大功率变流器功率考核试验方法研究屈宏涛

大功率变流器功率考核试验方法研究屈宏涛

屈宏涛李坤耶小方

(株洲中车时代电气股份有限公司湖南株洲412007)

摘要：变流器在整个工业行业的应用日益广泛，其性能与质量对整个系统可靠性有着深远影响，如何在出厂试验中对大功率功率器件的性能进行有效检测显得尤为重要，现在行业内检测的方式五花八门且没有一定标准，本文首先对业内常用考核方式的特点进行了介绍，然后再对如何研究考核时间做了详细阐述。

关键词：大功率变流器，考核试验

一、前言

目前常见的变流器拓扑有直交、交直、交直交、直交直等，根据不同的拓扑结构和产品使用工况可以选择不同的考核方式以及不同的考核时间，本文详细的对比了变流器常用考核方式的优缺点以及适用系统，并从理论和经验上详细的阐述了如何研究考核时长。

二、变流器功率考核目的介绍

1)考核变流器的温升特性和与冷却系统的匹配性。

2)验证散热器的散热性能。

3)验证模块组装过程中电连接的可靠性。

4)初步筛选部分早期失效的器件。

三、变流器常见功率考核方式介绍

目前业界常用的功率考核负载形式有纯电阻考核、阻感考核、纯电感考核、分流器考核、并网考核、变压器对拖考核和电机对拖考核，其优缺点和适用系统见下表，工程师可需根据变流器的拓扑、电压/电流等级来选择适合的考核方式。

四变流器功率考核时长研究

4.1温升平衡时间测量

1．热电偶布置及安装：热电偶应覆盖变流模块、电抗器、电容、腔体内部环温，腔体外部环温；并将热电偶、数据采集仪连接起来。

2．功率考核：对测试产品进行额定功率考核，测量模块、电抗器、电容、腔体空气的温度曲线，做到最后一个元器件达到温度平衡后再运行半小时，采集相关元器件的温度曲线，得到其温度平衡点和达到温度平衡点所需要的时间。

3．停止试验：所布置点位最后一个达到温升平衡（每半小时变化小于1K）时，停止试验。

4．数据计算：通过上述分析可以得到3个样品柜体功率模块达到温升平衡时的时间和温度分布分别为X1、X2、X3和Y1、Y2、Y3，取最大值，即可得到功率模块达到温升平衡时的问题以及所需时间。

4.2温升平衡后考核时长确定

1、试验法

适用情形：此方法适用于全新平台的变流器，找不到类似拓扑产品的相关数据时可以使用此方法。

方法简介：根据产品设计的无故障运行时间、产品预测寿命以及厂内可提供的加速因子来确认变流器厂内的考核时间，加速因子可根据考核对象/因素以及主要关注的参数来定，此方案仅仅在产品试制和小批量生产阶段试用，待量产后需试用其它分析方法进行改进和优化。

2、对比法

试用情形：此方法适用于批量稳定生产、测试方式一直没有改变且功率考核过程中已很难暴露缺陷的产品（可为同平台的变型产品），此时工艺预优化其考核时间，可采用此方法。

方法简介：此方法为选定生产批分组，实施不同的考核方案，统计产品故障数据，外场表现等，进行对比评价，如某种考核方案所激发的缺陷多余其它方案，则该考核方案的效果得到认可。

3、历史数据分析法

试用情形：适用于有历史类似产品的新平台产品（包括变型产品），产品在客户现场已批量装机运行较长时间且运行过程中故障率较高。

方法介绍：搜集历史产品在客户现场的故障数据，根据关联故障的运行时间判断产品符合的可靠性分布，根据分布模型计算早期失效时间，再根据功率考核的模型计算应该考核的时间，即可以运用此时间作为新产品的的功率考核时间。

4.3功率考核总时长确定

通过4.1的方法可得到变流器功率模块达到温升平衡时所需要的时间，通过4.2的方法可得到变流器达到温升平衡后需要考核的时间，两者相加即可得到功率模块功率考核的总时长。

五：总结

众所周知，变流器的功率考核试验需要投入大量的人力物力，但是却不会为公司创造任何直接的经济价值，如果产品的工艺质量和外购件的质量能达到保障，变流器的功率考核试验完全可以取消，但是在产品的工艺质量和外购件的质量无法达到保障之前，根据变流器的拓扑选择合适的考核方式，并制定合适的考核时长，则可以用最经济的设备和人力投入达到最优的考核效果。

作者简介：屈宏涛（1987-），男，汉，湖南株洲，测试工程师