[发明专利]功率模块及直流熔断器短路试验平台

说明书

本发明公开了一种利用率高、成本低廉并且稳定可靠的功率模块及直流熔断器短路试验平台，其电路包括功率模块老化试验回路和熔断器短路试验回路，其中熔断器短路试验回路包括与整流柜输出端的第二路相连接的预充断路器，预充断路器的出线端与直流电容组连接，直流电容组还与由plc远程控制的、在短路试验时闭合即可接通回路以为熔断器提供短路直流电压的4p框架断路器进线端连接，4p框架断路器出线端与被试品连接，放电电阻与放电断路器串联，并联于电容组两端。本平台通过试验结果和仿真结果的对比分析对所设计的熔断器的性能以及对变频器功率模块仿真模拟的准确性进行验证。

技术领域

本发明涉及一种功率模块及直流熔断器短路试验平台。

背景技术

直流熔断器是舰船直流电力系统、轨道交通电力系统、变电站直流系统等直流电力系统的重要保护设备。随着这些电力系统的快速发展，直流熔断器的额定电压和分断能力也不断增加。在直流熔断器的研制过程中，需要对设计的熔断器进行性能验证。而短路试验则是进行熔断器性能验证的主要试验之一。短路试验主要是为了分析直流熔断器的性能，模拟最坏的工况，即直流母线发生直流短路，通过采集熔断器熔断过程中的短路电流，分析熔断器的熔断性能—熔断特性和熔化热能值I2t。熔断特性也称作熔断器的时间-电流特性或安秒特性，是熔断器最主要的电性能指标；熔化热能值I2t是指熔断体熔断所需要的能量值，是评估熔断器承受浪涌能力的的关键技术指标。对照国家标准,并且有推荐的分断能力测试典型电路。国家日用电器质量监督检验中心的陈宇军在《小型培断器分断试验过程分析及选用》中就选用了这种方法,上海交通大学电子信息与电气工程学院的陈英霞在《熔断器综合自动测试仪研发》中也采用了一样的典型电路。典型电路最大的优点是电路简单、可靠,最大的缺点是对电网冲击大,能耗高，试验成本十分高昂。专利方面，目前仍然没有针对直流熔断器的大电流短路试验的发明。

功率模块是变频器的重要组成部分，而热计算是功率模块选型的重要方面之一，目前发热与可靠性计算正在逐步脱离靠经验估算或模仿的范畴,而被精确的仿真计算所取代。由于功率器件在开关运行过程中，不可避免地产生大量的热量，需要借助外部散热系统来将之带走。散热不完全或不及时的直接后果是导致器件的温度过高，芯片的晶体结构发生不可逆转的变化而失效，严重时导致短路或其它爆炸事件。所以通过仿真计算与试验,确保器件在任何运行状态下都不超过给定的温度，是电力电子设备热路设计的主要内容。但是仿真计算亦需要建立在一定的老化试验基础上，即在功率模块满功率运行的条件下测试其在一定时间内的温升，并与仿真结果进行比较以验证仿真的精确性。

中国专利授权公告号为CN109188142A的专利公开了一种UPFC功率模块老化综合测试平台，包括UPFC功率模块IGBT电路板、负载的大功率电阻、测试机箱、DC/DC模块、直流稳压电源、散热器以及温度控制模块，本发明虽然能够通过加速老化实验，基于电流、电压波形特征评估UPFC功率器件的缺陷和老化状态，快速查找定位缺陷位置，但该装置采用大功率电阻作为负载，在功率模块满功率运行条件下会消耗极大的有功功率，造成巨大的能量损耗，产生不必要的成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用率高、成本低廉并且稳定可靠的功率模块及直流熔断器短路试验平台。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种功率模块及直流熔断器短路试验平台，其电路包括功率模块老化试验回路和熔断器短路试验回路，功率模块老化试验回路包括输入端与380V电源相连接的开关柜，开关柜的输出端与三相电动调压器的输入端相连，三相电动调压器的输出端与整流柜的输入端相连，整流柜输出端分为两个支路，第一路与功率模块柜输入端连接，功率模块柜输出端与电抗器柜连接；

功率模块柜中至少包含两个功率模块，在进行试验时功率模块采用背靠背的连接方式，电抗器柜在进行功率模块老化试验的时候作为负载，每个功率模块都包含有IGBT模块和信号采集卡，IGBT模块集成了NTC电阻，并且在IGBT模块的外部接口中包含温度接口；