電力電子技術(shù)第6章

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,*,第,6,章,,電力電子技術(shù)應(yīng)用中的一些問題,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,主要內(nèi)容：,,,變換器的保護電路，保護電路包括過壓保護、過流保護和電壓上升率、電流上升率的限制。,,電力電子器件散熱器的設(shè)計，散熱器的熱傳導(dǎo)原理和選擇散熱器的方法。,,負(fù)載諧振變換器、諧振式開關(guān)變換器、諧振式直流耦合變換器、高頻耦合半周合成變換器。零電壓/零電流諧振變換器的工作原理。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6.1,變換器的保護,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6.1.1,過

2、壓保護,,1.,引起過壓的原因,,,操作過電壓：由拉閘、合閘、快速直流開關(guān)的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。,,浪涌過壓：由雷擊等偶然原因引起，從電網(wǎng)進入變換器的過壓。,,電力電子器件關(guān)斷過電壓：電力電子器件關(guān)斷時產(chǎn)生的過壓。,,在電力電子變換器-電動機調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機回饋制動造成直流側(cè)直流電壓過高產(chǎn)生的過壓。也稱為泵升電壓。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,2.,過壓保護方法,,,過壓保護的基本原則是：根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的附加電路，當(dāng)達到—定過壓值時，自動開通附加電路，使過壓通過附加電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關(guān)器件上

3、，保護了電力電子器件。保護電路形式很多，也很復(fù)雜。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖6-1 過壓保護方法的原理圖,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,(1) 雷擊過壓可在變壓器初級接避雷器加以保護。,,,(2) 二次電壓很高或電壓比很大的變壓器，一次側(cè)合閘時，由于一次、二次繞組間存在分布電容，高電壓可通過分布電容耦合到二次側(cè)而出現(xiàn)瞬時過壓?？刹扇∽儔浩鞲郊悠帘螌咏拥鼗蜃儔浩餍切沃悬c通過電容接地的方法來減小。,,,(3) 泵升電壓保護,當(dāng)電動機回饋制動時，電動機的動能轉(zhuǎn)換成電能回饋到直流側(cè)，引起直流側(cè)電壓升高，當(dāng)電壓升高到一定值時，會造成變換器的過電壓。通常采用開關(guān)電路將能量消耗在電阻上。,,

4、,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,（4）阻容保護電路,,,將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。,,與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩。,,RC,阻容保護電路可以設(shè)置在變換器裝置的交流側(cè)、直流側(cè)。也可將,RC,保護電路直接并在主電路的元件上，有效地抑制元件關(guān)斷時的關(guān)斷過壓，其接法如圖6-2所示。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖6-2 幾種,RC,阻容保護電路的接法,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,在單相變壓器次級繞組邊加入的并聯(lián)阻容保護電路如圖6-2(,a),所示，其,R,、,C,的

5、計算公式為,,,(6-1),,,(6-2),,式中,S,—變壓器每相平均計算容量，單位為,VA,,U,2,—變比器二次側(cè)相電壓有效值，單位為,V,,,i,o,％—變壓器勵磁電流百分值，10～1000,KVA,的變壓器其值為4～10,,,u,k,％—變壓器的短路電壓百分值，10～1000,KVA,的變壓器其值為5～10,,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,電容,C,的交流耐壓≥1.5,U,C,，,U,C,為正常工作時阻容兩端交流電壓有效值。電阻,R,的功率,P,R,的計算可根據(jù)以下經(jīng)驗公式估算：,,(6-3),,,(6-4),,式中,U,C,—正常工作時阻容兩端交流電壓有效值,,,I,C,—正常

6、工作時阻容兩端交流電流有效值,,,對圖6-2(b)所示的三相電路，變壓器二次繞組和阻容保護電路均采用,Y,形聯(lián)接的方法，它的,R,、,C,計算公式可直接引用單相時的計算式。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖6-2(c)所示的三相電路、變壓器二次側(cè)為,Y,聯(lián)結(jié)，而阻容保護電路為,Δ,形聯(lián)接。對此，可首先按式(6-l)和式(6-2)計算出Y形聯(lián)接時的阻容值,R,、,C,，然后進行,Y,、,Δ,聯(lián)接變換，求得,Δ,聯(lián)接時相應(yīng)的阻容值，即,,,(6-5),,(6-6),,,對于大容量的變換器，三相阻容保護裝置可采用圖6-2(d)所示的三相整流式阻容保護電路。雖然多用了一個三相整流橋，但只需一個電容

7、，而且由于只承受直流電壓，故可采用體積小、容量大的電解電容。再者還可以避免變換器中的電力電子器件導(dǎo)通瞬間因保護電路的電容放電電流所引起的過大的,d,i,/d,t,。,R,C,的作用是吸收電容上的過電壓能量。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,如圖6-2(e)所示，阻容保護接在交流裝置的直流側(cè)，可以抑制因熔斷器或直流快速開關(guān)斷開時造成的直流側(cè)過壓，其阻容值可按以下經(jīng)驗公式估算,,,(6-7),,,(6-8),,,式中,k,=1.5，,U,d,是,直流端電壓。,,電容器耐壓,U,C,>1.6,U,d,，,,電阻功率是,,(6-9),,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,(5) 非線性電阻保護。,,,,

8、非線性電阻具有近似穩(wěn)壓管的伏安特性，可把浪涌電壓限制在電力電子器件允許的電壓范圍?，F(xiàn)在常采用壓敏電阻實現(xiàn)過壓保護。,,壓敏電阻是一種金屬氧化物的非線性電阻，它具有正、反兩個方向相同但很陡的伏安特性。,,正常工作時漏電流很小(微安級)，故損耗小。當(dāng)過壓時，可通過高達數(shù)千安的放電電流,I,Y,，因此抑制過壓的能力強。此外，它對浪涌電壓反應(yīng)快，而且體積小，是一種較好的過壓保護器件。,,它的主要缺點是持續(xù)平均功率很小，如正常工作電壓超過它的額定值，則在很短時間內(nèi)就會燒毀。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖6-3 壓敏電阻的伏安特性,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,由于壓敏電阻的正、反向特性對稱，

9、因此單相電路只需一個，三相電路用3個，聯(lián)接成,Y,形或,Δ,形,,,,,,,,,,圖6-4 壓敏電阻保護的接法,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,壓敏電阻的主要參數(shù)：,,,① 額定電壓,U,1mA,指漏電流為1,mA,時的電壓值。,,② 殘壓比,U,Y,／,U,1mA,,U,Y,為放電電流達規(guī)定值,I,Y,時的電壓。,,③ 允許的通流容量 指在規(guī)定的波形下(沖擊電流前沿10μs，持續(xù)時間20μs)允許通過的浪涌電流。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,壓敏電阻選用方法：,,,① 額定電壓為,,,,(,壓敏電阻承受工作電壓的峰值,) (6-10),,,②

10、,U,y,值由被保護元件的耐壓值決定。,,③ 通流容量應(yīng)大于實際的浪誦電流。但實際浪涌電流很難計算，故一般當(dāng)變壓器容量大、距外線路近、無避雷器時應(yīng)盡可能取大值。壓敏電阻在二極管整流設(shè)備上可代替全部的阻容保護，在晶間管可控整流器上可代替交流側(cè)、直流側(cè)的阻容保護?？偟膩碚f，壓敏電阻只能用作過壓保護，不能作,d,u,/,d,t,保護。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6.1.2,過流保護,1.,引起過,流,的原因,,,當(dāng)電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起變換器內(nèi)元件的電

11、流超過正常工作電流，即出現(xiàn)過流。由于電力電子器件的電流過載能力比一般電氣設(shè)備差得多，因此，必須對變換器進行適當(dāng)?shù)倪^流保護。變換器的過流一般主要分為兩類：過載過流和短路過流。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,2.,過,流,保護的方法,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,(1) 交流進線電抗器(圖中的,L,)，或采用漏抗大的整流變壓器，利用電抗限制短路電流。但正常工作時有較大的交流壓降。,,(2) 電流檢測裝置(圖中的B)。過流時發(fā)出信號，過流信號一方面可以封鎖觸發(fā)電路，使變換器的故障電流迅速下降至零，從而有效抑制了電流。另一方面控制過電繼電器，使交流接觸器觸點

12、跳開，切斷電源。但過流繼電器和交流接觸器動作都需一定時間(100～200ms)。故只有電流不大的情況這種保護才能奏效。,,(3) 直流快速開關(guān)(圖中的,Q,DCF,)。對于大、中容量變換器，快速熔斷器的價格高且更換不方便。為避免過流時燒斷快速熔斷器，采用動作時間只2ms的直流快速開關(guān)，它可先于快速熔斷器動作而保護電力電子器件。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,(4) 快速熔斷器(圖中的,FUF,),,,快速熔斷器是防止變換器過流損壞的最后一道防線。在晶閘管變換器中，快速熔斷器是應(yīng)用最普遍的過流保護措施，可用于交流側(cè)、直流側(cè)和裝置主電路中。其中交流側(cè)接快速熔斷器能對晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起

13、保護作用，但要求正常工作時，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對元件的短路故障所起的保護作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對負(fù)載短路起保護作用，對元件無保護作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對元件的保護作用最好，因為它們流過同—個電流．因而被廣泛使用。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖6-6 快速熔斷器在電路中的接法,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,與晶閘管串聯(lián)的快速熔斷器的選用原則：,,,① 快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓有效值。,,② 快速熔斷器熔體的額定電流,I,KR,是指電流有效值，晶閘管額定電流是指通態(tài)電流平均值。選用時要求,,(6-11),,,式中,I,

14、T(AV),—晶閘管通態(tài)電流平均值,,I,KR,—快速熔斷器的熔體額定電流,,I,T,—流過晶閘管的電流有效值,,③ 熔斷器(安裝熔體的外殼)的額定電流應(yīng)大于或等于熔體額定電流值。,,值得指出的是，一般裝置中多采用過流信號控制觸發(fā)脈沖的方法抑制過流，再配合采用快熔，使快熔作為過流保護的最后措施。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,1.,電壓上升率,d,u,／,d,t,的限制,,,(1),,產(chǎn)生電壓上升率d,u,／d,t,的原因,,,由電網(wǎng)侵入的過電壓。,,由于電力電子器件換相時產(chǎn)生的d,u,／d,t,,,(2) 電壓上升率d,u,／d,t,的限制方法,,,阻容保護線路同串接的電感一起在出現(xiàn)電壓

15、突變時，能起到限制電壓上升率,d,u,/,d,t,的作用。,,變換器交流側(cè)如有整流變壓器和阻容保護電路，則變壓器漏感和阻容電路同樣能起到衰減侵入過電壓，減小過電壓上升率的作用。,,在無整流變壓器的變換器中，則應(yīng)在電源輸入端串入交流進線電感,L,T,，配合阻容吸收裝置對,d,u,/,d,t,進行抑制。,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,2.,電流上升率,d,i,／,d,t,的限制,,,變換器中產(chǎn)生過大的,d,i,／,d,t,的原因,,電力電子器件從阻斷到導(dǎo)通的電流增長過快。,,交流側(cè)電抗小或交、直流側(cè)阻容吸收裝置電容量太大，當(dāng)電力電子器件導(dǎo)通時，流過過大的附加電容的充、放電電流。,,與電力電子器件并聯(lián)的緩沖保護電路在晶閘管開通時的放電電流。,,,上述的電力電子器件橋臂串聯(lián)的電感,L,k,和交流進線側(cè)的串聯(lián)進線電感,L,T,(或整流變壓器的漏感)都能同時起到限制,d,i,／,d,t,的作用。在交流側(cè)采用圖6-2(d)所示的整流式阻容保護，使電容放電電流不經(jīng)過導(dǎo)通時的電力電子器件，亦能減小管子開通時的電流上升率。,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6.2.4,散熱器,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,小,,結(jié),,了解和掌握不同保護的工作原理和應(yīng)用場合；,,保護電路在變換器中的位置和作用；,,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,