电力电子技术课件3

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1、1-11.7 电力电子器件器件的保护电力电子器件器件的保护1-21.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因外因过电压：主要来自雷击和系统操作过程等外因操作过电压操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起：由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压雷击过电压：由雷击引起：由雷击引起内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关内因过电压：主要来自电力电子装置内部器件的开关过程过程换相过电压换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后，反向电流急剧减小，会由线路电感在在换相结束后，反向电流急剧减小

2、，会由线路电感在器件两端感应出过电压。器件两端感应出过电压。关断过电压关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。而由线路电感在器件两端感应出的过电压。电力电子装置可能的过电压电力电子装置可能的过电压外因过电压外因过电压和内因内因过电压过电压1-31.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护过电压保护措施过电压保护措施图1-34过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器R

3、C3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。其中其中RC3和和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。冲电路范畴。1-41.7.2 过电流保护过电流保护过电流过电流过载过载和和短路短路两种情况两种情况保护措施保护措施负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器交流断路器动作电流整定值短路器短路器电流检测电子保护电路电子保护电路快速熔断器快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理

4、性。同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分 区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。图1-37过电流保护措施及配置位置1-51.7.2 过电流保护过电流保护全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。装置或器件裕度较大的场合。短路保护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。短路保

5、护：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。器件，需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应最快节，响应最快。快熔对器件的保护方式：快熔对器件的保护方式：全保护全保护和和短路保护短路保护两种两种1-61.7.3 缓冲电路缓冲电路关断缓冲电路关断缓冲电路（du/dt抑制电路）抑制电路）吸收器件的关断过吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。，减小关断损耗。

6、开通缓冲电路开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制电路）抑制器件开通时的抑制器件开通时的电流过冲和电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗。，减小器件的开通损耗。复合缓冲电路复合缓冲电路关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类法：按能量的去向分类法：耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路和和馈能式缓冲电馈能式缓冲电路路（无损吸收电路）。（无损吸收电路）。通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做做di/dt抑制电路。抑制电路。缓冲电路缓冲电路(Snubber Circuit)：又称又称吸收电路吸收电路，抑

7、制器件的内因过电压、抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗。减小器件的开关损耗。1-7b)tuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiCu 缓冲电路作用分析缓冲电路作用分析图图1-38di/dt抑制电路和充放电型抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形缓冲电路及波形a)电路电路 b)波形波形V关断时：关断时：负载电流通过负载电流通过VDs向向Cs分流，减轻了分流，减轻了V的负担，抑制了的负担，抑制了du/dt和过电压。和过电压。V开通时：开通时：Cs通过通过Rs向向V放电，使放电，使iC先上一个台阶，以后因有先

8、上一个台阶，以后因有Li，iC上升速度减上升速度减慢。慢。1-8ADCB无缓冲电路有缓冲电路uCEiCO 图1-39关断时的负载线Cs作用：减缓作用：减缓duCE/dt；吸收尖峰；吸收尖峰；充电分流使开关管电流减小充电分流使开关管电流减小充放电型充放电型RCD缓冲电路，适用于中等容量的场合。缓冲电路，适用于中等容量的场合。1-91.7.3 缓冲电路缓冲电路其中RC缓冲电路主要用于小容量器件，而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。图1-40另外两种常用的缓冲电路 a)RC吸收电路 b）放电阻止型RCD吸收电路1-109.3电力电子器件器件的串联和并联使用电力电子器件器件的串联和并联使用1

9、-111.8.1 晶闸管的串联晶闸管的串联问题问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。动态不均压：由于器件动态参数和特性的差异造成的不均压。目的目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。1-121.8.1 晶闸管的串联晶闸管的串联静态均压措施静态均压措施：选用参数和特性尽量一致的器件。采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2图1-41晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施动态均压措施动态均

10、压措施：选择动态参数和特性尽量一致的器件。用RC并联支路作动态均压。采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间的差异。1-131.8.2 晶闸管的并联晶闸管的并联问题问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。均流措施均流措施：挑选特性参数尽量一致的器件。采用均流电抗器。用门极强脉冲触发也有助于动态均流。当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。目的目的：多个器件并联来承担较大的电流1-141.8.3电力电力MOSFET和和IGBT并联运行的特点并联运行的特点Ron具有正温度系数，具有电流自动均衡的能力，容易并联。注意选用Ron、UT、Gfs和Ciss尽量相近的器件

11、并联。电路走线和布局应尽量对称。可在源极电路中串入小电感,起到均流电抗器的作用。IGBT并联运行的特点并联运行的特点在1/2或1/3额定电流以下的区段，通态压降具有负负温度系数。在以上的区段则具有正正温度系数。并联使用时也具有电流的自动均衡能力，易于并联。电力电力MOSFET并联运行的特点并联运行的特点1-15 本章小结本章小结主要内容主要内容全面介绍各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等。集中讨论电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用。电力电子器件类型归纳电力电子器件类型归纳单极型：电力MOSFET和SIT双极型：电力二极管、晶闸管、GTO、GTR和SITH 复合型：

12、IGBT和MCT1-16图1-42电力电子器件分类“树”1-17 本章小结本章小结 特点特点：输入阻抗高，所需驱动功率小，驱动电路简单，工作频率高。电流驱动型电流驱动型：双极型器件中除SITH外 特点特点：具有电导调制效应，因而通态压降低，导通损耗小，但工作频率较低，所需驱动功率大,驱动电路较复杂。电压驱动型电压驱动型：单极型器件和复合型器件，双极型器件中的SITH1-18 本章小结本章小结 IGBT为主体，第四代产品，制造水平2.5kV/1.8kA，兆瓦以下首选。仍在不断发展，与IGCT等新器件激烈竞争，试图在兆瓦以上取代GTO。GTO：兆瓦以上首选，制造水平6kV/6kA。光控晶闸管光控晶闸管：功率更大场合，8kV/3.5kA，装置最高达300MVA，容量最大。电力电力MOSFET：长足进步，中小功率领域特别是低压，地位牢固。功率模块和功率集成电路功率模块和功率集成电路是现在电力电子发展的一个共同趋势。当前的格局当前的格局: