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(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí), 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(hù)電路，保護(hù)電路包括過壓保護(hù)、過流保護(hù)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(jì)，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(hù), 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6.1.1,過壓保護(hù),1.,引起過壓的原因,操作過電壓：由

2、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(jìn)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(shí)產(chǎn)生的過壓。,在電力電子變換器-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)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(hù)方法,過壓保護(hù)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(dá)到定過壓值時(shí)，自動(dòng)開通附加電路，使過壓通過附加電路形成通路，消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。保護(hù)電路形式很多，也很復(fù)雜。, 電子發(fā)燒友 電

3、子技術(shù)論壇,圖6-1 過壓保護(hù)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(jí)接避雷器加以保護(hù)。,(2) 二次電壓很高或電壓比很大的變壓器，一次側(cè)合閘時(shí)，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(shí)過壓?？刹扇∽儔浩鞲郊悠帘螌咏拥鼗蜃儔浩餍切沃悬c(diǎn)通過電容接地的方法來減小。,(3) 泵升電壓保護(hù),當(dāng)電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(shí)，會(huì)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。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,（4）阻容保護(hù)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

4、壓時(shí)，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(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩。,RC,阻容保護(hù)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(hù)電路直接并在主電路的元件上，有效地抑制元件關(guān)斷時(shí)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(hù)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(jí)繞組邊加入的并聯(lián)阻容保護(hù)電路如圖6-2(,a),所示，其,R,、,C,的計(jì)算公式為,(6-1),(6-2),式中,S,變壓器每相平均計(jì)算容量，單位為,VA,U,2,變比器二次側(cè)相電壓有效值

5、，單位為,V,i,o,變壓器勵(lì)磁電流百分值，101000,KVA,的變壓器其值為410,u,k,變壓器的短路電壓百分值，101000,KVA,的變壓器其值為510, 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(shí)阻容兩端交流電壓有效值。電阻,R,的功率,P,R,的計(jì)算可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：,(6-3),(6-4),式中,U,C,正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值,I,C,正常工作時(shí)阻容兩端交流電流有效值,對(duì)圖6-2(b)所示的三相電路，變壓器二次繞組和阻容保護(hù)電路均采用,Y,形聯(lián)接的方法，它的,R,、,C,計(jì)算公式可直接引用單相時(shí)的計(jì)算式。, 電子發(fā)燒友

6、 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(hù)電路為,形聯(lián)接。對(duì)此，可首先按式(6-l)和式(6-2)計(jì)算出Y形聯(lián)接時(shí)的阻容值,R,、,C,，然后進(jìn)行,Y,、,聯(lián)接變換，求得,聯(lián)接時(shí)相應(yīng)的阻容值，即,(6-5),(6-6),對(duì)于大容量的變換器，三相阻容保護(hù)裝置可采用圖6-2(d)所示的三相整流式阻容保護(hù)電路。雖然多用了一個(gè)三相整流橋，但只需一個(gè)電容，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(hù)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

7、發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,如圖6-2(e)所示，阻容保護(hù)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(shí)造成的直流側(cè)過壓，其阻容值可按以下經(jīng)驗(yàn)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(hù)。,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(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。,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(gè)方向相同但很陡的伏安特性。,正常工作時(shí)漏電流很小(微安級(jí))，故損耗小。當(dāng)過壓時(shí)，可

8、通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流,I,Y,，因此抑制過壓的能力強(qiáng)。此外，它對(duì)浪涌電壓反應(yīng)快，而且體積小，是一種較好的過壓保護(hù)器件。,它的主要缺點(diǎn)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(shí)間內(nèi)就會(huì)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(duì)稱，因此單相電路只需一個(gè)，三相電路用3個(gè)，聯(lián)接成,Y,形或,形,圖6-4 壓敏電阻保護(hù)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)：, 額定電壓,U,1mA,指漏電流為1,mA,時(shí)的電壓值。, 殘壓比,U,Y,U,1mA,U,Y,為放電電流達(dá)規(guī)定值,I,Y,時(shí)的電

9、壓。, 允許的通流容量 指在規(guī)定的波形下(沖擊電流前沿10s，持續(xù)時(shí)間20s)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：, 額定電壓為,(,壓敏電阻承受工作電壓的峰值,) (6-10),U,y,值由被保護(hù)元件的耐壓值決定。, 通流容量應(yīng)大于實(shí)際的浪誦電流。但實(shí)際浪涌電流很難計(jì)算，故一般當(dāng)變壓器容量大、距外線路近、無避雷器時(shí)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(hù)，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(hù)?？偟膩碚f，壓敏電阻只能用作過壓保護(hù)，不能作,d,u,/,d,t,保護(hù)。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,6.1

10、.2,過流保護(hù),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?dòng)系統(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(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^流保護(hù)。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(hù)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(jìn)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

11、常工作時(shí)有較大的交流壓降。,(2) 電流檢測裝置(圖中的B)。過流時(shí)發(fā)出信號(hào)，過流信號(hào)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(diǎn)跳開，切斷電源。但過流繼電器和交流接觸器動(dòng)作都需一定時(shí)間(100200ms)。故只有電流不大的情況這種保護(hù)才能奏效。,(3) 直流快速開關(guān)(圖中的,Q,DCF,)。對(duì)于大、中容量變換器，快速熔斷器的價(jià)格高且更換不方便。為避免過流時(shí)燒斷快速熔斷器，采用動(dòng)作時(shí)間只2ms的直流快速開關(guān)，它可先于快速熔斷器動(dòng)作而保護(hù)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

12、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(hù)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(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用，但要求正常工作時(shí)，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對(duì)元件的短路故障所起的保護(hù)作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對(duì)負(fù)載短路起保護(hù)作用，對(duì)元件無保護(hù)作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^同個(gè)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：, 快速熔斷器的額定電壓

13、應(yīng)大于線路正常工作電壓有效值。, 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(shí)要求,(6-11),式中,I,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, 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(hào)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(hù)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(shí)產(chǎn)

14、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(hù)線路同串接的電感一起在出現(xiàn)電壓突變時(shí)，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(hù)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(jìn)線電感,L,T,，配合阻容吸收裝置對(duì),d,u,/,d,t,進(jìn)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(shí)，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(hù)電路在晶閘管開通時(shí)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(jìn)線側(cè)的串聯(lián)進(jìn)線電感,L,T,(或整流變壓器的漏感)都能同時(shí)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(hù)，使電容放電電流不經(jīng)過導(dǎo)通時(shí)的電力電子器件，亦能減小管子開通時(shí)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(hù)的工作原理和應(yīng)用場合；,保護(hù)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,