第五讲 电力电子器件概述、整流概述
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1、1.7 1.7 电力电子器件器件的保护电力电子器件器件的保护1.7.1 1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护1.7.2 1.7.2 过电流的产生及过电流保护过电流的产生及过电流保护1.7.3 1.7.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit）返回1.7.1 1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护 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和内因过电压外因过电压外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因 (1) 操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 (2) 雷击过电压：由雷击引起内因过
2、电压内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 (1) 换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压 (2) 关断过电压：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返回1.7.1 1.7.1 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
3、RV压敏电阻过电压抑制器RC3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S图1-34FRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC1.7.1 1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式见图1-35RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧1.7.1 1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产
4、生及过电压保护+-+-a)b)网侧阀侧直流侧图1 -35CaRaCaRaCdcRdcCdcRdcCaRaCaRa图1-35RC过电压抑制电路联结方式a)单相b)三相1.7.1 1.7.1 过电压的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护大容量电力电子装置可采用图1-36所示的反向阻断式RC电路图1-36反向阻断式过电压抑制用RC电路保护电路参数计算可参考相关工程手册其他措施：用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件限制或吸收过电压电力电子装置过电压抑制电路图1-36C1R1R2C21.7.2 1.7.2 过电流的产生及过电流保护过电流的产生及过电流保护 过电流
5、过载和短路两种情况 常用措施（图1-37）图1-37过电流保护措施及配置位置负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器 变流器直流快速断路器电流互感器变压器图1 -37返回1.7.2 1.7.2 过电流的产生及过电流保护过电流的产生及过电流保护 快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 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1.7.2 1.7.2 过电流的产生及过电流保护过电流的产生及过电流保护快速熔断
6、器快速熔断器电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施选择快熔时应考虑：(1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定(3)快熔的I 2t值应小于被保护器件的允许I 2t值(4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性1.7.2 1.7.2 过电流的产生及过电流保护过电流的产生及过电流保护 快熔对器件的保护方式：快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种 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 短路保护方式：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
7、全控型器件（很难用快熔保护），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节，响应最快 1.7.3 1.7.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 缓冲电路缓冲电路（吸收电路）：吸收电路）：抑制器件的内因过电压、du/dt、过电流和di/dt，减小器件的开关损耗 关断缓冲电路（du/dt抑制电路）吸收器件的关断过电压和换相过电压，抑制du/dt，减小关断损耗 开通缓冲电路（di/dt抑制电路）抑制器件开通时的电流过冲和di/dt，减小器件的开通损耗 将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起复合缓冲电路 其他分类法：耗能式
8、缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路） 通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路返回1.7.3 1.7.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit）缓冲电路作用分析缓冲电路作用分析1.无缓冲电路：V开通时电流迅速上升，di/dt很大关断时du/dt很大，并出现很高的过电压2.有缓冲电路V开通时：Cs通过Rs向V放电，使iC先上一个台阶，以后因有Li，iC上升速度减慢V关断时：负载电流通过VDs向Cs分流，减轻了V的负担，抑制了du/dt和过电压a)b)图1-38RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDst
9、uCEiCOdidt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uCEiC图1-38di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形1,7.3 1,7.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 关断时的负载曲线关断时的负载曲线无缓冲电路时：uCE迅速升，L感应电压使VD通，负载线从A移到B，之后iC才下降到漏电流的大小，负载线随之移到C有缓冲电路时：Cs分流使iC在uCE开始上升时就下降，负载线经过D到达C负载线ADC安全，且经过的都是小电流或小电压区域，关断损耗大大降低ADCB无缓冲电路有缓冲电路图1-39uCE
10、iCO图1-39关断时的负载线 1.7.3 1.7.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 充放电型RCD缓冲电路（图1-38），适用于中等容量的场合 图1-40示出另两种，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L缓冲电路L缓冲电路负载负载a)b)图1-40EdRsCsEdRsCsVDs1.7.3 1.7.3 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit） 缓冲电路中的元件选取及其他注意事项缓
11、冲电路中的元件选取及其他注意事项 Cs和Rs的取值可实验确定或参考工程手册 VDs必须选用快恢复二极管，额定电流不小于主电路器件的1/10 尽量减小线路电感，且选用内部电感小的吸收电容 中小容量场合，若线路电感较小，可只在直流侧设一个du/dt抑制电路 对IGBT甚至可以仅并联一个吸收电容 晶闸管在实用中一般只承受换相过电压，没有关断过电压，关断时也没有较大的du/dt，一般采用RC吸收电路即可1.8 1.8 电力电子器件器件的串电力电子器件器件的串联和并联使用联和并联使用1.8.1 1.8.1 晶闸管的串联晶闸管的串联1.8.2 1.8.2 晶闸管的并联晶闸管的并联1.8.3 1.8.3 电
