逆变器IGBT功率模块故障分析与处理措施分析

李阳

摘要：绝缘栅双极型晶体管功率模块设计，是当前设计逆变器的核心所在，只有充分保障模块运行的可靠性与整体质量，才可以让光伏电站可以稳定安全的运行下去。在本文的分析中，主要阐述了IGBT的功率模块经常损坏问题，并从运行环境、硬件以及各种影响因素进行分析，为相关领域工作人员提供一定的参考。

关键字：IGBT；光伏电厂；硬件故障

引言

为了保障IGBT功率模块可以稳定的运行，日常需要工作人员结合实际的故障信息，进行针对性的分析与评估，同时采用准确的处理方式，及时的处理好例如锁定效应、过流运行以及短路超时的常见故障信息，以此全面的推动电力系统的运行稳定性。

1 IGBT功率单元

绝缘栅双极型晶体管的设计，采用金氧半场效晶体管进行安装，以及与双极型晶体管进行负荷处理，以此具备着驱动功率小，以及开关速度比较快的特征。在运行的过程中，也相应的发挥出饱和同时压降低的技术优势。这样的设备在使用中，需要得到故障的及时处理与把控，以此促进新能源发电厂的稳定运行，带来更多的电力生产效益[1]。

2 IGBT功率模块故障分析

2.1 锁定效应

IGBT在设计中，由于内部设置了寄生晶体管，以此在规定的漏极电流的范围区间中，正偏电压要避免出现晶体管的导通情况。在漏极电流的不断增长之后，正偏电压会导致NPN晶体管的开通，以此让NPN与PNP的晶体管始终处于饱满的状态下。这样的情况，会导致栅极失去了原本的控制状态，并带来一定的IGBT的锁定的基本效应，后续会引发一定的集电极电流过大，以及带来功耗方面的基本损失[2]。

2.2 长时间过流

IGBT的功率模块的长时间运行过程中，经常会受到设备的选型失误问题，或者出现的安全问题的影响。一旦出现了超出反偏安全工作区域，以及限定当中的电流安全边界的影响。其次，后续进行针对性的处理中，需要及时的对断器件进行及时的处理，并控制引发功率所带来的一定负面影响。现阶段进行该项目的处理中，需要结合系统的故障状态，才可以最终判断系统运行效果。

2.3 短路超时

短路超时的问题，主要是在IGBT的承受电流到达值超出最高值时发生。在运行电流出现了大幅度提升时，就要在后续进行系统稳定性控制中，对于元器件进行质量评估。该故障往往要及时的控制关闭，从而避免对模块带来一定的质量问题。

2.4 过电压损坏

在系统稳定的运行状态中，一旦逆变器电路当中存在着一定的电感元件，就会导致IGBT的开关瞬间，会出现一定的尖峰电压。特别是在尖峰电压超出了IGBT最高允许电压的情况下，会带来质量问题。一般情况下，进行IGBT的击穿损耗问题分析中，大部分的逆变器运行，要维持一个较为完整的电路设计方式。其次，进行相应的实际处理当中，也相应的需要结合电感元件的处理效果。特别是对于所产生的高幅值的谐振过电压处理方式，进行逆变器的运行功率模块的质量把控，才可以很好的满足系统运行的基本需求。

2.5 机械应力损坏

在该模块的实际使用环节，不同位置的电气元件端子部位。往往会在受到强外力，或者出现质量问题的时候，就是带来一定的机械应力。一旦在电气线路的运行状态中，带来一定的运行质量隐患，也会经常导致IGBT的端子位置，出现一定的应力情况，以此对模块故障产生严重的质量问题。

3 集中式逆变器功率模块故障

3.1 故障分析

在本文的分析中，基于某电厂内部的逆变器故障为例。在过去的维护中，所形成的统计数据当中表现为故障逐年增加的情况，在后续进行稳定的运行中，春季的故障频率比较高。

3.2故障因素

3.2.1 运行环境

该逆变器的运行中，经常会出现一些过温的问题，同时在后台位置也会产生温度报警信号，并对运行的现场进行全面的分析。在集装箱的位置上，通过配置500kW的逆变器，以及利用集装箱两侧进风的设置方式，在逆变器顶部增加散热风机，用于解决散热问题。

具体的检测分析中，逆变器的两侧位置设计上可以满足降温需求，并设置了四个可以调节速度的散热机。但是在实际的运行中，漏网位置会带来轻微的堵塞情况。

3.2.2 设备硬件

IGBT的硬件型号问题出现，属于一种自发性的损坏问题。在相关项目的检查与分析中，主要是在模块与散热板之间的散热硅胶的处理，在相应的检测工作中，需要对胶的干涸情况进行分析。

IGBT模块是一种驱动板，在相应的控制板与检测板的运行状态下，需要对不同的位置进行分析。发现一定出现了质量问题，就会对整体模块运行带来负面影响问题。甚至会带来IGBT的驱动速度的问题，从而导致模块偶发性损坏。一旦IGBT质量与运行环境之间存在着一定的缺陷问题，经常是受到驱动参数设计的不合理因素影响。

3.2.3 过压因素

进行逆变器的使用中，由于系统当中存在着大量的电容以及电感元件的问题，在输出侧的光伏箱的设置当中，会带来不同程度频率的振荡回路。系统开关操作的环节，可能会带来铁磁谐振，以此在后续所产生的高幅值谐振，或者出现的逆变器的处理方式，会带来一定的故障问题。

3.3.4 软件因素

该系统的操作是人为进行处理，以此经常会受到人为干预或者软件方面的故障问题，因此导致在实际运行过程中的基本故障。

4 处理措施

4.1 现场处理

在对逆变器的出风口位置进行清灰，之后基于规定的工作状态，设定每一个处理环节，都需要强化对逆变器电缆的密封性的排查。在后续进行逆变器的柜内的温湿度的检查中，设置合理的加热器，从而充分的保障逆变器运行状态当中的环境整洁与干燥。

其次，及时的更换一些较为良好的导热硅胶，并在涂抹的工艺上需要符合相关规定和要求。这样的操作方式下，极大的保障了模块的整体散热程度，以此后续针对风机轴承的处理方式，及时的保障整体耐热的高温处理方式。在这样的处理方式下，就可以最大化的保障风机运行的可靠性，以及提升逆变器的通风散热能力。

针对不同的逆变器控制、驱动以及检测的环节，要刷涂防护漆，以此保障强化对逆变器对于不同环节的电路合理化处理，从而最大化的提升项目运行可控性。

现场的谐波检测方式，也是可以对于现场运行状态进行合理把控的关键处理方式，相关工作人员进行相关的模块运行处理上，避免发生一定的铁磁谐振出现的电压问题，而后续则是要进行输出侧的滤波电容调整，以此对可能出现的故障问题进行集中解决。

利用电网的适应性改造处理方式，需要结合全部的优化进行调整，以此进一步的深入参数进行合理性的分析，从而避免后续带来一定的安全隐患的问题。

4.2 后续处理

    为了保障在系统运行中，始终保持稳定的运行状态，就需要结合设备清理的运行阶段，设定出具体定期维护的相关计划。在每隔两个月，都需要对逆变器的门板进行针对性的设置，同时强化不同季节当中的运行特征，设定出合理的运行参数。当前设备的运行阶段，一方面需要适当的增加运行清理次数，另一方面则是要保持在电厂运行的过程中，可以采用合理性的处理方式，保持一个完善的管理机制。例如，结合系统故障的特征，设定出相应的处理程序与流程，及时的解决一些常见的故障隐患，强化下场设备的检测与评估能力，从而最大化的保障系统运行的稳定性。

总结：综上所述，在进行系统运行中，一方面需要结合现场处理的形式，另一方面则是要保障相关参数以及系统运行的逆变器程序，实现全面的评估与处理，这样才可以很好的提升对IGBT的故障处理能力，避免带来一定的问题，从而强化系统稳定性。

参考文献：

[1]张榴晨,张亚,茆美琴.基于任务剖面的单相Boost型功率解耦光伏逆变器寿命预测[J].太阳能学报,2022,43(07):109-114.

[2]杨德浩. 考虑牵引逆变器IGBT模块可靠性的列车运行曲线优化方法研究[D].北京交通大学,2022.

[3]宋明轩. NPC三电平逆变器瞬态过程在线监测方法研究[D].中国矿业大学,2022.