试议可靠性功率变流装置中IGBT器件缺陷辨识大专-turnitin论文查重

摘要：可靠性是制约功率变流装置运用的关键因素之一。探讨功率变流装置可靠性衰退评估策略是降低功率变流装置突发故障风险、实现功率变流装置健康运转和降低维护成本的重要举措。近年来，伴随电力电子器件制造技术的进步和变流技术的改善，功率变流装置的运用领域得到极大的拓展，在推动经济进展和社会进步方面开始发挥关键作用，由此可靠性不足日益突出，逐渐成为关注的热点，相关探讨方兴未艾。本论文以功率变流装置的核心元件IGBT器件为对象，以状态监测的角度提出“IGBT器件缺陷”的概念，并浅析缺陷对其杂散参数的影响，以而根据杂散参数的老化特点，将IGBT器件可靠性衰退评估归结为其缺陷的离线诊断、特点量浅析、在线辨识等三个方面的不足进行系统探讨，并延伸至健康管理的层面，探讨状态预测的实现。首先，把握IGBT器件的故障预兆信息，是减少事故发生，以而降低维护成本的有效前提，而缺陷是IGBT器件老化的直接结果，也是降低器件运转可靠性，增加突发故障风险的要素之一。为此，本论文以IGBT器件的失效机理出发，浅析了其主要的缺陷形式，并给出了缺陷对IGBT器件杂散参数的影响；然后，以杂散参数网络增益变化的角度，提出采取频率响应浅析离线诊断IGBT器件缺陷的策略和缺陷评价指标；最后，进行了实验验证，结果表明：该策略能够有效检测出IGBT器件的芯片失效缺陷，可用于功率变流装置的定期检修，是预防IGBT器件故障的一项有效措施。其次，掌握和跟踪缺陷特点量，是以运转的角度实现IGBT器件可靠性衰退评估的先决条件。然而，IGBT器件老化失效历程中体现出的特点参数很少，通常都难以获取，或是影响因素多且难解耦。为此，本论文根据缺陷对IGBT器件门极电路杂散参数的影响，提出采取门极电压和电流的动态变化作为缺陷辨识特点量的新思路，并通过门极电路和主电路之间的耦合浅析，以IGBT器件开通时的瞬态历程入手，排除了非线性因素的影响。实验探讨证实了以门极电压和电流的动态变化为缺陷特点量的可行性，在一定程度上缓解了IGBT器件缺陷相关信息缺失的困境，为IGBT器件缺陷在线辨识策略的实现奠定了基础。最后，IGBT器件的失效是依赖于时间的疲劳损伤累积历程，具有一定的随机性，衰退进程有着很大的差别。由此，针对个体IGBT器件的在线缺陷辨识是避开突发故障，以而降低损失的有力保障。为此，本论文在离线诊断的基础上，根据IGBT器件杂散参数的老化特点，以门极电压和电流的动态变化为特点量，给出多种缺陷在线辨识的实现策略。这类策略可视为IGBT故障前的实时诊断手段，能够为运转人员赢得宽裕的维护时间，及时替换带有缺陷的IGBT器件，有效减少IGBT器件故障对功率变流装置的影响，避开事故的扩大化。另外，IGBT器件的状态预测，是以健康管理的层面浅析其运转中可靠性衰退的重要手段，也是制定维护计划和实近况态检修的依据。但是由于IGBT器件运转工况的不确定性，自身的复杂性和与可靠性退化程度相关参数的不完全性，常规基于大样本统计参数的概率策略有着难以逾越的瓶颈。为此，本论文引入了灰色论述，建立了IGBT器件状态的灰色状态预测模型；并以热疲劳损伤累积的角度，初步探讨了IGBT器件实时故障率的实现。关键词：功率变流装置论文IGBT器件论文可靠性论文缺陷论文状态预测论文

中文摘要3-5

ABSTRACT5-9

1 绪论9-23

1.1 目的与作用9-11

1.2 基于 IGBT 器件的功率变流装置可靠性相关探讨综述11-21

1.2.1 功率变流装置可靠性相关探讨概况11-13

1.2.2 IGBT 器件可靠性探讨近况13-20

1.2.3 目前有着的主要不足20-21

1.3 论文探讨的主要内容21-23

2 IGBT 器件缺陷概念的提出与离线诊断23-35

2.1 引言23

2.2 IGBT 器件的缺陷形式23-26

2.3 IGBT 器件缺陷对其杂散参数的影响浅析26-31

2.3.1 IGBT 器件缺陷影响的范围浅析26-27

2.3.2 IGBT 器件杂散电感和电阻参数提取27-30

2.3.3 IGBT 器件杂散参数网络增益随缺陷的变化30-31

2.4 频率响应浅析法离线诊断 IGBT 器件缺陷31-34

2.4.1 思路31

2.4.2 实验探讨31-34

2.4.3 结论34

2.5 本章小结34-35

3 IGBT 器件缺陷辨识的特点量浅析35-57

3.1 引言35

3.2 门极电路杂散参数的构成浅析35-41

3.2.1 IGBT 芯片结构介绍35-38

3.2.2 门极电路的杂散参数组成38-41

3.3 IGBT 器件门极电路与主电路的耦合浅析41-42

3.4 IGBT 器件缺陷特点量门极电压和电流的提取42-44

3.5 IGBT 器件缺陷对特点量的影响44-48

3.6 实验探讨48-55

3.6.1 分时线性化效果及结温影响的实验浅析50-51

3.6.2 缺陷对特点量影响的实验浅析51-54

3.6.3 缺陷和结温对 IGBT 器件集-射极饱和压降影响的实验探讨54-55

3.7 本章小结55-57

4 基于门极电路动态变化的 IGBT 缺陷辨识策略57-81

4.1 引言57

4.2 基于参数辨识的 IGBT 器件缺陷辨识57-59

4.3 基于门极电压动态变化的 IGBT 缺陷辨识59-73

4.3.1 采取小波浅析法诊断 IGBT 器件缺陷59-62

4.3.2 采取 Fréchet 距离诊断 IGBT 器件缺陷62-64

4.3.3 采取时间序列 DTW 差别诊断 IGBT 器件缺陷64-66

4.3.4 采取近似熵论述诊断 IGBT 器件缺陷66-70

4.3.5 采取功率谱密度诊断 IGBT 器件缺陷70-72

4.3.6 以门极电压动态变化为特点量的缺陷辨识策略比较浅析72-73

4.4 基于门极电流动态变化的 IGBT 缺陷辨识73-77

4.5 实验探讨77-79

4.6 本章小结79-81

5 IGBT 器件状态预测和实时故障率探讨81-105

5.1 引言81

5.2 基于灰色 GM(1,1)模型的 IGBT 器件状态预测81-88

5.2.1 IGBT 器件缺陷进展特点量的提取81-84

5.2.2 IGBT 器件的灰色 GM(1,1)状态预测模型的实现84-86

5.2.3 实验探讨86-88

5.3 基于 POF 的 IGBT 器件实时故障率88-102

5.3.1 IGBT 器件损耗计算策略的改善88-93

5.3.2 IGBT 器件实时故障率建模93-100

5.3.3 风力发电中 IGBT 器件故障率算例浅析100-102

5.4 本章小结102-105

6 全文总结105-107

致谢107-109

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