電力電子技術(shù)應(yīng)用課程課件

第6章

電力電子技術(shù)應(yīng)用中的一些問題

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。

6.1變換器的保護

6.1.1過壓保護

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。

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，保護了電力電子器件。保護電路形式很多，也很復(fù)雜。

圖6-1過壓保護方法的原理圖

(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。可采取變壓器附加屏蔽層接地或變壓器星形中點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）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。

圖6-2幾種RC阻容保護電路的接法

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VAU2—變比器二次側(cè)相電壓有效值，單位為V

io％—變壓器勵磁電流百分值，10～1000KVA的變壓器其值為4～10

uk％—變壓器的短路電壓百分值，10～1000KVA的變壓器其值為5～10

電容C的交流耐壓≥1.5UC，UC為正常工作時阻容兩端交流電壓有效值。電阻R的功率PR的計算可根據(jù)以下經(jīng)驗公式估算：(6-3)(6-4)式中UC—正常工作時阻容兩端交流電壓有效值

IC—正常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。

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，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di/dt。RC的作用是吸收電容上的過電壓能量。

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，Ud是直流端電壓。電容器耐壓UC>1.6Ud，電阻功率是(6-9)

(5)非線性電阻保護。

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。現(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IY，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。

圖6-3壓敏電阻的伏安特性

由于壓敏電阻的正、反向特性對稱，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

壓敏拍電阻父的主村要參檢數(shù)：①黃額定終電壓U1m循A指漏狡電流輝為1mA時的假電壓題值。②凳殘壓雖比UY／U1m贊AUY為放贏電電積流達券規(guī)定企值IY時的舞電壓眾。③勇允許池的通譯流容御量腦指炎在規(guī)作定的耐波形費下(歐沖擊催電流隸前沿核10犧μs譯，持凍續(xù)時素間2罷0μ廉s)贈允許五通過昨的浪霸涌電泳流。壓敏企電阻他選用座方法展：①懷額定兩電壓慎為(壓敏臂電阻舍承受距工作晚電壓臭的峰晨值)滾(6滾-1叼0)②Uy值由判被保碼護元才件的重耐壓吩值決舒定。③辭通流副容量陶應(yīng)大結(jié)于實逮際的孕浪誦走電流確。但漠實際吃浪涌爹電流丹很難偶計算蹦，故窮一般碗當(dāng)變感壓器攪容量蓋大、艙距外傻線路責(zé)近、般無避研雷器互時應(yīng)筐盡可詠能取銀大值畫。壓饅敏電撥阻在肉二極衰管整老流設(shè)放備上畜可代取替全瘦部的種阻容躍保護既，在層晶間脊管可援控整希流器啊上可秧代替珍交流概側(cè)、窩直流謎側(cè)的批阻容訴保護清?？偨q的來起說，布壓敏批電阻總只能譜用作窯過壓俘保護帶，不糊能作du/dt保護尖。6.政1.帝2過流鍛保護1.引起制過流的原季因當(dāng)電調(diào)力電的子變完換器旺內(nèi)部率某一濁器件括擊穿魚或短洲路、艦觸發(fā)崇電路業(yè)或控蔥制電萍路發(fā)游生故援障、繡出現(xiàn)都過載財、直略流側(cè)菠短路蜘、可句逆?zhèn)鳉g動系冤統(tǒng)產(chǎn)頸生環(huán)左流或績逆變潛失敗崇，以雜及交損流電繳源電社壓過羅高或遼過低喬、缺痰相等疼，均謝可引營起變公換器許內(nèi)元將件的燙電流要超過殃正常斜工作敏電流綱，即較出現(xiàn)悅過流隆。由陵于電勸力電淹子器辛件的丘電流推過載雕能力歪比一掩般電肅氣設(shè)臘備差故得多劃，因乎此，罰必須苗對變欲換器傾進行椅適當(dāng)瘦的過沿流保尸護。料變換癢器的獲過流扁一般扶主要初分為頃兩類爪：過悅載過幼流和狠短路篩過流紙。2.過流保護訊的方廚法(1棋)探交流的進線惠電抗鼠器(膠圖中德的L)，冶或采桶用漏徒抗大符的整冤流變州壓器珠，利膝用電湯抗限牙制短全路電坦流。腳但正奧常工坊作時伍有較必大的管交流嗎壓降秩。(2捷)贈電流親檢測汪裝置置(圖哈中的繳B)你。過議流時愛發(fā)出下信號銜，過疼流信期號一牙方面冠可以箏封鎖場觸發(fā)先電路現(xiàn)，使巨變換剛器的墓故障返電流彎迅速棟下降豈至零嘩，從披而有礙效抑肢制了悟電流礎(chǔ)。另信一方膽面控妄制過膛電繼打電器玩，使斥交流施接觸魄器觸煌點跳候開，悔切斷靜電源庭。但京過流棕繼電珠器和焰交流恭接觸搏器動架作都府需一濁定時臺間(利10揭0～孟20茄0m俊s)瘦。故呈只有助電流歐不大有的情邁況這岔種保登護才恥能奏慘效。(3賽)援直流描快速態(tài)開關(guān)尊(圖朱中的QDC爛F)。姿對于刑大、絞中容沃量變早換器釀，快疤速熔同斷器走的價跌格高賊且更浴換不茂方便盡。為疤避免灶過流倦時燒川斷快色速熔野斷器雄，采昨用動殲作時仰間只錄2m收s的襖直流里快速搞開關(guān)吉，它李可先怠于快責(zé)速熔初斷器垃動作偵而保限護電溪力電竊子器印件。(4柴)偷快速結(jié)熔斷濱器(倡圖中恭的FU燦F)快速掉熔斷雷器是鳴防止紋變換梅器過塵流損蝕壞的抱最后免一道肺防線及。在季晶閘漿管變狼換器瘡中，量快速穗熔斷焦器是蹲應(yīng)用懸最普廁遍的粥過流嗽保護掘措施哀，可膀用于幣交流流側(cè)、哪直流冶側(cè)和犧裝置率主電壞路中登。其戲中交禿流側(cè)糕接快模速熔縣斷器光能對島晶閘咐管元歌件短沉路及開直流陶側(cè)短杰路起撕保護泄作用對，但列要求柿正常監(jiān)工作趟時，拜快速灣熔斷撕器電懇流定暑額要斑大于包晶閘勤管的愉電流糟定額攪，這狂樣對延元件棍的短細路故身障所筒起的丙保護熱作用緣瑞較差駐。直戴流側(cè)鼻接快漿速熔被斷器窩只對烈負載句短路吹起保乖護作曲用，網(wǎng)對元尖件無皂保護呢作用圖。只駁有晶駁閘管執(zhí)直接虹串接爪快速宗熔斷瘋器才鼻對元蝕件的慚保護餅作用險最好彎，因劣為它遲們流巧過同鑼—個淘電流彎．因敘而被辟廣泛紙使用丈。圖6群-6揉快斃速熔菜斷器波在電麗路中果的接宏法與晶失閘管乘串聯(lián)饑的快侄速熔飛斷器金的選屢用原劑則：①猾快速燈熔斷位器的業(yè)額定王電壓喝應(yīng)大悟于線誦路正勝常工緊作電古壓有總效值掃。②陣快速株熔斷拖器熔吵體的挨額定專電流IKR是指局電流把有效鋒值，么晶閘毛管額沸定電且流是服指通琴態(tài)電竄流平林均值嘗。選裳用時葡要求(6和-1鐵1)式中IT(位AV脹)—晶艷閘管切通態(tài)紡電流瓜平均拋值IKR—快呆速熔壺斷器鎮(zhèn)的熔糞體額開定電半流IT—流丈過晶端閘管逆的電麥流有召效值③龜熔斷娛器(解安裝編熔體晝的外退殼)準(zhǔn)的額魔定電扭流應(yīng)川大于煉或等炮于熔喘體額吳定電蜓流值飛。值得勇指出比的是茅，一享般裝案置中搖多采爬用過值流信滅號控信制觸熔發(fā)脈覺沖的散方法趕抑制凈過流幼，再標(biāo)配合鉤采用營快熔畏，使發(fā)快熔再作為祝過流帥保護母的最箭后措呼施。1.電壓確上升械率du／dt的限銹制(1鋪)產(chǎn)生農(nóng)電壓益上升儀率du／dt的原茂因由電脹網(wǎng)侵琴入的納過電號壓。由于抽電力爽電子沈器件散換相顫時產(chǎn)猛生的洗du／dt(2狗)少電壓揉上升戀率du／dt的限舊制方距法阻容欲保護補線路積同串車接的陳電感娃一起眼在出溉現(xiàn)電含壓突拴變時巨，能羨起到田限制貝電壓階上升柄率du/dt的作黑用。變換濫器交取流側(cè)殖如有蔽整流活變壓掃器和此阻容晝保護嗚電路拒，則爪變壓安器漏鉤感和漂阻容箏電路央同樣施能起炎到衰調(diào)減侵吵入過往電壓運，減舅小過生電壓戰(zhàn)上升斗率的宮作用菜。在無祖整流潤變壓膛器的卷變換鑄器中末，則春應(yīng)在赴電源貸輸入槐端串帳入交笨流進熊線電拌感LT，配乎合阻原容吸贊收裝順置對du/dt進行熄抑制胖。2.電流鑄上升院率di／dt的限這制變換臘器中禽