[发明专利]一种破冰船推进变频器开关器件选型方法

说明书

本发明公开了一种破冰船推进变频器开关器件选型方法，该方法将对开关器件发热功率的计算运用于破冰船上的热阻模型，热阻以及损耗数据库等，破冰船上特殊工况下精确计算设备器件的损耗情况，应用特定的热阻模型来准确计算器件的温度上升情况。本发明方法结合理论与仿真，具有计算精度高，速度快，应用广泛集等突出优点。

技术领域

本发明属于电力电子设备及船用直流配电系统设计领域，涉及破冰船特殊工况运行下器件选型问题，尤其是一种具有自动识别和智能推荐功能的破冰船推进变频器开关器件选型方法。

背景技术

在船舶推进变频系统领域，对于推进变频器的设计很少涉及专注于破冰船系统。破冰船相对于普通船舶而言，航行条件更恶劣，安全性能要求更高，并且在破冰工况下有着与普通船舶不同的性能要求。其推进系统在此时会运行于低电压等级低转速大电流大转矩的工况。推进变频器会降低频率和电压等级，同时提升电流等级。电流过大时器件损耗增加，热容无法储存过多热量，结温升高超过安全温度，设备会发生故障，导致船舶在破冰状态下无法正常运行。

传统推进变频器设计中会根据电压电流需求来选择合适的功率器件。这些功率器件满足于高转速低电流的工况，成本低廉，适用范围广泛、选型简便。但这些器件的选型不能满足破冰船的需求，由于其特殊的工况，普通器件在此时的损耗过高并且热量会积聚，恶劣情况可能导致设备烧毁。

由于普通选型方案不会着重于低速大电流的损耗和温升计算，因此普通选型方案不适合破冰船，此时需要专注于破冰船领域的推进变频器器件选型方法以满足破冰船对低速大电流损耗和温升的需求。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计出一种智能化的破冰船推进变频器开关器件选型方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种破冰船推进变频器开关器件选型方法，包括如下步骤

1），选择待确认开关器件型号，建立基于不同型号开关器件的数据库；

2），输入破冰船工况与拓扑结构，根据程序计算的独特性，针对不同破冰船推进系统拓扑结构提出不同的计算程序；所述的破冰船工况包括破冰船破冰工作下冲击负载下的额定电压、额定电流、额定转矩、最大转矩、额定转速、最小转速、推进装置电流、基波频率和器件开关频率；

3），考虑到热熔和热阻的影响，以串并联方式建立包含热阻与热熔的热计算模型；所述的热计算模型包含了器件的热阻与热容特性，将热计算模型等效为对于不同频率拥有不同波动特性的动态热阻抗模型；

4），根据破冰船破冰工作下最大转矩、最低转速以及推进装置电流、基波频率、器件开关频率计算得到破冰船功耗结果，将功耗结果带入热计算模型与预设温度对比，进行热计算得到温度波形；

5），将热计算结果数据导入数据库，比较最高点温度与所设定温度范围，对比得出选型：判断温度峰值是否满足要求，是则选择该开关器件并停止选型；

6），否则根据数据库判断开关器件的功耗结果在相似工况等级下是否满足要求：是则根据数据库中给出的备选开关器件，选择任意备选器件，将此结果带入模型并重复步骤4）；否则通过手动输入选择新的开关器件型号并重复步骤2）。

所述的一种破冰船推进变频器开关器件选型方法，其数据库包含应用于市场的IGBT、IGCT、IEGT等开关器件的管压降、导通电压、额定电流、导通电阻、开关损耗（以电流为变量的图形）等数据。

所述的一种破冰船推进变频器开关器件选型方法，其开关器件为IGBT、IGCT或IEGT。

所述的一种破冰船推进变频器开关器件选型方法，其步骤4）中的热计算模型包含器件产生的损耗，若平均损耗在半个基波周期中导通，形成一个两倍于平均值且周期为基波一半的矩形块，则此时的开关器件热计算模型如下：

式中为温升，ω为基波角速度，为得到的器件损耗，R为器件热阻，τ为考虑器件热容情况下的时间常数。