]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0043]如图1所示，本发明提供一种变流器功率二极管结温测量系统10，与变流器30连接，所述变流器30与电机20连接，变流器30上连接有直流电压Vdc。
[0044]以三相变流器为例，变流器功率二极管结温测量系统10包括信号监测单元11和结温计算单元12，信号监测单元11与变流器30连接，采集变流器30的输出相电压va、vb、
和输出相电流i a、ib、i。，获取各输出相电压的电压变化率dva/dt、dvb/dt、dvydt ;结温计算单元12与信号监测单元11连接，存储有预先获得的结温特性三维表格，根据所述输出相电流、电压变化率及结温特性三维表格计算变流器中各功率二极管的运行结温。
[0045]上述变流器功率二极管结温测量系统测量结温的基本原理是:二极管关断时的电压变化率受反向恢复过程影响会随结温发生变化，通过监测电压变化率可以实现结温的测量。
[0046]如图2所示，电压变化率为功率二极管关断时变流器各输出相电压从90% Vd。变化到10% Vd。过程中的电压变化率，Vd。为直流电压。当输出电流大于零时，变流器各相半桥中下桥臂二极管导通工作，利用输出电压上升沿的电压变化率可以测量下桥臂二极管的运行结温；当输出电流小于零时，利用输出电压的下降沿可相应地测得上桥臂二极管的运行结温。
[0047]上述结温测量系统10中，信号监测单元11的一种实施例为由高压差分电压探头与高频直流电流探头加高速示波器组成，另一种实施例为采用专门设计的信号测量与调理电路实现对变流器电压变化率和电流的监测。结温计算单元12可由上位机或变流器主控器实现。
[0048]如图3所示，本发明还提供一种变流器功率二极管结温测量方法，包括:
[0049]标定步骤，通过标定实验获得变流器中电压变化率dv/dt与功率二极管结温Tj (此处，j表示junct1n的缩写，Tj表示器件的结温)以及输出相电流i的定量关系dv/dt = (Tj, i)，形成结温特征三维表格；
[0050]信号监测步骤，在变流器正常工作时，获取变流器电压变化率及输出相电流；
[0051]结温计算步骤，将测量得到的变流器电压变化率及电流数据带入标定实验获得的结温特性三维表格，通过线性插值法计算出待测二极管的运行结温。
[0052]标定实验包括变流器加热与双脉冲实验，具体如下:
[0053]I)加热变流器使其温度到达指定值，保持一段时间(约0.1s?1s)使功率模块内部达到热平衡，测量此时变流器的壳温即为待测功率二极管的结温T,。实际系统中可根据现场条件采用被动加热或控制变流器电流自加热等方式进行加热。变流器壳温可利用功率模块中集成的温度传感器进行测量。
[0054]2)通过双脉冲实验测量功率二极管关断时变流器电压变化率dv/dt及输出相电流i。双脉冲实验可利用变流器负载电感通过合理控制IGBT触发信号现场实施。
[0055]3)重复步骤1)_2)，获得不同结温、不同电流下的变流器电压变化率，并得出结温特性三维表格。
[0056]上述结温测量系统及测量方法利用二极管关断时的电压变化率对结温进行测量，不仅限于三相变流器，本发明提出的方法适用于所有由如图4所示的基本Buck单元电路组成的变流器。
[0057]以上述测量系统及方法对功率模块FF50R12RT4中的功率二极管进行结温测量，具体实验过程为:
[0058](I)加热变频器达到指定温度，保持一段时间让功率模块内部达到热平衡，测量此时模块壳温作为待测二极管D1的结温T lD1o
[0059](2)控制变频器触发脉冲对待测二极管D1进行双脉冲实验。具体过程为:首先保持T3管导通而其余IGBT管(T P T5, T4, T6)保持关断状态，然后对T2施加双脉冲进行测试(此处，T是transistor的缩写，表示IGBT器件，数字下标1、2…是IGBT管的编号)。利用电压、电流探头与示波器测量并记录A相电压及相电流波形。
[0060](3)分析步骤2)记录的电压及电流波形，计算得到二极管D1关断时对应的电压变化率dva/dt = 80% Vdc/ Δ T及对应的稳态相电流ia。
[0061](4)重复步骤⑴?(3)，获得不同结温、不同电流下的电压变化率，并得到图6所示的结温特性三维表格dva/dt = f (Tj D1, ia)。
[0062](5)控制变频器正常运行，测量并记录运行过程中A相电压及电流波形。
[0063](6)分析步骤5)测得的电压及电流数据，获得待测功率二极管D1*断时的电压变化率dva/dt及电流ia。将这些数据带入标定实验(步骤(I)?(4))获得的结温特性三维表格dva/dt = f (Tj D1, ia)，通过线性插值法计算出待测二极管的运行结温。
[0064]利用基于PLECS软件的电热仿真与实验测量结果进行比较，如图7所示，仿真结果与实验结果基本一致，验证了本发明方法的正确性。
【主权项】
1.一种变流器功率二极管结温测量系统，其特征在于，包括: 信号监测单元，与变流器连接，采集变流器的输出相电压和输出相电流，获取各输出相电压的电压变化率； 结温计算单元，与信号监测单元连接，存储有预先获得的结温特性三维表格，根据所述输出相电流、电压变化率及结温特性三维表格计算变流器中各功率二极管的运行结温。2.根据权利要求1所述的变流器功率二极管结温测量系统，其特征在于，所述信号监测单元包括电压探头、电流探头和示波器，所述示波器分别连接电压探头、电流探头和结温计算单元。3.根据权利要求1所述的变流器功率二极管结温测量系统，其特征在于，所述信号监测单元包括信号测量与调理电路。4.根据权利要求1-3中任一所述的变流器功率二极管结温测量系统，其特征在于，所述结温计算单元为上位机或变流器主控器。5.根据权利要求1所述的变流器功率二极管结温测量系统，其特征在于，所述电压变化率为功率二极管关断时变流器各输出相电压从90% Vd。变化到10% Vd。过程中的电压变化率，Vd。为直流电压。6.根据权利要求1所述的变流器功率二极管结温测量系统，其特征在于，所述变流器为由基本Buck单元电路组成的变流器。7.一种变流器功率二极管结温测量方法，其特征在于，包括: 标定步骤，通过标定实验获得变流器中功率二极管结温T,与电压变化率dv/dt以及输出相电流i的定量关系dv/dt = (Tj, i)，形成结温特征三维表格； 信号监测步骤，在变流器正常工作时，获取变流器电压变化率及输出相电流； 结温计算步骤，根据所述输出相电流、电压变化率及结温特性三维表格计算变流器中各功率二极管的运行结温。8.根据权利要求7所述的变流器功率二极管结温测量方法，其特征在于，所述标定实验包括以下步骤: 1)加热变流器使其温度到达指定值并达到热平衡，测量此时变流器的壳温即为功率二极管的结温Tj; 2)通过双脉冲实验测量功率二极管关断时变流器电压变化率dv/dt及输出相电流i; 3)重复步骤1)-2)，获得电压变化率dv/dt与不同功率二极管结温!^以及输出相电流i的定量关系dv/dt = (Tj, i)。9.根据权利要求7所述的变流器功率二极管结温测量方法，其特征在于，所述电压变化率为功率二极管关断时变流器各输出相电压从90% Vd。变化到10% Vd。过程中的电压变化率，Vd。为直流电压。10.根据权利要求7所述的变流器功率二极管结温测量方法，其特征在于，所述变流器为由基本Buck单元电路组成的变流器。
【专利摘要】本发明涉及一种变流器功率二极管结温测量系统及方法，所述的结温测量系统包括：信号监测单元，与变流器连接，采集变流器的输出相电压和输出相电流，获取各输出相电压的电压变化率；结温计算单元，与信号监测单元连接，存储有预先获得的结温特性三维表格，根据所述输出相电流、电压变化率及结温特性三维表格计算变流器中各功率二极管的运行结温。与现有技术相比，本发明能在所有运行区间内对二极管运行结温进行测量，不仅可用于实验室，同样可在工业现场变流器正常运行过程中对功率二极管结温进行在线测量，具有测量简便、测量结果准确等优点。
【IPC分类】G01R31/26
【公开号】CN105158667
【申请号】CN201510527128
【发明人】向大为, 袁逸超
【申请人】同济大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月25日