电力电子技术第9章

金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日1第9章电力电子器件应用的共性问题1.电力电子器件的驱动2.电力电子器件的保护3.电力电子器件的串联和并联使用1.1晶闸管的触发电路1.2GTO的驱动电路1.3GTR的驱动电路1.4电压型器件的驱动电路2.1过电压的产生及过电压保护2.2过电流保护2.3缓冲电路（SnubberCircuit）金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日21.1晶闸管的触发电路晶闸管触发电路应满足下列要求1.触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通。2.触发脉冲应有足够的幅度。3.不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内。4.应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。理想触发脉冲电流波形IMIt3t2t1t4t金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日3V2R3R2R1R4+E1+E2V1VD2VD1VD3TM图1-27常见的晶体管触发电路GK工作原理：当控制系统发出的高电平驱动信号加至三极管放大器后，变压器TM输出电压经VD2输出脉冲电流触发SCR导通。当控制系统发出的驱动信号为零后，VD1续流，TM的原边电压速降为零，防止变压器饱和。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日4典型的触发电路有KJ004,TCA785工作原理：当控制系统发出驱动信号致光耦输入端时，光耦输出电路中R上的电压产生脉冲电流触发SCR导通。+_金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日5TCA785是德国西门子公司于1988年前后开发的第三代晶闸管单片移相触发集成电路。在国内变流行业中已广泛应用。与KJ系列晶闸管移相触发电路相比，对零点的识别更可靠，输出脉冲更整齐，移相范围更宽，且输出脉冲的宽度可人为自由调节。三相全控桥式整流电路的触发电路金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日61.2GT0的驱动电路金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日71)T6为GTR,采用直接偶合.2)控制电路实现电隔离.3)正负电源进行供电.4)S低电平,T1通,使得T2、T3通，UA≈UC，则T4断，D点为负压，则T5断，T6经-UC3供电，提供了反向电流，则T6关断。5）S高电平,T1断,使得T2、T3断，UA=R5I，则T4通，则T5、T6导通。ACED1.3GTR的驱动电路金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日8金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日9A+-MOSFET20V20VuiR1R3R5R4R2RGV1V2V3C1-VCC+VCC当有输入信号时A输出正电平，V2导通输出正驱动电压。无输入信号时高速放大器A输出负电平,V3导通输出负驱动电压。稳压管是为了防止绝缘击穿。图1-32电力MOSFET的一种驱动电路1.4电压型器件的驱动电路金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日10专为驱动电力MOSFET而设计的混合集成电路有三菱公司的M57918L，其输入信号电流幅值为16mA，输出最大脉冲电流为+2A和-3A，输出驱动电压+15V和-10V。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日11(a)M57962L内部图(b)M57962L典型电路IGBT的驱动电路，为三菱公司的M57962L和富士公司的EXB系列。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日12金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日132.1过电压的产生及过电压保护过电压外因过电压内因过电压操作过电压雷击过电压换相过电压关断过电压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，在恢复了阻断能力时，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。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。转金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日14SFRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC过电压保护措施C11对地放电防止雷电进入变压器保护变压器不受静电干扰变压器一次侧若有过电压，通过C11耦合到二次侧，防止过电压通过变压器。对C11耦合过来的过电压及变压器二次侧线路中的过电压，进行抑制。（C对地短路）过电压抑制环节。二次侧产生过电压，则过压对C1充电。当过压过去后，C1对R放大，放大电流送入电网。过电压抑制环节。电路中出现过电压，二极管导通，对C2充电，过电压消失后C2对R2放电。二极管受反压不导通，放大电流不会送入电网。压敏电阻抑制过压。压敏电阻是“电阻值对电压敏感的器件”。它最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值“UN”时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。类似于PN结的正向导通钳位作用。用于大功率电力电子装置。常用金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日15直流侧阀侧网侧CdcRdcRaRaCaCa~+-CdcRdcRaRaCaCa+-~图1-35RC过电压抑制电路联结方式a)单相b)三相a)b)RC过电压抑制电路网侧阀侧电力电子电路的直流侧供电变压器金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日162.2过电流保护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同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性过电流短路过载切断局部的短路大电流切断短路大电流,但造价比快速熔断器高，动作速度也快。保护重要设备。检测到过电流后，调节触发控制电路，或关断被保护器件。（按偏差控制）在电子保护电路后工作。切断过载电流。重大错误，切除电网。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日172.3缓冲电路缓冲电路（吸收电路）作用: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）用于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）用于抑制器件开通的电流过冲和di/dt，减小开通损耗缓冲电路通常缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日18a)b)RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt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V开通时，电流变化迅速，因此需要此电路。V关断时，电压变化迅速，因此需要此电路。+_V导通时，CS通过RS对V放电，由于RS小，放电迅速，所以，电流先上了个台阶。之后主电流流过电感，由于电感对电流的变化具有抑制作用，所以电流缓慢变化，直到稳定不变。V关断时，由于电流的变化，U=Ldi/dt，所以器件两端会产生过压。V关断时，Ri和VDi对主电路的电感电流提供放电回路，Li中能量释放到Ri上。同时主电流通过VDs对Cs充电，Cs储能。由于电感的作用，抑制了电压的变化。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日19icBADC无缓冲电路有缓冲电路ucE0图1-37关断时的负载线无缓冲电路uCE迅速上升，负载L上的感应电压是续流二极管VD开始导通，负载线A从移动到B，iC下降到漏电流的大小，负载线随之移动到C。有缓冲电路iC在uCE开始上升的同时就下降，负载线经过D到达C，负载线ADC经过的是小电流、小电压区，器件的关断损耗比无缓冲电路时降低。通过设备实时监测电压和电路的变化，得上述曲线。可见有缓冲电路时，p损小。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日20GTR开通过程：一方面ＣS经ＲS、ＬS和GTR回路放电使电流上个台阶，另一方面负载电流经电感ＬS后受到了缓冲，也就避免了开通过程中GTR同时承受大电流的情形。GTR关断过程：流过负载ＲL的电流经电感LS、二极管ＤS给电容ＣS充电，因为ＣS上电压不能突变，这就使GTR在关断过程电压缓慢上升，避免了关断过程初期器件中电流还下降不多时，电压就升到最大值,同时也使电压上升率du/dt被限制。一种中、小功率开关器件GTR的缓冲电路。+_金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日213电力电子器件器件的串联和并联使用3.1晶闸管的串联3.2晶闸管的并联3.3电力MOSFET和IGBT并联运行的特点参阅《电力电子学》、刘志刚、清华大学出版社金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日223.1晶闸管的串联b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2图1-41晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施静态不均压问题动态不均压问题为了静态均压应选用静态参数和特性尽量一致的器件采用电阻均压（小电阻）晶闸管的额定电压小于实际要求时，可用两个以上同型号器件串联。理想的串联希望各器件承受的电压相等。由于器件静态参数和特性不同而造成的不均压问题。由于器件动态参数和特性不同而造成的不均压问题。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日233.1晶闸管的串联b)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2图1-41晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施为了动态均压应选用动态参数和特性尽量一致的器件采用RC并联支路晶闸管的额定电压小于实际要求时，可用两个以上同型号器件串联。理想的串联希望各器件承受的电压相等。采用门极强脉冲静态不均压问题由于器件静态参数和特性不同而造成的不均压问题。动态不均压问题由于器件动态参数和特性不同而造成的不均压问题。金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日243.2晶闸管的并联多个器件并联来承担较大的电流晶闸管并联时会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。图晶闸管的并联a)伏安特性差异b)并联均压措施b)a)VT1VT2RPRPLPLPb)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2为了静态均流应选用静态参数和特性尽量一致的器件采用电阻均流（大电阻）金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日253.2晶闸管的并联多个器件并联来承担较大的电流晶闸管并联时会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。图晶闸管的并联a)伏安特性差异b)并联均压措施b)a)VT1VT2RPRPLPLPb)a)RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2为了动态均流应选用动态参数和特性尽量一致的器件采用均流电抗器采用门极强脉冲当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接金陵科技学院机电工程学院电气系杭阿芳主讲2020年2月16日星期日26结束!