[发明专利]一种地铁车辆牵引传动系统IGBT模块寿命预测方法

说明书

本发明涉及一种电力电子可靠性领域，特别涉及一种地铁车辆牵引传动系统IGBT模块寿命预测方法，包括包括以下步骤：步骤一、根据地铁车辆牵引级位/制动级位和电机转速n建立牵引传动系统IGBT损耗估计模型；步骤二、基于Foster等效热网络模型和IGBT损耗建立牵引传动系统IGBT结温估计模型；步骤三、基于雨流计数法和Miner线性损伤累积理论建立牵引传动系统IGBT寿命预测模型，根据地铁车辆实际的牵引级位/制动级位和电机转速n，通过查表法得到IGBT的损耗来对IGBT模块的寿命进行预测，能够有效计算得到IGBT模块累积损伤度以及预测该模块寿命，从而能够对其作出损伤预警，有效预防故障的发生，降低安全风险，减少经济损失。

技术领域

本发明涉及一种电力电子可靠性领域，特别涉及一种地铁车辆牵引传动系统IGBT模块寿命预测方法。

背景技术

随着城市轨道交通运营里程的增加，车辆上的部件发生故障的概率也变得越来越大，而且由于城轨车辆上设备间的集成度较高，当某个部件发生故障后，很可能引起较大的连锁反应，这会严重威胁到列车的运行安全。牵引传动系统是地铁车辆的关键子系统，并且其主要功能都是由电力电子系统组成。在电力电子系统中，IGBT是最容易受损的器件之一。然而现目前，没有技术是针对地铁车辆牵引传动系统IGBT模块寿命进行预测的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地铁车辆牵引传动系统IGBT模块寿命预测方法，基于地铁车辆牵引级位/制动级位和电机转速n估计IGBT损耗的方法，从而进行IGBT模块的寿命预测。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种地铁车辆牵引传动系统IGBT模块寿命预测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据地铁车辆牵引级位/制动级位和电机转速n建立牵引传动系统IGBT损耗估计模型；

步骤二、基于Foster等效热网络模型和IGBT损耗建立牵引传动系统IGBT结温估计模型；

步骤三、基于雨流计数法和Miner线性损伤累积理论建立牵引传动系统IGBT寿命预测模型。

进一步的，所述步骤一牵引传动系统IGBT损耗估计模型函数是根据IGBT在开关和导通状态下的损耗得出的，其中IGBT的开关状态消耗的能量主要与电机转速、集电极电流、IGBT结温等因素相关，其函数模型为：

P_sw＝f(n,I_C,T_j)

其中，n为电机转速，I_C为集电极电流，T_j为IGBT结温；

IGBT的导通损耗是集电极电流和IGBT结温的函数，其函数模型为：

P_cond＝f(I_C,T_j)

其中，I_C为集电极电流、T_j为IGBT结温；

IGBT的损耗是电机转速、集电极电流和IGBT结温的函数，而集电极电流是牵引/制动级位和速度的函数，所以IGBT的损耗是牵引/制动级位、电机转速和IGBT结温的函数，其模型为：

P＝f(级位,n,T_j)

其中，级位是牵引/制动级位、n为电机转速、T_j为IGBT结温；

再由某一特定牵引/制动级位、电机转速和IGBT结温之下，推导出IGBT的损耗功率，其函数模型为：

其中，P为IGBT的损耗，T为定子电流基波周期，u为IGBT集电极发射极电压，i为IGBT集电极电流。