風電變流器IGBT器件實時溫熱狀態(tài)無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】：絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）被廣泛應(yīng)用于在風力發(fā)電系統(tǒng)當中。大功率IGBT模塊身為核心器件，其失效故障極可能造成相關(guān)風機脫網(wǎng)，進一步還有可能給風力發(fā)電系統(tǒng)整體造成運行故障，情況嚴重還會引發(fā)停電事故，造成重大的經(jīng)濟損失。在包含大容量風力發(fā)電的電網(wǎng)中，其可靠性以及壽命預(yù)測關(guān)系到整個電網(wǎng)的穩(wěn)定。所以，IGBT模塊的可靠性問題尤為重要。 大量實驗數(shù)據(jù)表明，IGBT器件的失效與其結(jié)溫長期過高或溫度頻繁變化有著緊密聯(lián)系，通過對其熱模型分析模擬，可以通過其外封料表面特殊點的溫度來推測其內(nèi)部結(jié)溫。 目前，IGBT器件的溫度在線監(jiān)測工作在國內(nèi)外還沒有通用的標準產(chǎn)品，由于風機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件特殊，在不干擾既有內(nèi)部環(huán)境的條件下想要測得有參考價值的溫度數(shù)據(jù)還比較困難。 本課題設(shè)計開發(fā)了以無線傳輸方式采集和處理數(shù)據(jù)的IGBT實時溫熱狀態(tài)無線監(jiān)測裝置，選取內(nèi)嵌單片機的系統(tǒng)級無線收發(fā)芯片nRF9E5作為控制和無線收發(fā)器件，數(shù)字式溫度傳感器DS18B20作為測溫器件，對硬件電路進行模塊化設(shè)計，主要分為測溫模塊和接收模塊兩部分，文章詳細分析了電路模塊各器件使用特性和電路連接原理，完成了電路的硬件接口電路設(shè)計。 在軟件設(shè)計方面，利用Keil C語言對主控制器進行編程，完成了溫度數(shù)據(jù)采集、無線通信程序以及串口傳輸?shù)能浖O(shè)計。 本課題還進行了一系列實驗，檢查測溫系統(tǒng)的運行狀況并評估了其測溫準確度和靈敏度。通過實驗證明本系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠滿足測量需要。 該裝置硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計簡潔且整體功耗較低，便于維護且可靠性高，采用無線通訊傳輸測溫信號，徹底解決布線改線問題，因此能夠很好地適應(yīng)風機內(nèi)部IGBT器件的工作環(huán)境。 【關(guān)鍵詞】：風電變流器 IGBT 實時測溫 無線傳輸
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN322.8;TM614
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 IGBT 器件實時溫熱狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀及分析10-12
• 1.3 課題主要研究工作12-13
• 第二章 IGBT 器件實時溫熱狀態(tài)多點監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案13-25
• 2.1 系統(tǒng)的設(shè)計要求13-14
• 2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的確定14-15
• 2.3 溫度傳感器的確定15-18
• 2.3.1 溫度傳感器類型的確定15-16
• 2.3.2 數(shù)字式溫度傳感器的選擇16-18
• 2.4 無線芯片的選用18-22
• 2.4.1 無線通訊技術(shù)的選擇18-19
• 2.4.2 無線收發(fā)芯片的選取—nRF9E519-22
• 2.5 IGBT 多點無線測溫系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-25
• 第三章 IGBT 多點測溫系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計25-35
• 3.1 無線測溫發(fā)射模塊的硬件電路設(shè)計25-29
• 3.1.1 EEPROM 接口電路25-27
• 3.1.2 DS18B20 接口電路27-29
• 3.1.3 無線測溫發(fā)射模塊的整體電路29
• 3.2 無線測溫數(shù)據(jù)接收模塊的硬件電路設(shè)計29-33
• 3.2.1 串口通訊電路30-31
• 3.2.2 天線電路31-32
• 3.2.3 無線測溫接收模塊的整體電路32-33
• 3.3 本章小結(jié)33-35
• 第四章 IGBT 多點監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計35-49
• 4.1 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和整體軟件框圖35-36
• 4.1.1 單片機 C 語言及開發(fā)工具 Keil u Vision435
• 4.1.2 整體軟件框圖35-36
• 4.2 測溫模塊的程序設(shè)計36-46
• 4.2.1 DS18B20 的測溫原理36-37
• 4.2.2 DS18B20 的時序37-39
• 4.2.3 DS18B20 測溫指令39-40
• 4.2.4 DS18B20 的測溫程序40-43
• 4.2.5 無線發(fā)射程序43-46
• 4.3 接收模塊的程序設(shè)計46-48
• 4.3.1 無線接收程序46-47
• 4.3.2 串口通訊程序47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第五章 實驗調(diào)試與結(jié)果分析49-61
• 5.1 Keil C 下的 ISD 在線調(diào)試簡介49-51
• 5.2 系統(tǒng)實驗51-55
• 5.2.1 DS18B20 測溫程序的調(diào)試運行51-52
• 5.2.2 無線測溫系統(tǒng)實驗52-55
• 5.3 測量結(jié)果分析55-58
• 5.3.1 測溫準確度分析55-57
• 5.3.2 測溫靈敏度分析57-58
• 5.4 IGBT 測溫實驗58-61
• 第六章 結(jié)論61-63
• 6.1 結(jié)論61
• 6.2 展望61-63
• 參考文獻63-67
• 致謝67

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