風(fēng)電變流器IGBT模塊的多時間尺度壽命評估

劉中

摘 要：功率變流器是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)最核心的組件之一，具有非常高的可靠性風(fēng)機(jī)系統(tǒng)功率波動影響，風(fēng)電變流器的可靠性評估中需要切實(shí)考慮到長時間的剖面影響問題。要根據(jù)器件的可靠性評估方法提高溫度計算精確性，及時有效地評估好功率器的壽命。在對于組件可靠性和失效機(jī)理的評估分析中，要對于風(fēng)電變流器任務(wù)剖面進(jìn)行尺度劃分，提出合理功率模塊尺度壽命方法評估管理，優(yōu)化針對風(fēng)電變流器的發(fā)電系統(tǒng)的管理。充分利用器件結(jié)溫數(shù)值計算，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速和氣溫數(shù)據(jù)快速計算，根據(jù)器件的壽命提高評估方法管理，優(yōu)化針對功率氣溫的模塊數(shù)據(jù)分析，保障模塊的壽命不會受到影響，同時保障風(fēng)電變流器的功率壽命并就此提出新的思路和措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電變流器 IGBT 模塊 壽命 評估

中圖分類號：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0038-02

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的迅速發(fā)展，風(fēng)機(jī)的容量不斷增大，對于電網(wǎng)的影響也隨之增大，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要不斷提高可靠性保障，根據(jù)系統(tǒng)故障率保障統(tǒng)計結(jié)果。功率變流器一般是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心組件，是最主要實(shí)踐應(yīng)用型組件。變流器的系統(tǒng)具有一定可靠性，在變流器的故障處理時候要提高功率器件的絕緣晶體管裝置，及時有效評估風(fēng)電變流器的模塊可靠性，從而不斷延長對于風(fēng)電變流器的措施，降低變流器的故障問題，做好及時維護(hù)維修工作。

1 風(fēng)電變流器IGBT模塊概述

IGBT模塊一般如果失效會在很大程度上受到工作過程熱循環(huán)沖擊影響，IGBT模塊的各個層面材料的熱膨脹數(shù)量一般會存在一定差異性，承受不同程度熱應(yīng)力，長期累積會導(dǎo)致器件熱疲勞問題出現(xiàn)。IGBT模塊失效中主要包括鍵合線脫落和焊料層老化問題，根據(jù)失效機(jī)理就會導(dǎo)致壽命模型損傷問題出現(xiàn)，需要提高針對直驅(qū)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的雙風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的側(cè)變流器的壽命模型利用。根據(jù)評價結(jié)果研究分析可以看出，風(fēng)速波動變流器的復(fù)雜性會在長時間的任務(wù)剖面對于器件的可靠性造成一定影響。風(fēng)電變流器中的IGBT模塊熱循環(huán)和風(fēng)速存在一定關(guān)系，風(fēng)速長時間會隨機(jī)變化出現(xiàn)損耗問題，導(dǎo)致器件溫度波動，從而影響到器件壽命，需要切實(shí)考慮到器件壽命評估結(jié)果，保障風(fēng)電變流器的長時間任務(wù)和壽命消耗問題，同時提高針對計算方法的合理管理，保證器件的熱循環(huán)效果。通過針對功率器的溫度數(shù)值方法研究，需要及時考慮風(fēng)電變流器的時間和任務(wù)剖面的壽命評估方法，根據(jù)器件壽命提高消耗分布管理，提高針對IGBT模塊壽命分析。針對兩種器件之間存在的差異性，要保障風(fēng)電變流器的可靠性，提高功率的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)消耗管理，保障器件的壽命消耗合理性，優(yōu)化好風(fēng)速和氣溫數(shù)據(jù)研究。

2 風(fēng)電變流器中的IGBT模塊可靠性評估分析

（1）根據(jù)可靠性手冊的器件可靠性評估方法研究，在電子組件的故障率上要隨著時間變化分析，提高浴盆曲線描述，保障浴盆曲線的組件每個階段合理性運(yùn)行，減少早期失效期、穩(wěn)定失效期和損耗失效期的管理。其中早期失效期主要指的就是設(shè)計、材料、制造和安裝過程中的缺陷問題，要保證故障率及時減少，提高工作時間和工作速度。穩(wěn)定失效期主要指的就是穩(wěn)定失效期比較長，損耗失效期主要指的就是組件工作時間比較長，會存在一定的磨損和不可控問題出現(xiàn)。

（2）基于失效機(jī)理器件的可靠性評估方法分析中，IGBT模塊具有多個層面剖面，IGBT模塊主要是由多層材料封裝形成，每層材料的熱膨脹系數(shù)都存在一定差異性，需要根據(jù)不同材料承受的熱應(yīng)力不同，提高長期累積到導(dǎo)致器件疲勞失效問題處理。IGBT模塊中存在多種失效形式，要減少鍵合線脫落和焊料層老化問題處理，針對IGBT模塊失效形式要提高器件壽命模塊管理。

（3）在風(fēng)電變流器的長時間尺度任務(wù)剖面中要提高針對IGBT模塊的可靠性評估管理，比如對于直驅(qū)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，要保障直驅(qū)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)良好的結(jié)構(gòu)管理，提高變流器的系統(tǒng)采用的兩電平背靠背的結(jié)構(gòu)，提高發(fā)電機(jī)側(cè)的變流器和電網(wǎng)側(cè)的變流器構(gòu)建管理，優(yōu)化風(fēng)機(jī)系統(tǒng)參數(shù)分析，在相同條件下保障網(wǎng)側(cè)變流器的可靠性，優(yōu)化機(jī)側(cè)和變流器的兩個并聯(lián)組模塊的功率合理化水平。

3 風(fēng)電變流器中的IGBT模塊結(jié)構(gòu)數(shù)值計算分析

（1）在IGBT模塊結(jié)構(gòu)溫數(shù)值計算方法中，要充分體現(xiàn)風(fēng)電變流器的IGBT模塊的長時間尺度結(jié)溫數(shù)據(jù)，合理評估好IGBT模塊壽命消耗，保障功率的IGBT模塊內(nèi)部多個芯片有機(jī)地結(jié)合，同時提高針對特?zé)峋W(wǎng)絡(luò)模型處理，及時考慮到IGBT模塊中芯片和并聯(lián)等效熱源管理。風(fēng)電變流器的IGBT模塊的時間尺度任務(wù)剖面一般都比較長，風(fēng)電變流器中功率器件的壽命消耗和風(fēng)度會隨著波動變化而變化，需要提高針對風(fēng)速隨機(jī)變化的風(fēng)機(jī)輸出功率器件損耗變化認(rèn)識，針對導(dǎo)致的器件波動問題，要提高IGBT模塊壽命管理，及時有效評估好風(fēng)電變流器的IGBT模塊損耗問題，減少風(fēng)電變流器長時間任務(wù)剖面的影響。提高風(fēng)速波動周期器件的熱時間常數(shù)分析，不能忽視風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的瞬間的器件結(jié)溫影響問題，提高風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工況一系列穩(wěn)定狀態(tài)優(yōu)化，保障風(fēng)電變流器的公路器件合理分布，將整個器件長時間任務(wù)剖面進(jìn)行合理低頻波動和波動分析，保證低頻結(jié)溫波動的風(fēng)速隨機(jī)波動，根據(jù)結(jié)溫和變流器的工作狀態(tài)，提高波動周期管理。

（2）通常情況下IGBT模塊只有一個開關(guān)，周期內(nèi)部會存在一個開關(guān)動作，IGBT模塊同樣的開關(guān)頻率中需要保證溫度波動合理性，在一般頻率溫度波動中要提高開關(guān)頻率波動認(rèn)識，有時候非常小的溫度波動也導(dǎo)致溫度壽命受到影響，提高在IGBT模塊壽命評估中不能忽略結(jié)溫開關(guān)頻率波動問題。針對低結(jié)溫波動，波動周期一般都比較短，要有效保障基頻結(jié)溫循環(huán)次數(shù)合理化，提高溫度波動的器件壽命消耗呈程度合理性，減少評估中結(jié)溫波動消耗，器件壽命提高。根據(jù)功率器件消耗分布管理，提高針對性的器件可靠性改善，降低器件壽命消耗問題出現(xiàn)。

（3）IGBT模塊評估的可靠性中要充分提高模塊溫度數(shù)值計算方法驗證，保證IGBT模塊電熱的在線仿真軟件處理，提高結(jié)溫評估的結(jié)果實(shí)驗檢測結(jié)構(gòu)分析，保障高精度，在電熱仿真結(jié)溫數(shù)據(jù)中，要不斷提高驗證功率器件溫度計算方法的準(zhǔn)確性。充分利用結(jié)溫數(shù)值計算方法做好評估管理工作，保障結(jié)溫數(shù)值精確計算模式，提高數(shù)值計算時間和計算方法合理化水平。通常情況下功率變流器是風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中最核心組件，可靠性會對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)波動影響，從而會直接影響到風(fēng)電變流器的可靠性評估，也會導(dǎo)致長時間任務(wù)剖面影響問題出現(xiàn)，需要不斷提高器件可靠性評估管理模式，優(yōu)化針對結(jié)溫計算方法處理，準(zhǔn)確快速實(shí)現(xiàn)評估器件壽命保障，優(yōu)化針對風(fēng)電變流器的器件高效處理。

4 結(jié)語

綜上所述，在對風(fēng)電變流器的IGBT模塊的可靠性評估中，要充分做好組件可靠性和失效機(jī)理的評估方法差異性分析，根據(jù)變流器剖面的時間尺度劃分，要保障IGBT模塊的多個時間尺度方法研究。在IGBT模塊尺度評估中要不斷提高機(jī)側(cè)和網(wǎng)絡(luò)壽命消耗，通過研究分析針對基頻和低頻的結(jié)溫波動和導(dǎo)致器件壽命消耗問題及時處理，從而很好地提高公路器件壽命和研究思路管理，保障風(fēng)電變流器運(yùn)行的可靠性，提高多尺度剖面IGBT模塊壽命消耗合理分布特點(diǎn)管理，從而實(shí)現(xiàn)對于剖面器件壽命的合理消耗處理，及時改善器件壽命，提高功率器件的措施研究新思路。

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