表示实施例1中的电力转换装置的温度历史的逆转点的图。
[0028]图14是表示实施例1中的电力转换装置的功率半导体元件的生命周期
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Tjc特性的图。
[0029]图15是说明实施例1中的电力转换装置的寿命运算结果与基准值的比较方法的图。
[0030]图16是表示实施例1中的电力转换装置的寿命运算结果的寿命显示的图。
[0031]图17是表示实施例1中的电力转换装置的寿命运算结果的警报显示的图。
[0032]图18是实施例2中的具有电力转换装置的远程监视系统的结构图。
[0033]图19是实施例2中的将多个电力转换装置经由通信网络与监视装置连接的远程监视系统的示意图。
[0034]图20是实施例3中的电力转换装置的结构图。
具体实施方式
[0035]以下，对于本专利技术的实施例，使用附图进行说明。
[0036]实施例1
[0037]图1是本实施例中的电力转换装置的结构图。图1中，电力转换装置100具有主电路200、寿命推算装置300和接口装置400。
[0038]首先，对于主电路200进行说明。主电路200包括：对从交流电源101送出的交流电力进行整流的二极管整流器201、平滑电容器202以及具有作为功率半导体开关元件的IGBT203和与IGBT203反向并联连接的二极管204的逆变器205。本实施例中，对于逆变器205，按图2所示的三相两电平方式的逆变器进行说明。
[0039]逆变器205被电动机控制器206控制。具体而言，电动机控制器206根据用电流传感器207a、207b检测出的电流值、速度指令和设定的载波频率fc计算栅极信号。对于计算出的栅极信号，用栅极驱动器208放大，作为栅极电压对IGBT203(a、b、c、d、e、f)输入。将栅极的接通期间相对于载波周期的比称为占空比D。由此，以使电动机102成为指令速度的方式输出电压。IGBT203、二极管204中，结温都因接通时的焦耳损耗和流通切断切换时的开关损耗、恢复损耗而上升，在断开时结温降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用具有功率半导体器件的逆变器控制电流的通断来进行期望的电力转换的电力转换装置，其特征在于，包括：电动机控制器，其基于用电流传感器检测出的电流值、速度指令和载波频率来计算栅极信号并控制所述逆变器；推算所述功率半导体器件的损耗并运算温度历史的温度历史运算器；保存所述温度历史的运算结果的温度历史存储装置；和基于从所述温度历史存储装置读取的温度历史来运算所述功率半导体器件的损伤的损伤运算器。2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述温度历史运算器基于所述载波频率、占空比、直流电压、所述电流和所述功率半导体器件的电特性，推算所述功率半导体器件的损耗，并基于该推算出的损耗和所述功率半导体器件的热特性来运算所述功率半导体器件的温度历史。3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：所述温度历史运算器的处理在所述逆变器运行时进行，所述损伤运算器的处理在所述逆变器的处理能力有富余时进行。4.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：所述功率半导体器件是IGBT和二极管，所述温度历史运算器对于所述IGBT和所述二极管分别独立地运算温度历史，所述损伤运算器对于所述IGBT和所述二极管分别独立地运算损伤。5.如权利要求2所述的电力转换装置，其特征在于：所述温度历史运算器通过监视所述直流电压来推算逆变器的动力运行、再生信息，基于该动力运行、再生信息，在动力运行时和再生时分别独立地推算所述功率半导体器件的损耗，基于该推算出的损耗和所述功率半导体器件的热特性，在动力运行时和再生时...

【专利技术属性】
技术研发人员：松元大辅，田边启辅，堀田和茂，佐藤史宏，平贺正宏，
申请(专利权)人：株式会社日立产机系统，
类型：发明
国别省市：