اختبار الجهد المفاجئ للمحرك واختبار dV/dt: حماية اللفات من عابري تبديل العاكس SiC

لماذا تقوم محولات SiC بتغيير متطلبات عزل الملفات

تعمل أشباه موصلات الطاقة من كربيد السيليكون على التبديل بمعدل 2-10 مرات أسرع من أسلافها من السيليكون IGBT. يتم تشغيل SiC MOSFET في عاكس 400V أو 800V EV في الأسفل 100 نانو ثانية — dV/dt (معدل ارتفاع الجهد) من 5-30 كيلو فولت / ميكروثانية عند أطراف المحرك. لم يشهد ملف المحرك أبدًا هذا النوع من واجهة موجة الجهد في عصر محركات IGBT التقليدية, ولم يتم تصميم نظام العزل أبدًا لتحمله إلى أجل غير مسمى.

والنتيجة هي وضع فشل موثق جيدا: يتسبب ارتفاع الجهد في وصول المجال الكهربائي عبر المنعطفات القليلة الأولى لفتحة الملف الأول إلى قيم انهيار تتجاوز بكثير تصنيف فئة عزل المحرك. لا تفشل المنعطفات على الفور، بل تفشل بسبب تآكل التفريغ الجزئي التدريجي, في نهاية المطاف تطوير دوائر قصيرة منعطف إلى آخر والتي تتسلسل إلى أخطاء أرضية. يمكن أن يكون وقت الفشل 50,000 ساعات بمعدل dV/dt معتدل أو أقل من 1,000 ساعات بسرعات تحويل قصوى مع كابل طويل يمتد بين العاكس والمحرك.

يعد اختبار جهد زيادة المحرك وتوصيف dV/dt من أدوات التحقق الوقائية التي تكتشف وضع الفشل هذا قبل شحن محرك الإنتاج إلى التطبيق الميداني.

الفيزياء وراء الأضرار المفاجئة في اللفات الحركية

• توزيع الجهد في الملفات ذات الجرح العشوائي: عندما تصل نبضة الجهد السريع إلى طرف المحرك, لا يتم توزيع الجهد بالتساوي عبر جميع المنعطفات في الملف. تشهد الدورة الأولى - عند نهاية خط الملف - ما يصل إلى 50-80% من سعة النبضة الكاملة في النانو ثانية الأولى, بينما المنعطفات الأخيرة لا ترى شيئًا تقريبًا. يعتمد هذا التوزيع غير المنتظم على نسبة السعة البينية إلى الحث من دورة إلى دورة - وهي معلمة هندسية متعرجة غير مرئية بشكل أساسي لأي اختبار عزل للتيار المستمر أو التردد المنخفض.
• بدء التفريغ الجزئي: بمجرد أن يتجاوز جهد الدوران إلى جهد بداية التفريغ الجزئي (PDIV), تبدأ الانهيارات الثلجية الإلكترونية في تآكل سطح العزل. لا يؤدي التفريغ الجزئي إلى تحطيم العزل على الفور، بل يؤدي إلى تفحيمه وتحلله تدريجيًا. عند كل حافة تبديل العاكس, حدوث حدث PD; في 20 تردد تبديل كيلو هرتز مع SiC, إنه 40,000 أحداث PD في الثانية.
• تضخيم انعكاس الكابل: كابل محرك طويل (زيادة 10 متر) بين العاكس والمحرك بمثابة خط نقل. يؤدي عدم تطابق المعاوقة عند أطراف إدخال المحرك إلى انعكاس النبض, مضاعفة جهد الذروة بشكل فعال عند أطراف المحرك مقارنة بجهد خرج العاكس. ظاهرة الانعكاس هذه هي السبب في أن المحركات ذات أنظمة العزل المتطابقة قد تفشل بسرعة في تركيبات الكابلات الطويلة ولكنها تبقى إلى أجل غير مسمى في تطبيقات الكابلات القصيرة.

عناصر الاختبار الأساسية لجهد زيادة المحرك واختبار dV/dt

1. اختبار تحمل الجهد الزائد (IEC 60034-18-41)

يطبق مولد اختبار الطفرة نبضات عالية الجهد — عادةً 1.2 μs وقت الصعود, 50 μs tail — بين المنعطفات المتجاورة أو بين أقسام الملف. يتم تحديد ذروة الجهد المطبق بواسطة IEC 60034-18-41 بناءً على الجهد المقنن للمحرك وفئة الموثوقية المستهدفة. لمحرك 690 فولت, مستوى الصمود القياسي للنوع الأول (غير مناسب لمحرك العاكس) يكون 1,300 ذروة V; النوع الثاني (العاكس مناسبة) يتطلب الصمود حتى 2,000 ذروة V لخمس نبضات متتالية مع عدم وجود وميض أو نشاط PD مفرط.

المقاييس الرئيسية: ذروة تحمل الجهد (V), عدد النبضات بدون وميض, الجهد عتبة ومضة بصرية (V), PDIV (V).

2. بداية التفريغ الجزئي وجهد الانقراض (PDIV / بدف)

يتم رفع جهد التيار المتردد ببطء من الصفر أثناء وجود كاشف PD (معايرة لكل IEC 60270) يراقب محطة الإدخال لنبضات الشحن. الجهد الذي تظهر عنده أحداث التفريغ القابلة للتكرار لأول مرة هو PDIV; الجهد الذي يتوقف عنده عن الانخفاض هو PDEV. للمحركات المخصصة للاستخدام مع محولات SiC على منصات 800V EV, PDIV أعلاه 1,600 V عند تردد الاختبار (عادة 50-200 هرتز) يوفر هامشا كافيا. إن PDIV حساس للغاية لضغط الهواء — تتطلب تطبيقات الفضاء الجوي قياس PDIV على الارتفاع (4 كيلو باسكال, يعادل 25 ارتفاع كم لكل IEC 60034-18-42).

المقاييس الرئيسية: PDIV (V), بدف (V), حجم شحن PD عند جهد التشغيل المقدر (كمبيوتر شخصي), PDIV عند ضغط منخفض إن أمكن (الخامس في 10 كيلو باسكال).

3. اختبار التحمل dV/dt

يتم تشغيل المحرك بواسطة نظام العاكس الفعلي (أو عاكس اختبار مبرمج لتكرار سرعة التبديل المستهدفة) عند الحمل المقدر لمدة ممتدة - عادةً ما بين 500 إلى 2000 ساعة اعتمادًا على فئة الاختبار. يتم قياس مقاومة العزل في البداية وعلى فترات زمنية محددة. يتم تسجيل مقاومة اللف للكشف عن تطور الدوران القصير. يتم إجراء الاختبار عند درجة حرارة مرتفعة (عادة 20 درجة مئوية أعلى من الحد الأقصى لفئة درجة الحرارة المقدرة) لتسريع آليات التدهور دون تغيير فيزياءها.

المقاييس الرئيسية: مقاومة العزل عند 0 ح, 250 ح, 500 ح (مΩ); تغيير مقاومة اللف (%); الوقت لمقاومة العزل أدناه 1 مΩ (معيار الفشل).

4. اختبار انعكاس طول الكابل

يتم توصيل أطراف المحرك بعاكس الاختبار من خلال أطوال الكابلات التمثيلية - عادةً 1 م (خط الأساس), 10 م, و 30 م - مع مقاومة الكابل المميزة المطابقة لكابل الإنتاج. يتم قياس ذروة الجهد عند أطراف المحرك باستخدام مسبار تفاضلي ذو نطاق ترددي عالٍ (≥100 ميغاهيرتز) عند كل طول كابل بينما يتحول العاكس عند معدل dV/dt. إن نسبة ذروة الجهد الطرفي إلى جهد خرج العاكس تعطي معامل الانعكاس - النتيجة المذكورة أعلاه 1.8 يشير إلى عدم تطابق مفرط يتطلب إنهاء الكابل, مرشح DV/DT, أو إعادة تصميم فئة تحمل ارتفاع المحرك.

المقاييس الرئيسية: ذروة الجهد الطرفي عند كل طول كابل (V), معامل الانعكاس, dV/dt في أطراف المحرك (كيلو فولت / ميكروثانية), سعة الجهد الوضع المشترك (V).

5. اختبار النبض منعطف إلى آخر لمراقبة جودة الإنتاج

في اختبار خط الإنتاج, يتم اختبار الملفات الفردية باستخدام مولد تدفق منخفض الطاقة (اختبار من نوع Ecotest) الذي يطبق دفعة 500-2000 فولت على ملف واحد أثناء مراقبة شكل موجة الانحلال التذبذبي. ينتج الملف ذو الدوران القصير منحنى تخميد مختلف بشكل مميز عن الملف السليم - يتغير تردد الرنين ويكون الانحلال أسرع. يتم تعيين حدود التحكم في العملية الإحصائية من قياسات خط الأساس للملف الجيد. يستغرق هذا الاختبار أقل من ثانية واحدة لكل ملف، وهو متوافق مع تكامل خط الإنتاج الآلي بالكامل.

المقاييس الرئيسية: انحراف تردد الرنين عن خط الأساس (%), معامل ارتباط الموجي مقابل المرجع, حساسية الكشف عن الدوران القصير (1 دورة قصيرة في إجمالي عدد الدورات N).

بناء استراتيجية عزل المحركات لتطبيقات SiC

لا يوجد اختبار واحد لجهد الارتفاع يحل محل جميع الاختبارات الأخرى. برنامج كامل لتأهيل العزل للمحرك المخصص للاستخدام مع محولات SiC: IEC 60034-18-41 زيادة الصمود للتأهيل الأساسي, اختبار PDIV لتأكيد الهامش على التشغيل الفعلي dV/dt, اختبار التحمل dV/dt للتحقق من مدى الحياة عند تردد التبديل المستهدف, والاختبار النبضي على كل وحدة إنتاج كبوابة لجودة التصنيع.

يجب أن يتعامل مقعد الاختبار مع نطاق الجهد الكامل - قياسات PDIV ذات الجهد المنخفض عند 100 V لارتفاع اختبارات الصمود في 3,000+ V - مع سرعات تبديل تصل إلى 10 كيلو فولت / ميكروثانية, ويجب تفريغ الطاقة المخزنة بأمان بين الاختبارات. أقفال أمان عالية الجهد, معايرة إلكترونيات الكشف عن PD, إن برنامج مقارنة الشكل الموجي الآلي هو المتطلبات الوظيفية التي تميز محطة اختبار الاندفاع القادرة على الإنتاج عن مولد النبضات المختبرية.

إذا كنت مؤهلاً لنظام لف المحرك للاستخدام مع محولات SiC, أو تحتاج إلى ترقية اختبار عزل خط الإنتاج الخاص بك من hipot التقليدي للتيار المتردد إلى اختبار القدرة على زيادة التيار, تحدث إلى فريقنا الهندسي حول تكوين الاختبار المناسب لفئة الجهد وحجم الإنتاج لديك.