柔性直流输电换流阀用IGBT模块焊料层疲劳寿命研究

作     者：张宇娇 范虹兴 张炫焜 阮江军 黄雄峰 ZHANG Yujiao;FAN Hongxing;ZHANG Xuankun;RUAN Jiangjun;HUANG Xiongfeng

作者机构：合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 国网金华供电公司金华321017 国网重庆市电力公司技能培训中心重庆400053 武汉大学电气与自动化学院武汉430072 

基　　金：国家自然科学基金(51577106) 湖北省杰出青年基金(2019CFA085) 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)开放基金(EERIKF2018008) 

出 版 物：《高电压技术》 (High Voltage Engineering)

年 卷 期：2020年第46卷第10期

页      码：3381-3389页

摘      要：绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为柔性直流输电交直流变换的关键部件,其可靠性直接决定柔性直流输电系统的稳定运行。在换流阀运行过程中IGBT模块会受到各种不同的故障影响,导致电流急剧上升,从而造成IGBT模块温度升高使焊料层产生一定的损伤,最终导致焊料层疲劳失效。为此,以柔性直流输电换流阀用IGBT模块为研究对象对其进行功率循环条件下电磁-热-机械应力耦合分析。再利用基于应变的疲劳寿命模型,根据Coffin-Manson公式,以焊料层单个功率循环产生的非弹性应变增量为条件,对焊料层进行寿命预测。最后设计了10 kW/1000 A功率循环试验平台,对仿真分析得出的电、热特性以及焊料层疲劳寿命进行验证。结果表明上焊料层温度分布与键合线键合点位置分布相关,下焊料层温度分布与芯片位置分布有关;焊料层温度分布不均、温差较大引起的热应力是导致焊料层疲劳失效的主要原因,且上焊料层疲劳寿命小于下焊料层。

主 题 词：柔性直流输电 IGBT 焊料层 功率循环 疲劳寿命 

学科分类：080802[080802] 0808[工学-自动化类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.13336/j.1003-6520.hve.20200596

馆 藏 号：203986716...