【摘要】：中國是風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長速度最快的國家,風(fēng)能在能源結(jié)構(gòu)中比重逐年上升。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)作為風(fēng)電變流器的核心部件,負(fù)責(zé)風(fēng)力發(fā)電機和電網(wǎng)側(cè)輸出功率的調(diào)節(jié)。由于風(fēng)能在時間和空間的分布具有很大的隨機性,引起風(fēng)機輸出功率頻繁地波動,導(dǎo)致IGBT的結(jié)溫出現(xiàn)劇烈的波動,加劇了器件的老化失效,給電力電子變換系統(tǒng)的可靠運行帶來了巨大的挑戰(zhàn),因此開展IGBT的可靠性評估方法的研究具有重要的意義。結(jié)溫與IGBT工作特性密切相關(guān),是反映器件老化狀態(tài)的重要參數(shù)之一,因此準(zhǔn)確有效地獲取IGBT的結(jié)溫,就可以在器件老化失效之前采取保護(hù)措施將損失降到最低。為了加快熱量散失,IGBT需依賴裝配質(zhì)量良好的散熱器,IGBT與散熱器之間的裝配質(zhì)量的好壞直接影響了整個散熱組件的散熱效果,因此對散熱組件性能評估有重要的現(xiàn)實意義�；谝陨峡紤]因素,本文確立了基于溫敏參數(shù)的IGBT可靠性評估方法的研究課題,主要內(nèi)容包括:設(shè)計了一種偏流動態(tài)不變的IGBT結(jié)溫標(biāo)定及散熱組件性能評估的裝置及方法,詳細(xì)闡述了標(biāo)定和測量兩種工作模式的實驗裝置及方法步驟。在標(biāo)定模式下,控制伴隨負(fù)載兩端壓降與被測器件相同,采集被測器件在不同柵極電壓、不同結(jié)溫下的飽和導(dǎo)通壓降,并擬合出結(jié)溫、飽和導(dǎo)通壓降、柵極電壓三者之間的關(guān)系;在測量模式下,將被測器件安裝散熱器,控制被測器件的發(fā)熱功率在特定的范圍之內(nèi),測量被測器件的柵極電壓和飽和導(dǎo)通壓降,再根據(jù)標(biāo)定模式下得到結(jié)溫、飽和導(dǎo)通壓降、柵極電壓的關(guān)系反推被測器件的結(jié)溫,并繪制被測器件在不同發(fā)熱功率下的結(jié)溫特性,最后根據(jù)該特性曲線對散熱組件的散熱性能進(jìn)行評估。設(shè)計了一套IGBT加速老化的試驗方案,采用恒定的結(jié)溫波動量的老化控制策略,通過監(jiān)測加熱階段和冷卻階段的飽和導(dǎo)通壓降實現(xiàn)IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷時間的控制,詳細(xì)給出了老化試驗方案的試驗過程和方法步驟。測量了IGBT模塊在老化前后的飽和導(dǎo)通壓降與結(jié)溫關(guān)系。試驗結(jié)果表明:在相同集電極電流和柵極電壓條件下,隨著老化進(jìn)程的進(jìn)行,IGBT的飽和導(dǎo)通壓降呈逐漸增大的變化趨勢。最后提出測量飽和導(dǎo)通壓降與結(jié)溫的關(guān)系的變化趨勢來評估IGBT的老化狀態(tài)的方法。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM315;TN322.8
【圖文】：

究背景及意義石能源消費會帶來溫室效應(yīng)等嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，各國政府開能源發(fā)電。我國作為全球最大的能源消費大國，長期以來依賴以應(yīng)，給環(huán)境帶來了巨大的污染[1]。為了平衡經(jīng)濟發(fā)展、能源消費、的關(guān)系，我國自上世紀(jì) 80 年代開始發(fā)展新能源技術(shù)，經(jīng)過 30 多新能源領(lǐng)域取得了舉世矚目的發(fā)展。其中傳統(tǒng)化石能源在能源結(jié)降，風(fēng)能在能源結(jié)構(gòu)的比重中正逐年上升，如圖 1.1 所示。風(fēng)力發(fā)完善，風(fēng)力發(fā)電逐漸走向規(guī)模化和產(chǎn)業(yè)化，陸地大型并網(wǎng)風(fēng)電場雨后春筍，相繼興建。全球風(fēng)能理事會發(fā)布的《2017 年全球風(fēng)電》[2]中指出，截止 2017 年底，中國風(fēng)力發(fā)電累積裝機容量達(dá) 18831.7%。2017 年中國風(fēng)力發(fā)電新增裝機容量達(dá) 19660MW，較 201然占據(jù)了全球 37%的市場。報告表明：盡管最近中國風(fēng)力發(fā)電建國仍是目前全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大的、增速最快的國家。

基于溫敏參數(shù)的 IGBT 可靠性評估方法研究和電網(wǎng)之間連接功率變流器來負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電壓幅值和頻率。由引起風(fēng)機輸出功率大幅波動，對風(fēng)電系統(tǒng)中的機械和電氣結(jié)率變流器發(fā)生故障越來越頻繁，給整個系統(tǒng)的可靠運行帶來功率變流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分[8]，是連接風(fēng)力發(fā)因此提高功率變流器的可靠性對于保障風(fēng)電系統(tǒng)的平穩(wěn)和安件作為功率變流器中的核心部件，其可靠運行關(guān)乎著整個電運行。圖 1.2 為功率電流器部件失效概率分布圖。由圖 1.2 可流器系統(tǒng)中失效概率最高的器件，失效概率約為 34%，其次連接器件、儲能電感、電阻和其他部件等。

圖 1.3 功率器件失效因素餅狀圖耗累積導(dǎo)致結(jié)溫急劇上升，風(fēng)電變流系統(tǒng)散發(fā)。為了填補接觸面之間的空隙，減小熱器之間需要涂抹一層導(dǎo)熱硅脂，如圖薄會導(dǎo)致接觸面之間留有空隙，不利用散于散熱。因此 IGBT 與散熱器的安裝工藝關(guān)重要的作用，直接影響了 IGBT 的可靠性能的評估成為了 IGBT 可靠性研究的重?zé)崞鳠峁柚珿BT圖 1.4 IGBT 散熱組件

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本文編號：2764632