一种基于ANSYS的多并联IGBT均流结构的性能提升方法

本发明涉及igbt并联均流，具体为一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法。

背景技术：

1、随着现代电力电子产业的迅速发展，大功率电能变换系统对电流容量的需求日益提升，当单个主开关器件的容量不满足功率要求的时候，通常采用多个igbt模块并联的方式来提高系统的电流、功率等级。

2、由于igbt并联各支路阻抗不一致导致支路电流存在差异，且外部电路母线的杂散电感过高会产生很高的浪涌电压，这会对igbt及整个电路造成非常严重的损坏，为降低主回路母线的支路阻抗差异以及杂散电感差异，实际应用中通常采用低阻抗、低电感、可靠性高的层叠母排作为连接部件，从而降低外部电路母线的杂散电感，以保证igbt模块的正常使用。

3、目前，国内外对层叠母排外部连接结构的进一步均流研究较少，由于层叠母排的各支路阻抗以及杂散电感仍存在一定差异，所以导致各支路电流不均衡，并且无法根据实际中测量到的各支路电流差异而灵活的调整各支路阻抗，从而降低了层叠母排的均流效果，影响igbt模块的正常使用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，解决以下技术问题：

2、如何灵活的调整各支路阻抗提高层叠母排的均流效果。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，所述多并联igbt均流结构包括外壳，所述外壳内固定连接有三组igbt模块，所述外壳顶部且位于三组igbt模块一侧固定连接有层叠母排，每个所述igbt模块顶部输出端均固定连接有igbt侧l型排，所述层叠母排靠近三组igbt模块的一侧固定连接有多组母排侧l型排，所述母排侧l型排与层叠母排电性连接，所述母排侧l型排与igbt侧l型排一一对应，每个所述母排侧l型排与igbt侧l型排之间均滑动连接有可滑动连接排，所述可滑动连接排内设置有固定组件，所述固定组件用于固定可滑动连接排，每个所述igbt模块外壁均设置有ansys通信模块，所述ansys通信模块内设置有数据采集模块与数据记录模块，所述ansys通信模块与外部管理端电性连接，所述管理端用于根据数据采集模块与数据记录模块采集的数据进行分析，并根据分析结果调整可滑动连接排的位置；

5、所述性能提升方法包括：

6、s1：通过管理端根据数据记录模块所记录的数据，计算一段时间内任意一次监测时的各个支路的用电风险值；

7、s2：通过管理端根据计算结果建立一段时间内各个支路的用电风险值变化曲线，并求得累计变化量；

8、s3：通过管理端将各个支路的用电风险值的累计变化量与预设的变化量阈值进行分析比对，并根据比对结果判断是否需要进行均流，若为是，进行步骤s4，否则，不做调整；

9、s4：通过管理端根据分析结果调整可滑动连接排的位置，改变支路阻抗进行均流；

10、s5：将优化后的各支路用电风险值变化曲线与预设的各支路用电风险值变化曲线进行比对，若均流效果不佳，则回到步骤s1。

11、进一步的，所述s1中计算一段时间内任意一次监测时的各个支路的用电风险值的过程包括：

12、通过公式计算获得一段时间内第a次监测时的第i个支路的用电风险值；

13、其中，为获得一段时间内第a次监测时的第i个支路的电流值，为预设的电流值，为的标准值，为一段时间内第a次监测时的第i个支路的杂散电感值，为预设的杂散电感值，为的标准值，为定义函数，若，则令，若，则令，与2为权重系数。

14、进一步的，所述s2中求得累计变化量的过程包括：

15、通过对一段时间内第a次监测时的第i个支路的用电风险值数据进行记录，并分别建立一段时间内各个支路的用电风险值变化曲线；

16、并通过公式计算获得一段时间内各个支路的用电风险值的变化量；

17、其中，为比例系数，根据经验数据拟合设定，为所有中的最大值，为所有中的最小值。

18、进一步的，所述s3中的分析比对过程包括：

19、通过将一段时间内任一支路的用电风险值的变化量与预设的变化量阈值进行比对；

20、若，判断一段时间内该支路的用电风险高，需要及时通过改变支路阻抗进行均流，避免电流与杂散电感导致出现浪涌电流，使各支路电感趋向一致；

21、若，判断一段时间内该支路的用电风险低，各支路电感趋向一致，不需要通过改变支路阻抗进行均流。

22、进一步的，所述s4中改变支路阻抗进行均流的过程包括：

23、通过公式计算获得调整后的可滑动连接排与igbt模块之间的距离；

24、其中，为初始状态下可滑动连接排与igbt模块之间的距离，为调整系数对照表函数，因根据经验数据中数值的取值范围对可滑动连接排与igbt模块之间的距离的影响程度基于测试数据获得，为误差影响系数。

25、进一步的，所述多并联igbt均流结构还包括固定连接在三组igbt模块顶部的igbt驱动模块，三组所述igbt模块顶部分别设置有交流a相、交流b相以及交流c相，所述外壳内且位于层叠母排底部固定连接有多组风扇，所述外壳外壁远离层叠母排的一侧开设有多组散热孔，所述外壳内且位于层叠母排底部固定连接有多组直流侧电容，多组所述直流侧电容与层叠母排电性连接。

26、进一步的，所述层叠母排由三组绝缘层、一组直流正极层与一组直流负极层组成，三组所述绝缘层分别设置于第一层、第三层以及第五层，所述直流正极层设置于第一层绝缘层与第三层绝缘层之间，所述直流负极层设置于第三层绝缘层与第五层绝缘层之间，所述直流正极层一端设置有直流正极端，所述直流负极层一端设置有直流负极端。

27、进一步的，所述固定组件包括螺纹连接在可滑动连接排侧壁的螺栓，所述每个所述母排测l型排靠近可滑动连接排一侧的外壁均开设有螺纹凹槽，所述螺纹凹槽与螺栓一一对应，所述螺纹凹槽与螺栓大小相适配。

28、本发明的有益效果：

29、（1）本发明通过管理端建立一段时间内各个支路的用电风险值变化曲线，并求得累计变化量，之后通过管理端将各个支路的用电风险值的累计变化量与预设的变化量阈值进行分析比对，可以对各支路电流以及杂散电感与标准值存在的差异进行分析，并根据分析结果及时通过调整可滑动连接排的位置，从而实现灵活的调整各支路阻抗来进行均流，提高了层叠母排的均流效果，进而保证igbt模块的正常使用。

30、（2）通过管理端根据分析结果调整可滑动连接排的位置，改变支路阻抗进行均流，并监测优化后一段时间内各个支路的用电风险值并建立各个支路的用电风险值变化曲线，之后与预设的各支路用电风险值变化曲线进行比对，从而对优化后的各个支路的用电风险值变化曲线的优化情况进行判断，并在判断优化效果较差时重新进行调整，直至各个支路的用电风险值变化曲线达到最佳。

31、（3）本发明通过将一段时间内任一支路的用电风险值的变化量与预设的变化量阈值进行比对，可以对一段时间内不同支路用电风险的高低进行判断，需要及时通过改变支路阻抗进行均流，避免电流与杂散电感导致出现浪涌电流的情况，通过如此设置，可以实现活的调整各支路阻抗，并提高层叠母排的均流效果。

32、（4）本发明通过结合各个支路的用电风险值的变化量，可以对调整后的可滑动连接排与igbt模块之间的距离做出准确的计算，并在计算完成后，根据计算结果及时调整可滑动连接排的位置，从而改变支路阻抗，用来对在长时间运行时igbt各个模块退化不一致时进行补偿，并且可以根据各支路用电风险值调节支路结构进行均流，与传统并联结构相比具有各支路结构可调的优点，使电路运行更加稳定、器件寿命更长。

技术特征：

1.一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述多并联igbt均流结构包括外壳（1），所述外壳（1）内固定连接有三组igbt模块（2），所述外壳（1）顶部且位于三组igbt模块（2）一侧固定连接有层叠母排（3），每个所述igbt模块（2）顶部输出端均固定连接有igbt侧l型排（9），所述层叠母排（3）靠近三组igbt模块（2）的一侧固定连接有多组母排侧l型排（8），所述母排侧l型排（8）与层叠母排（3）电性连接，所述母排侧l型排（8）与igbt侧l型排（9）一一对应，每个所述母排侧l型排（8）与igbt侧l型排（9）之间均滑动连接有可滑动连接排（10），所述可滑动连接排（10）内设置有固定组件，所述固定组件用于固定可滑动连接排（10），每个所述igbt模块（2）外壁均设置有ansys通信模块，所述ansys通信模块内设置有数据采集模块与数据记录模块，所述ansys通信模块与外部管理端电性连接，所述管理端用于根据数据采集模块与数据记录模块采集的数据进行分析，并根据分析结果调整可滑动连接排（10）的位置；

2.根据权利要求1所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述s1中计算一段时间内任意一次监测时的各个支路的用电风险值的过程包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述s2中求得累计变化量的过程包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述s3中的分析比对过程包括：

5.根据权利要求4所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述s4中改变支路阻抗进行均流的过程包括：

6.根据权利要求1所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述多并联igbt均流结构还包括固定连接在三组igbt模块（2）顶部的igbt驱动模块（7），三组所述igbt模块（2）顶部分别设置有交流a相（13）、交流b相（14）以及交流c相（15），所述外壳（1）内且位于层叠母排（3）底部固定连接有多组风扇（4），所述外壳（1）外壁远离层叠母排（3）的一侧开设有多组散热孔（5），所述外壳（1）内且位于层叠母排（3）底部固定连接有多组直流侧电容（6），多组所述直流侧电容（6）与层叠母排（3）电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述层叠母排（3）由三组绝缘层（18）、一组直流正极层（16）与一组直流负极层（17）组成，三组所述绝缘层（18）分别设置于第一层、第三层以及第五层，所述直流正极层（16）设置于第一层绝缘层（18）与第三层绝缘层（18）之间，所述直流负极层（17）设置于第三层绝缘层（18）与第五层绝缘层（18）之间，所述直流正极层（16）一端设置有直流正极端（11），所述直流负极层（17）一端设置有直流负极端（12）。

8.根据权利要求7所述的一种基于ansys的多并联igbt均流结构的性能提升方法，其特征在于，所述固定组件包括螺纹连接在可滑动连接排（10）侧壁的螺栓（20），所述每个所述母排测l型排靠近可滑动连接排（10）一侧的外壁均开设有螺纹凹槽（19），所述螺纹凹槽（19）与螺栓（20）一一对应，所述螺纹凹槽（19）与螺栓（20）大小相适配。

技术总结
本发明涉及IGBT并联均流技术领域，具体公开了一种基于ANSYS的多并联IGBT均流结构的性能提升方法，所述多并联IGBT均流结构包括外壳，所述外壳内固定连接有三组IGBT模块，所述外壳顶部且位于三组IGBT模块一侧固定连接有层叠母排，每个所述IGBT模块顶部输出端均固定连接有IGBT侧L型排，通过管理端建立一段时间内各个支路的用电风险值变化曲线，并求得累计变化量，之后通过管理端将各个支路的用电风险值的累计变化量与预设的变化量阈值进行分析比对，可以对各支路电流以及杂散电感与标准值存在的差异进行分析，并根据分析结果及时通过调整可滑动连接排的位置，从而实现灵活的调整各支路阻抗来进行均流，提高了层叠母排的均流效果，进而保证IGBT模块的正常使用。

技术研发人员：纪平,绍兴星,王重马,张胜,许涛,殷创业,孙名钊,巩敬雅,胡星
受保护的技术使用者：合肥大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23