一种快速检测IGBT元件自损坏的方法

　　1　引言

　　某厂五机架轧机主传动装置采用日立公司 hivectol-con/vsi-mh系列交-直-交3电平pwm大容量变频传动装置。其中最大容量为8800kva，采用4组igbt单元并联组成， 每个单元中功率元件采用三菱3.3kv/1.2ka大容量igbt。自投运以来，先后发生多起igbt及快熔大面积击穿烧损的重大故障。例如在2005年 12月的一次故障中，一套整流器内的所有12个igbt单元、12个快熔全部烧毁，故障处理时间超过33h，直接经济损失达131.7万元，严重影响工厂 的正常生产。经过检查分析，发现故障的起因是整流器r相1个igbt元件劣化自损坏引起，而由于原系统igbt脉冲封锁过程时间过长，造成故障大面积扩大。

　　经过改进，投入了一种新的igbt元件自损快速检测装置，使检测判断、脉冲封锁等过程时间只需几十微秒，大大降低了故障扩大化的可能性。工厂多次重复试验也证明了该方法的有效性。

　　2　igbt元件保护几种方法以及优缺点

　　由于 igbt元件电流、电压能力的限制，在实际使用的大容量传动装置系统中，往往采用多并联形式。如果发生某个igbt元件击穿等短路故障时，若不及时快速封 锁igbt脉冲，就可能导致并联回路中大量igbt损坏，扩大故障范围。

　　在传动装置系统中，进、出线主回路一般都设置有霍尔ct，用于检测主 回路电流，并通过主控板的硬件和软件来处理、判断过流情况。如果发出重故障跳闸信号，就要快速封锁脉冲，保护igbt元件。其优点是对负载引起的过流保护 效果比较明显，但缺点是过流检出到脉冲封锁的过程时间太长，需要几个毫秒，而且直流回路的短路也保护不了(实际系统中没有直流回路电流检测ct)。因此， 仅靠该保护方式显然不能满足igbt保护的实际要求。

　　为此，还必须采取其它的快速检测方法。目前常用的方法有以下几种:

　　(1)igbt vce电压监测法

　　这是比较常用的方法。利用集电极电流ic升高时vge或vce也会升高的这一现象，当vge或vce超过设定允许值时，输出信号去封锁igbt的脉冲。由于vge在发生故障时变化较小，难以掌握，一般较少使用。而vce的变化较大，因此实际中一般常常采用vce监测法来对 igbt进行保护。这种方法的优点是检测灵敏，动作迅速，有效地避免了并联回路igbt大面积损坏。但这种方法的缺点也比较明显:需要配线，将每个 igbt的集电极与发射极之间的电压信号引入脉冲驱动板。另外由于igbt关断时，集电极与发射极之间的电压比较高，需要增加脉冲放大板相应的绝缘与电位 隔离措施。图1是利用检测集电极与发射极之间电压vce对igbt进行保护的一个例子。