Page 116 - 《振动工程学报》2025年第11期

2574 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

−3 5
×10
8
100 V
125 A 150 V
99 A 4
200 V
6 74 A 250 V
50 A 3 300 V
26 A
幅值 / V 4 能量 / (V 2 ·s) 2

2 1

0
0 0 50 100 150
0 50 100 150 200
电流 / A
频率 / kHz
图 9 不同电压等级下的自激电磁振动信号能量随关断电流

图 7 不同关断电流下的自激电磁振动信号频谱
的变化曲线
Fig. 7 Frequency spectra of SEMV signals under different
Fig. 9 Variation curves of SEMV signal energy versus turn-off
turn-off currents
current under different voltage levels

2.5 生过栅压故障时，压电薄膜信号 50 kHz 以下的频段
试验数据 急剧增大。图 12 为过栅压故障前后的信号能量的
拟合曲线
2.0
0.05 0 20 V(正常)
能量 / (V 2 ·s) 1.5 电压 / V −0.05 40 V(正常)
0.05
电压 / V 0
1.0
0.5 −0.05
0.05 60 V(正常)
电压 / V 0
0
0 50 100 150 −0.05
电流 / A 0.1
85 V(故障)
电压 / V 0
图 8 自激电磁振动信号能量与关断电流二次拟合曲线
Fig. 8 Quadratic fitting curve of SEMV signal energy versus
−0.1
turn-off current 0 1 2 3 4
时间 / ms

电磁振动信号的影响，在不同电压等级下重复试验 图 10 不同栅极电压下的自激电磁振动信号时域波形
并 绘 制 信 号 能 量 随 关 断 电 流 的 变 化 曲 线 如图 9 所 Fig. 10 Time-domain waveforms of SEMV signals under
示。结果表明，在相同电流条件下，信号能量随母线 different gate voltages
电压的增大而增加；在相同电压条件下，信号能量随
0.014
关断电流的增大而单调上升。这一规律说明，关断 20 V (正常)
0.012
过程中的能量释放强度受电压和电流的双重影响， 40 V (正常)
60 V (正常)
且两者在应力波激励中呈叠加效应。 0.010 85 V (故障)
为实现对 IGBT 器件的状态监测与故障诊断，仅 0.008
分析正常工况下的信号特性仍不充分，因此本文进 幅值 / V 0.006
一步对器件在过栅压故障状态下的自激电磁振动信
0.004
号进行了对比分析。保持母线电压为 200 V，负载电
感为 200 μH，开通脉宽为 100 μs，通过改变栅极电压 0.002
探究过栅压故障下的 IGBT 压电薄膜信号。图 10 为 0
0 50 100 150 200
不同栅极电压下的压电薄膜信号时域波形，在未发 频率 / kHz

生故障前，随着栅极电压的增大，压电薄膜信号波形 图 11 不同栅极电压下的自激电磁振动信号频谱
几乎不变，当 IGBT 发生过栅压故障时，信号急剧增 Fig. 11 Frequency spectra of SEMV signals under different
大，且信号持续时间变长。图 11 为对应的频谱，发 gate voltages