絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）具有載流密度大、輸入阻抗高等諸多優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)的各個方面。然而長期工作在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下的IGBT會逐漸老化故障,甚至失效。因此,研究IGBT故障預(yù)測,對降低事故發(fā)生、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。大多數(shù)研究學(xué)者采用數(shù)理統(tǒng)計方法或機器學(xué)習(xí)方法對IGBT進行故障預(yù)測,未能充分利用退化數(shù)據(jù)的時間序列信息,預(yù)測效果不夠理想。因此,本文對IGBT故障預(yù)測問題進行研究,提出使用深度學(xué)習(xí)混合網(wǎng)絡(luò)模型方法對IGBT進行故障預(yù)測,并將該混合網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)用于故障預(yù)測軟件系統(tǒng)。論文主要研究內(nèi)容如下:（1）首先對IGBT的失效機理進行深入分析和研究,從中選取集電極-發(fā)射極關(guān)斷尖峰電壓值作為故障預(yù)測的特征參數(shù),并使用提取的NASAPCoE研究中心老化數(shù)據(jù)驗證該特征參數(shù)。（2）對IGBT進行時間序列故障預(yù)測問題研究,提出使用深度學(xué)習(xí)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行IGBT故障預(yù)測。深入探究并設(shè)計LSTM（Long Short-term Memory）、GRU（Gated Recurrent Unit）時間序列預(yù)... 

【文章來源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－２?ＩＧＢＴ等效電路??Ｆｉｇ．２－２?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｃｉｒｃｕｉｔ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??

ＩＧＢＴ器件失效分析及特征參數(shù)選擇??一層Ｐ＋層使得ＩＧＢＴ具有更好的工作特性，性能具有明顯提升。??ＩＧＢＴ的結(jié)構(gòu)示意圖如圖２－１，Ｐ＋層的加入將與上一層的Ｎ－形成了一個ＰＮ結(jié)。??當(dāng)在ＩＧＢＴ兩極施加電壓之后成為導(dǎo)通狀態(tài)，此時少子由Ｐ涌入Ｎ區(qū)，使得該區(qū)??的電導(dǎo)率得到調(diào)制，增強了器件的導(dǎo)電特性。這個結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生形成了像ＢＪＴ那樣??的雙載流子導(dǎo)電效應(yīng)，使得ＩＧＢＴ與ＢＪＴ特性相似，具備其特性優(yōu)點兼具ＭＯＳ管??優(yōu)勢。??Ｎ－??Ｃ??圖２－１?ＩＧＢＴ基本結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．２－１?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??２．２?ＩＧＢＴ工作原理??ＩＧＢＴ是一種場控器件，所謂場控器件就是在兩個主電路之間接加電壓，端子??之間產(chǎn)生可控電場，由此來控制ＩＧＢＴ的導(dǎo)通和關(guān)斷。ＩＧＢＴ在使用過程中不斷進??行導(dǎo)通和關(guān)斷，工作頻率非常高。從ＩＧＢＴ工作狀態(tài)分析，其運行狀態(tài)分為兩種［１９］：??一種是ＩＧＢＴ導(dǎo)通狀態(tài)；一種是ＩＧＢＴ關(guān)斷狀態(tài)。為了能夠充分了解其工作原理，??我們將封裝好的ＩＧＢＴ器件進行物理電路等效

疲勞損傷影響將會一定程度的導(dǎo)致失效或失靈，提前終結(jié)器件的原有壽命。因此研??究ＩＧＢＴ的故障預(yù)測首先要進行失效特征分析。??ＩＧＢＴ的失效率曲線如下圖２－４所示，從圖中可以看到失效分三個階段：早期??失效、偶然失效和老化失效。早期失效是ＩＧＢＴ在制作過程中由于制作工藝或制作??缺陷所引起的結(jié)構(gòu)失效；偶然失效是器件運行過程中外界因素的沖擊作用導(dǎo)致器??件失去作用；老化失效是隨著時間推移，器件本身的退化導(dǎo)致失效率逐漸升高。本??文重點研宄特征參量對ＩＧＢＴ老化失效的影響。??早期失效丨?丨老化失效??Ｉ?Ｉ??逸?１?１??Ｓ?Ｉ?Ｉ??ｉｒｓ?■?｜??＼?Ｉ?！?／??＼?Ｉ?偶然失效?、???１?１?＾??工作時間??圖２－４?ＩＧＢＴ失效曲線??Ｆｉｇ．２－４?Ｆａｉｌｕｒｅ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＩＧＢＴ??其中，上圖２－４的橫坐標(biāo)代表器件的工作時間，縱坐標(biāo)代表ＩＧＢＴ的失效率。??ＩＧＢＴ按照失效形式分為物理失效和電氣失效兩方面ｆ２１］，下面進行探宄。??２．３．１物理失效分析??物理失效是指ＩＧＢＴ在使用過程中由于環(huán)境、結(jié)溫、電流、電壓等因素的影響??導(dǎo)致其構(gòu)造材料變形、畸變或脫落進而使得ＩＧＢＴ故障失效。ＩＧＢＴ是由多種材料??組合而成


本文編號：2920915