技术服务热线:18610115522
销售服务热线:18911021786
及时交流
新闻中心
首页>新闻中心>技术案例> 变流器功率模块新型检测方法

变流器功率模块新型检测方法

发布时间:2017/06/08  分类:技术案例

 


摘要

本论文提供了一种新型变流器功率模块(IGBT)的检测方法,相对于传统方法提出了改进。即可以测试功率模块的完整功能,又方便易用、便于搭建平台,避免了传统方法测试不完整、不准确的弊端。本方法适用于变流器维修及维护人员进行故障判断。

关键词:变流器  变流器功率模块  IGBT模块 SPWM

一、背景技术

在现代化的风力发电机组内,变流器是不可少的一部分,变流器是发电机和电网之间的桥梁,负责将发电机的发出的能量,转化为特定的相位、频率、电压、电流以适应电网的要求。风电变流器的主要组成部件为大容量直流电容、均压电阻、直流母排、吸收电容、控制板、IGBT模块等组成。其中IGBT模块是由双极型晶体管芯片与续流二极管芯片通过特定的电路桥接封装成的模块化半导体产品。IGBT是能源交换与传输的核心器件,是变流器中价值比较高的器件。在变流器出现故障后,需要进行整体故障的排查,IGBT是比较难于鉴别的器件。

传统的测试IGBT方法是:

万用表测量IGBT的反向二极管的管压降(图一为二极管的功能框图),用万用表分别测量上桥臂的二极管特性,正反向都需要测试,正向电压0.2~0.5之间,反向电压为无穷大,之后把下桥臂也需要测量一下。如果正常,则认为IGBT没有损坏。


 

图一

传统的测试方法虽然测量步骤简单,有几个缺点需要考虑:

1. 用万用表测试的时候,只检测的是IGBT的反向二极管部分,双极型晶体管的功能检测不完整。

2. IGBT模块中的驱动板故障不能检测。在实际IGBT模块的损坏过程中,驱动板出现故障的概率占60%以上,二次上电后容易造成再次伤害。

二、新型测试手段

(一)基于传统测试方式中的测试缺点,本文提供了一种改善的测试方法,此种方法既可以测试双极型晶体管的功能,又可以测试IGBT模块驱动板功能完整性。

(二)此种方法的主要工作原理是:通过外部信号源提供IGBT的门极驱动信号,给IGBT的正、负极母排加上低电压,测量正极与交流排、负极与交流排的输出电压波形,如果输出电压波形和输入信号频率、波形占空比一致,则说明驱动板功能和IGBT的双极型晶体管功能正常。

(三)此种方法的主要用到的仪器为

序号

仪器名称

作用

备注

1

24V直流电源

1. 给IGBT模块提供工作电源

2. 给IGBT模块的正负极提供逆变电压

2

脉冲发生器

1. 给IGBT模块的驱动极提供驱动信号

幅值为5V,频率1KHz,方波

3

示波器

1. 查看IGBT开通关断的电压波形

表一


(四)此种方法的测试示意图如下


 

图二

IGBT正负极加上24V伏直流电压作为IGBT逆变桥的直流电压源,在上桥臂输入1KHz,幅值5V的方波作为驱动信号,在IGBT的交流输出端会输出相位一致、幅值为24V、频率1KHz的电压信号。

三、具体实施方式

下文以ABB变流器ACS800为具体事例。

(一)ACS800变流器中用到的IGBT模块为英飞凌模块,型号为FS450R17KE3。此模块为三相模块,耐压1700V,额定电流为450A。此模块为IGBT模块和驱动板一体。外形如下图


 

图三



(二)下图为IGBT驱动接口的示意图:


 

图四


(三)测试系统接线图

    整个测试系统的搭建为:脉冲发生器的输出方波脉冲给IGBT驱动板,24V工作电源供给IGBT驱动板,同时24V电源也作为IGBT正负母排的直流电压,通过示波器监控IGBT直流排和交流排的输出信号。(如图五所示)


 

图五

以下为测试方法的详细配置说明:

1.转接板:转接板功能是把驱动接口信号做汇集使用,并没有对信号进行其他处理。(如图六所示)


 

图六

2.脉冲发生器设置为频率为1KHz,幅值为5V,占空比为50%的方波。(如图七所示)


图七

3.直流电源设置为24V输出,驱动板的静态电流大约为0.36A。如果大于或者小于此电流,则说明驱动板有些器件漏电流过大或者有些器件没有工作。(如图八所示)

 


图八

4.把转接板的20Pin排线接到IGBT模块的中间20Pin牛角座;把示波器幅值调到5V,时间周期调到500us,把示波器探头正极接至正极母排,负极接至交流排;点击脉冲发生器输出脉冲,如果示波器显示有波形输出,幅值24V,频率1KHz,占空比为50%,则说明三相IGBT中相IGBT上桥臂开通关断正常。重复上述步骤,分别测试三相IGBT的上桥臂和下桥臂,共测试6次,如果6次都正常,则说明此IGBT模块正常。如果有不正常的,则说明对应相的驱动板或者IGBT有故障,需要更换IGBT或者驱动板。



 

 

四、结束语

此种方法简便易行,可以动态测试IGBT模块中的驱动板功能和半导体晶体管功能,避免传统方法测试过程中的不完善,不准确。同时接线方式和测量仪器都是常用仪器,接线方便容易搭建平台。而且本方法的原理就是按照IGBT实际工作情景设计的,用简单的仪器模拟IGBT的逆变发波。通过观看最后的发波波形作为判定依据。

作为以上测试方法的延伸,现在市面上已经有智能化的测试仪,仪器内部有小型负载,用三相SPWM波形驱动IGBT进行正弦波逆变,同时采集三相交流输出,人机界面显示采集到的正弦波,可以更加清晰明了准确方便的进行IGBT的测试,有兴趣的读者可以进一步进行了解。

 

作者简介

赵立明,工程师,就职于北京合信锐风新能源发展有限公司,目前从事IGBT智能测试仪的开发工作,对IGBT模块运行原理有深刻研究,同时对变流器维修与维护有丰富经验。