变频器主电路测试规范

变频器主电路测试规范变频器主电路测试规范25/25变频器主电路测试规范测试规范规范编码：RD-CRT-T00英威腾电气股份有限企业版本：密级：机密测试部奏效日期：页数：16页变频器主电路测试规范拟制：_______________日期：__________审核：_______________日期：__________批准：_______________日期：__________测试部测试规范改正信息登记表规范名称:变频器主电路测试规范规范编码：RD-CRT-T00版本改正原由改正说明改正人改正时间拟制新规范代建军规范升级改正部分查收准则韦启圣评审会签区：人员署名建议日期董瑞勇张科孟张波吴建安刘小兵1测试部测试规范目录1、目的32、范围33、定义34、引用标准和参照资料35、测试环境36、测试方法与判断准则36.1整流二极管反向耐压测试46.2整流模块绝缘耐压测试56.3IGBT栅-射极间漏电流测试（IGES）56.4IGBT断态集-射极间漏电流测试（ICES）66.5IGBT模块绝缘耐压测试76.6IGBT驱动波形测试86.7IGBT开通、关断时间测试106.8IGBT驱动电压幅值测试106.9IGBT上下桥驱动死区时间测试11整流二极管电压应力测试12整流二极管稳态电流应力测试136.12IGBT瞬态电压应力测试136.13IGBT瞬态电流应力测试146.14IGBT均流测试15附件1：IGBT模块Ices测试数据记录表15附件2：IGBT驱动波形及死区时间测试数据记录表16附件3：变频器输出短路测试数据表162测试部测试规范变频器主电路测试规范1、目的查验我司变频器产品的主电路设计能否合理，考证在正常使用环境和恶劣使用环境下，功率器件的电压、电流应力能否知足功率器件的电压、电流应力降额要求。2、范围本规范规定了样机的主电路测试方法，合用于英威腾电气股份有限企业开发的所有变频器产品。3、定义l变频器主电路：是指包含功率半导体器件，如IGBT、整流二极管和IGBT的驱动、保护电路变频器额定运转：是指变频器工作在额定输入电压和缺省载频下，驱动适配电机50Hz运转，输出额定电流。适配电机：与变频器同功率或许是大一功率，小一功率的电机，（不包含电机并联）4、引用标准和参照资料1）西门康功率模块应用手册2）三菱IGBT模块应用手册3）富士IGBT模块应用手册5、测试环境测试环境可分为常温实验室环境和环境试验箱。受变频器体积大小不一和没法加载的限制，除小功率变频器（A、B、C、E体积变频器）外大多半变频器不可以在环境试验箱中进行。当前将变频器整机测试环境一致为常温实验室环境。独自模块测试环境分常温实验室环境和环境试验箱。6、测试方法与判断准则3测试部测试规范6.1整流二极管反向耐压测试测试说明：在变频器使用过程中因为电网颠簸或负载回灌电压过高会造成整流二极管反偏压过高，此测试是为了考证整流二极管的耐压能力。测试设施：CS9932B型程控安规综合测试仪（南京长盛仪器有限企业）测试方法：整流模块独自测试；在常温下测试。给二极管加上反偏电压（阳极接负，阴极接正），测试电压为VRRM，RepetitivePeakReverseVoltage反向重复峰值电压）记录此时的漏电流值。在85℃环境温度下测试。可使用环境实验室的可程式恒温恒湿实验箱来对整流模块进行加热，设定温度为85℃，设定湿度为0%（不控制湿度）。先将整流桥的各接线端子用导线引出到实验箱外。加温至85℃并保持4小时以上，不冷却测试。给二极管加上反向偏置电压，测试电压分别为：220V机种用整流模块，从1/2VRRM开始，以100V为步长渐渐增添至VRRM;380V机种用整流模块，从2/3VRRM开始，以100V为步长渐渐增添至VRRM，记录各电压点的漏电流大小。在120℃环境温度下测试。继85℃温度下测试后直接升温至120℃，保持4小时后，不冷却测试。给二极管加上反偏电压，测试电压分别为：220V机种用整流模块：从1/2VRRM开始，以100V为步长渐渐增添至VRRM;380V机种用整流模块：从2/3VRRM开始，以100V为步长渐渐增添至VRRM，记录各电压点的漏电流大小。测试时，电压上涨时间设定为10秒，电压保持时间为60秒，电压降落时间设定为秒，漏电流上限设定为10mA，漏电流下限设定为0。在电压保持时间内，如漏电流值基本保持不变，可再向上提升一个步长的电压值进行测试，如漏电流急剧上涨，则可停止实验，记录此时的电压值，最大漏电流值，此时电压值即为最大耐受电压。查收准则：若知足：常温下，测试电压≤VRRM，漏电流≤IRRM；85℃温度下，测试电压≤VRRM，漏电流≤3IRRM；120℃温度下，测试电压≤VRRM，漏电流≤5IRRM，判断为合格，不然不合格。（如器件资猜中给定了85℃或120℃时的IRRM值，则依85℃或120℃时的IRRM值判断；如器件资猜中未给定85℃或120℃时的IRRM值，则以上述标准判断）注意事项：整流二极管耐压测试时，耐压仪的测试模式选择为直流耐压测试；依照仪器使用说明书正确接线，红色测试线为正极，接整流二极管的阴极，黑红色测试线为负极，接整流二极管的阳极。4测试部测试规范6.2整流模块绝缘耐压测试测试说明：三相整流模块装置在同一块散热器上，大多半状况下，三相逆变模块也装置在同一块散热器上，并且散热器和机箱外壳是连结在一同的。整流模块绝缘性能不够可能会造成功率单元之间短路或变频器使用者发生触电危险。此测试是为了考证整流模块端子和模块底板之间的绝缘能力。测试设施：CS9932B型程控安规综合测试仪（南京长盛仪器有限企业）测试方法：整流模块独自测试；在常温下测试。将整流模块的主端子所有短接起来，在主端子的短接线和模块基板间施加测试电压，测试电压值为器件数据表给定的VISO（IsolationBreakdownVoltage）或VISOL，记录测试过程的最大漏电流。测试时，电压上涨时间设定为10秒，电压连续时间为60秒，电压降落时间设定为10秒，漏电流上限设定为5mA，漏电流下限设定为0。查收准则：耐压测试结束器件未击穿破坏，且漏电流≤2mA，判断为合格，不然不合格。注意事项：依照仪器使用说明书正确接线；在假如功率模块集成了整流、逆变单元，整流模块绝缘测试和逆变模块绝缘测试可以归并进行，但注意另个把IGBT的门极端子所有短接好，在主端子和基板之间施加测试电压。6.3IGBT栅-射极间漏电流测试（IGES）测试说明：因为器件自己特色，电路寄生参数或器件间相互耦合的原由，会使IGBT栅-射极间有刹时大电压，此测试是为了考证IGBT栅-射极耐压能力测试设施：TH2686电解电容漏电流测试仪（常州同惠电子有限企业）测试方法：IGBT模块独自测试；常温下测试。将IGBT集-射极短路，在栅-射极间加测试电压，栅极接正，射极接负。测试电压分别为15V、20V、25V，分三次测试渐渐提升电压等级；测试时，充电时间设定为3S，测试时间为5S，最大赞同漏电流数值设定为2IGES。测试时间内，如漏电流值基本保持不变，方可再向上提升一档电压等级进行测试，如漏电流急剧上涨，则可停止实验，记录此时的电压值，最大漏电流值，此时电压值即为最大耐受电压。5测试部测试规范查收准则：当知足栅-射极间漏电流≤IGES，且最大耐受电压≥20V时，判断为合格，不然不合格。注意事项：在进行测试前，应先将IGBT集-射极短路。关于两串通IGBT模块，测试上桥时，须将上桥的CE两头短接，测试下桥时，须将下桥的CE两头短接。关于三相IGBT模块，不论是测试哪一相，也不论是测试上桥仍是下桥，都必然将所测试的IGBTCE两头短接，上桥的CE和下桥的CE应分别短接；IGBT栅-射极耐压测试时，测试模式选择为直流耐压测试；依照仪器使用说明书正确接线，红色测试线为正极，接IGBT栅极，黑红色测试线为负极，接IGBT发射极。6.4IGBT断态集-射极间漏电流测试（ICES）测试说明：变频器在换流过程中，因为di/dt及寄生参数的影响，会使IGBT的VCE过高。此测试是为了考证IGBT集-射极耐压能力。测试设施：CS9932B型程控安规综合测试仪（南京长盛仪器有限企业）测试方法：IGBT模块独自测试；在常温下测试。第一将IGBT的栅-射极之间用铜导线焊接使其靠谱短路，再给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极接负），测试电压为VCES（Collector-emittersaturationvoltage），记录此时的漏电流，即为Ices（Collector-emittercut-offcurrent），并填写《IGBT模块断态漏电流(Ices)测试数据表》；在85℃环境温度下测试。可使用环境实验室的可程式恒温恒湿实验箱来对IGBT模块进行加热，设定温度为85℃，设定湿度为0%（不控制湿度）。先将IGBT的栅-射极短路，并从IGBT的C极、E极引出测试线到实验箱外。加温至85℃并保持4小时以上，不冷却测试。给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极接负），测试电压分别为：220V机种用逆变单元，从1/2VCES开始，以100V为步长渐渐增添至VCES；380V机种用逆变单元，从2/3VCES开始，以100V为步长渐渐增添至VCES，测试漏电流大小，并记录。测试时渐渐提升电压等级；在120℃环境温度下测试。继85℃温度下测试后再升温至120℃，保持4小时后，不冷却测试。将IGBT栅-射极短路，给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极接负），测试电压分别为：220V机种用逆变单元，从1/2VCES开始，以100V为步长渐渐增添至VCES；380V机种用逆变单元：从2/3VCES开始，以100V为步长渐渐增添至VCES，测试漏电流大小，并记录。测试时渐渐提升电压等级。冷却至常温后测试。继120℃环境下测试后，自然冷却至常温（搁置12小时以上），再进行测试。将IGBT栅-射极短路，给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极接负），测试电压为VCES，记录此时的漏电流。6测试部测试规范查收准则：当知足：常温下测试电压≥VCES，漏电流≤ICES；85℃高温下测试电压≥VCES，漏电流≤3ICES；120℃高温下测试电压≥VCES，漏电流≤5ICES；判断为合格，不然不合格。（如器件资猜中给定了85℃或120℃时的ICES值，则依85℃或120℃时的ICES值判断；如器件资猜中未给定85℃或120℃时的ICES值，则以上述标准判断）注意事项：在进行测试前，必要将IGBT栅-射极之间靠谱短路，介绍直接用铜导线经过锡焊连接的方式来进行短接。关于两串连IGBT模块，不论是测试上桥仍是下桥，都必然将上下桥的门极分别短接起来（上下桥门极之间不可以短路）。关于三相IGBT模块，不论是测试哪一相，也不论是测试上桥仍是下桥，都必然将每一相的上下桥的门极都短接起来，三相上桥的门极须独立短接，三相下桥的门极可短接在一同；为了方便测试，在将IGBT模块放入实验箱以前可将模块各个测试端子用导线引出到体外；假如是用螺钉连结的端子，要特别注意采用合适的螺钉长度，免得过长的螺钉破坏到IGBT内部的晶圆。IGBT集-射极耐压测试时，测试仪器的测试模式选择为直流耐压测试；依照仪器使用说明书正确接线，红色测试线为正极，接IGBT集电极，黑色测试线为负极，接IGBT发射极。6.5IGBT模块绝缘耐压测试测试说明：三相逆变模块装置在同一块散热器上，大多半状况下，也和三相整流模块装置在同一块散热器上，并且散热器和机箱外壳是连结在一同的。逆变模块绝缘性能不够可能会造成功率单元之间短路或变频器使用者发生触电危险。此测试是为了考证逆变模块端子和模块底板之间的绝缘能力。测试设施：CS9932B型安规综合测试仪（南京长盛仪器有限企业）测试方法：模块独自测试；在常温下测试。将IGBT模块的主端子和门极端子分别短接起来，在主端子和模块基板之间施加测试电压，测试电压为器件数据表给定的VISO或VISOL，记录测试过程的最大漏电流。测试时，电压上涨时间设定为10秒，电压连续时间为60秒，电压降落时间设定为10秒，漏电流上限设定为10mA，漏电流下限设定为0。查收准则：耐压测试结束，器件未击穿破坏，且漏电流≤2mA，判断为合格，不然不合格。注意事项：依照仪器使用说明书正确接线；假如功率模块集成了整流、逆变单元，整流模块绝缘测试和逆变模块绝缘测试可以7测试部测试规范归并进行，但注意其他把IGBT的门极端子所有短接好，在主端子和基板之间施加测试电压。6.6IGBT驱动波形测试测试说明：测试变频器在不一样样样的运转状态下，IGBT驱动波形能否正常测试设施：数字示波器测试方法：在变频器上测试；丈量IGBT门极引脚处的电压波形。为了尽量减小波形失真，建议使用间隔电源给示波器供电，并使用以以下图所示的两种方法连结示波器探头。（图1使用带短地线的探头帽，2使用同轴转接头自制的小工具。）图1图2波形察看：察看1个SPWM周期和3~5个开关周期的波形，看能否有异样。波形测试：丈量单次开通关断门极电压波形，同时也可丈量门极电流波形（利用示波器的逻辑运算功能，可丈量出门极驱动波形功率）。测试变频器在正常运转时载频为缺省载频，负载分别为电机空载、满载状态下的门极驱动电压波形（包含开通和关断波形），并记录；变频器载频为缺省载频，丈量变频器处于限流、临界过压（过压点设为最大值）、短路状态下的门极驱动电压波形（包含开通和关断波形），并记录；查收准则：如图3、图4中的开通波形圆滑无震荡，或有少量震荡，但震荡峰值电压不超出±20V，判断为合格。8测试部测试规范图3图4如图5中，开通波形中有段跌落，且跌至门槛电压以下；图6中开通波形有强烈震荡，且震荡峰值电压超出20V，均判断为不合格。图5图6如图7，关断波形中有强烈震荡，且震荡峰值电压低于-20V，判断为不合格7注意事项：焊接的IGBT应依照如图1所示的方法连结示波器探头，插接的IGBT若不便于如图1所示搁置探棒，可用标准探头，但需将地线环绕在探棒上，尽量使探头主信号线与地线组成的回路面积最小。为了尽量减小因为示波器各通道之间相互耦合造成测试波形失真的影响，六桥驱动波形独自抓取。如需同时丈量上下桥驱动电压波形，必然要将所使用的两个通道间隔。即一个通道用一般探头丈量，另一个通道用有源差分探头丈量，并且注意把有源差分探头的电9测试部测试规范源间隔或将差分探头的电源适配器的地线端去掉，不然可能会破坏差分探头。抓取波形时，示波器横轴时间轴设为1μS/div,纵轴幅值轴设为5V/div。每种运转状态下，分以下两种状况记录波形：IGBT经过电流时的开通关断波形和续流二极管经过电流时的开通关断波形。6.7IGBT开通、关断时间测试测试说明：IGBT开关时间的快慢直接影响模块的开关耗资、IGBT关断时的VCE及硬件死区时间。测试设施：数字示波器测试方法：在整机上测试；IGBT开通、关断时间测试可以在IGBT驱动波形测试的过程中进行，记录波形的Risetime与Falltime，即为IGBT开通与关断时间；丈量变频器在正常运转时载频为缺省载频，负载分别为电机空载、满载、限流状态下的IGBT开通、关断时间，并填写《驱动波形及驱动死区时间测试数据表》。查收准则：如μS≤开通时间≤μμS≤关断时间≤μS，判断为合格，不然不合格注意事项：用示波器丈量波形时，要使探棒回路面积尽量小；假忧如时丈量上下桥驱动电压波形，必然使两个丈量通道之间相间隔。即一个通道用一般探头丈量，另一个通道用高压差分探头丈量，并且注意把有源差分探头的电源间隔或将差分探头的电源适配器的地线端去掉，不然可能会烧坏差分探头。抓取波形时，示波器横轴时间轴设为1μS/div,纵轴幅值轴设为5V/div。6.8IGBT驱动电压幅值测试测试说明：10测试部测试规范测试变频器在不一样样样的运转状态下，IGBT驱动电压幅值能否正常。测试设施：数字示波器测试方法：在变频器上测试；IGBT开通、关断驱动电压幅值测试可以在IGBT驱动波形测试的过程中进行，记录波形的Top与Base，即为IGBT开通驱动电压幅值与关断驱动电压幅值；丈量变频器在正常运转时载频为缺省载频，负载分别为电机空载、满载、限流状态下的IGBT开通、关断驱动电压幅值，并填写《驱动波形及驱动死区时间测试数据表》。查收准则：13.0V≤开通驱动电压幅值≤16.0V，-12V≤关断驱动电压幅值≤0V，判断为合格，不然不合格注意事项：用示波器丈量波形时，要使探棒回路面积尽量小；假忧如时丈量上下桥驱动电压幅值，必然使两个丈量通道之间相间隔。抓取波形时，示波器横轴时间轴设为1uS/div,纵轴幅值轴设为5V/div。6.9IGBT上下桥驱动死区时间测试测试说明：IGBT上下桥死区时间的长短直接影响变频器工作的安全靠谱性和输出电流谐波。测试设施：数字示波器测试方法：本测试规范中IGBT上下桥死区时间定义为：从上桥（下桥）IGBT栅-射极驱动电压降至0V到下桥（上桥）IGBT栅-射极驱动电压升至0V的时间，如图8所示：811测试部测试规范在变频器上测试；用示波器同时丈量同相的上下桥驱动电压波形（注意把上下桥之间的测尝试头隔），在抓取的波形上用示波器的游标丈量功能丈量死区时间；测试变频器在正常运转时，载频分别为缺省载频和最高载频，负载分别为电机空载、满载、限流状态下IGBT上下桥死区时间，并填写《驱动波形及驱动死区时间测试数据表》。查收准则：220V、380V电压等级变频器的上下桥死区时间≥2.0μS，判断为合格，不然不合格660V电压等级变频器的上下桥死区时间≥3.0μS，判断为合格，不然不合格1140V电压等级变频器的上下桥死区时间≥4.0μS，判断为合格，不然不合格高压变频器上下桥死区时间≥μS，判断为合格，不然不合格注意事项：同时丈量上下桥驱动波形的死区时间，必然使两个丈量通道之间相间隔。即一个通用一般探头丈量，另一个通道用有源差分探头丈量，并且注意把有源差分探头的电源间隔或将差分探头的电源适配器的地线端去掉，不然可能会烧坏差分探头。用示波器丈量波形时，要使探棒回路面积尽量小。抓取波形时，示波器横轴时间轴设为500nS/div,纵轴幅值轴设为10V/div。整流二极管电压应力测试测试说明：测试变频器在正常运转状态下整流二极管电压应力降额使用范围。测试设施：数字示波器、高压间隔探头测试方法：在变频器上测试；测试临界过压（过压点设为最大值）状况下整流二极管电压应力。丈量整流二极管阴阳极之间的电压波形，并记录其最大值。查收准则：如最大值≤0.8VRRM，则判断为合格；不然不合格注意事项：丈量整流二极管阴阳极之间的电压波形时可用间隔高压探棒12测试部测试规范整流二极管稳态电流应力测试测试说明：测试变频器在各样运转状态下整流二极管电流应力降额使用范围。测试设施：数字示波器、电流枪（柔性探头）测试方法：在变频器上测试；分别测试变频器处于满载输出状态和限流状态时整流模块的电流应力。关于二管封装的整流模块，丈量其输入电流有效值IIN_RSM；关于六管封装的整流模块，可以丈量其输入电流有效值IIN_RSM，也丈量其直流侧的电流有效值IDC_RSM。查收准则：关于二管封装的整流模块，当0.9IIN_RSM≤IFAV，则判断为合格，不然不合格。关于六管封装的整流模块，当6IIN_RSM≤ID或IDC_RSM≤ID，则判断为合格，不然不合格。以上查收准则中：IFAV为整流管正向均匀电流。ID为整流模块直流输出电流“OutputCurrent(D.C.)”。6.12IGBT瞬态电压应力测试测试说明：测试变频器在极端严酷的状况（如输出短路）下，IGBT电压应力降额使用范围。测试设施：数字示波器、高压间隔探棒测试方法：本测试规范中，IGBT电压应力定义为IGBT关断时的VCE最大值；IGBT电压应力测试可以在变频器输出相间短路测试中进行。短路测试时使用特制的短路测试工装，小短路测试工装规定导线长度1米，导线截面积162mm，合用30KW以下变频器的短路测试；大短路测试工装规定导线长度1米，导线截面积2以上变频器的短路测试。50mm，合用37KW短路测试中，丈量上桥或下桥IGBT的集-射极电压（VCE），并记录其峰值，计算△U=VCE峰值-实验中的变频器的母线电压值。测试中注意鉴别所丈量的Vce电压能否正确，正确的IGBT发生短路关断时的电压波形应如图9中的绿色波形，在IGBT关断时（电流开始降落时）Vce应有显然的冲高过程。记录短路测试数据并填写《变频器输出短路测试数据表》。13测试部测试规范图9查收准则：1.15U+△U≤0.9VCES时判断为合格，不然不合格式中U=变频器的额定母线电压，△U=VCE峰值-实验中的变频器母线电压值，VCES=IGBT数据表给出的参数。注意事项：丈量VCE时注意采用量程足够高的高压探棒。6.13IGBT瞬态电流应力测试测试说明：测试变频器在极端严酷的状况（如输出短路）下，IGBT电流应力降额使用范围。测试设施：数字示波器DSO6014A（安捷伦企业）、电流枪（HALL）、短路测试工装。测试方法：本测试规范中，IGBT电流应力定义为流过单管IGBT的最大电流值；IGBT电流应力测试可以在变频器输出相间短路测试中进行。短路测试时，丈量并记录短路电流的最大值。查收准则：假如短路电流上涨时间≤10μS；并且短路电流峰值＜10倍IGBT额定电流，则判断为合格，不然不合格。短路电流上涨时间是指从短路电流开始上涨到IGBT开始保护关断的时间。如图10、14测试部测试规范图11中绿色波形为变频器相间短路时的电流波形，它们的短路电流上涨时间以以以下图。注意事项：短路测试时，变频器有可能会炸机，人不要离变频器太近。丈量短路电流上涨时间时，IGBT保护关断是以短路电流降落为依照的，但应注意划分模块短路自限流功能造成的短路电流降落、IGBT保护关断造成的短路电流降落及IGBT在保护关断以前恰遇到窄脉冲关断造成的短路电流降落。6.14IGBT均流测试测试说明：大功率变频器为了达到功率要求，一般会将多个IGBT模块并联使用，因为IGBT器件自己特色和布线等方面的原由，可能会使并联的IGBT模块经过的电流表现不平衡性。测试设施：数字示波器、电流枪（柔性探头）测试方法：同时丈量并联模块开通、关断时门极电压波形，并记录；同时丈量并联模块的输出电流波形，并记录波形及有效值。查收准则：如并联模块输出电流有效值之间的差值≤3%的模块额定电流值，判断为合格，不然不合格。注意事项：同时丈量并联模块开通、关断门极电压波形时，应使通道之间相互间隔，以防范将各并联模块的门极电路短路。附件1：IGBT模块Ices测试数据记录表六单元IGBT模块断态漏电流(Ices)测试数15测试部测试规范附件2：IGBT驱动波形及死区时间测试数据记录表变频器输出短路测试数据表.doc16测试部测试数据表二单元IGBT模块断态漏电流(Ices)测试数据表1、Ices型号：型号：型号：编号：编号：编号：条件上管下管上管下管上管下管常温①85℃120℃常温②备注：常温①是指样品未经高温条件下测试的测试条件；常温②是指经过高温测试后温度恢复到常温再测试的测试条件。2、Ices型号：型号：型号：编号：编号：编号：条件上管下管上管下管上管下管常温①85℃120℃常温②备注：常温①是指样品未经高温条件下测试的测试条件；常温②是指经过高温测试后温度恢复到常温再测试的测试条件。3、Ices型号：型号：型号：编号：编号：编号：条件上管下管上管下管上管下管常温①85℃120℃常温②备注：常温①是指样品未经高温条件下测试的测试条件；常温②是指经过高温测试后温度恢复到常温再测试的测试条件。测试部测试数据表六单元IGBT模块断态漏电流(Ices)测试数据表1、模块型号：

模块编号：Ices

IGBT

断态漏电流

(单位：mA)条件

U

上桥

V

上桥

W

上桥

U

下桥

V

下桥

W

下桥常温①85℃120℃常温②备注：常温①是指样品未经高温条件下测试的测试条件；常温②是指经过高温测试后温度恢复到常温再测试的测试条件。2、模块型号