電力電子 (2)ppt課件.ppt

1、第6章 電力電子技術應用中的一些問題,1,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計，散熱器的熱傳導原理和選擇散熱器的方法。 負載諧振變換器、諧振式開關變換器、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。,2,6.1 變換器的保護,3,6.1.1 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。 電力電子器件關斷過電壓：電力電子器件關斷時產(chǎn)生的過壓。 在電力電子

2、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。,4,2. 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器件上，保護了電力電子器件。保護電路形式很多，也很復雜。,5,圖6-1 過壓保護方法的原理圖,6,(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?/p>

3、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。通常采用開關電路將能量消耗在電阻上。,7,（4）阻容保護電路 將電容并聯(lián)在回路中，當電路中出現(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，有效地抑制元件關斷時的關斷過壓，其接法如圖6-2所示。

4、,8,圖6-2 幾種RC阻容保護電路的接法,9,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VA U2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，101000KVA的變壓器其值為410 uk變壓器的短路電壓百分值，101000KVA的變壓器其值為510,10,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

5、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。,11,圖6-2(c)所示的三相電路、變壓器二次側(cè)為Y聯(lián)結，而阻容保護電路為形聯(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、聯(lián)接變換，求得聯(lián)接時相應的阻容值，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通瞬間因保護

6、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。,12,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UC1.6Ud， 電阻功率是 (6-9),13,(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)，

7、故損耗小。當過壓時，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。,14,圖6-3 壓敏電阻的伏安特性,15,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形或形 圖6-4 壓敏電阻保護的接法,16,壓敏電阻的主要參數(shù)： 額定電壓U1mA 指漏電流為1mA時的電壓值。 殘壓比UYU1mA UY為放電電流達規(guī)定值IY時的電壓。 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)時間20s)允許通過的

8、浪涌電流。,17,18,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) Uy值由被保護元件的耐壓值決定。 通流容量應大于實際的浪誦電流。但實際浪涌電流很難計算，故一般當變壓器容量大、距外線路近、無避雷器時應盡可能取大值。壓敏電阻在二極管整流設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。總的來說，壓敏電阻只能用作過壓保護，不能作du/dt保護。,19,6.1.2 過流保護,1. 引起過流的原因 當電力電子變換器內(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

9、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備差得多，因此，必須對變換器進行適當?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。,20,2. 過流保護的方法,21,22,(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

10、間(100200ms)。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(圖中的QDCF)。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，它可先于快速熔斷器動作而保護電力電子器件。,23,(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

11、作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對負載短路起保護作用，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。,24,圖6-6 快速熔斷器在電路中的接法,25,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應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IKR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 IT(AV)晶閘管通態(tài)電流平均值 IKR快速熔斷器的熔體額定電流 IT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

12、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。,26,1. 電壓上升率dudt的限制 (1) 產(chǎn)生電壓上升率dudt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dudt (2) 電壓上升率dudt的限制方法 阻容保護線路同串接的電感一起在出現(xiàn)電壓突變時，能起到限制電壓上升率du/dt 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，則應在電源輸入端串入交流進線電感LT，配合阻容吸收裝置對du/dt進行抑制。,27,2. 電流上升率didt的限制 變換器中產(chǎn)生過大的didt 的原因 電力電子器件從阻斷到導通的電流增長過快。 交流側(cè)電抗小或交、直流側(cè)阻容吸收裝置電容量太大，當電力電子器件導通時，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