第2章_電力電子器件的輔助電路

1、1第第2章章 電力電子器件的輔助電路電力電子器件的輔助電路22.1 電力電子器件的驅(qū)動電路電力電子器件的驅(qū)動電路32.1.1 概述概述驅(qū)動電路驅(qū)動電路 是電力電子主電路與控制電路之間的是電力電子主電路與控制電路之間的接口接口。 良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的良好的驅(qū)動電路使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)開關(guān)狀態(tài)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗。，縮短開關(guān)時間，減小開關(guān)損耗。 對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。 一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電一些保護措施也往往設(shè)在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)。路實現(xiàn)。驅(qū)動

2、電路的基本任務(wù)驅(qū)動電路的基本任務(wù) 按控制目標的要求給器件施加按控制目標的要求給器件施加開通開通或或關(guān)斷關(guān)斷的信號。的信號。 對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件對半控型器件只需提供開通控制信號；對全控型器件則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。則既要提供開通控制信號，又要提供關(guān)斷控制信號。驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，驅(qū)動電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用一般采用光隔離光隔離或或磁隔離磁隔離。42.1.1 概述概述52.1.2 62.1.3 圖圖2-6 GTO2-6 GTO門極驅(qū)動電路門極驅(qū)動電路72.1.4 圖圖2-8 GTR2-

3、8 GTR基極驅(qū)動電路基極驅(qū)動電路常用集成驅(qū)動模塊：常用集成驅(qū)動模塊：UAA4002、HL201A/HL202A等等82.1.5 常用集成驅(qū)動模塊：常用集成驅(qū)動模塊：IR2110/IR2115/IR2130、FA5310/FA5311等等92.1.6 圖圖2-12 EXB841電路原理圖電路原理圖常用集成驅(qū)動模塊：常用集成驅(qū)動模塊：EXB850/EXB851、EXB840/EXB841等等102.2 電力電子器件的緩沖電路電力電子器件的緩沖電路緩沖電路又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的緩沖電路又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓、d du u/d/dt t或者

4、或者過電流過電流和和d di i/d/dt t，減小器件的，減小器件的開關(guān)損耗開關(guān)損耗。分類分類 分為分為關(guān)斷緩沖電路關(guān)斷緩沖電路和和開通緩沖電路開通緩沖電路 關(guān)斷緩沖電路：又稱為關(guān)斷緩沖電路：又稱為d du u/d/dt t抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過 電壓和換相過電壓，抑制電壓和換相過電壓，抑制d du u/d/dt t，減小關(guān)斷損耗。，減小關(guān)斷損耗。 開通緩沖電路：又稱為開通緩沖電路：又稱為d di i/d/dt t抑制電路，用于抑制器件開通時的抑制電路，用于抑制器件開通時的 電流過沖和電流過沖和d di i/d/dt t，減小器件的開通損耗。，減小器件的

5、開通損耗。 復(fù)合緩沖電路：關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起。復(fù)合緩沖電路：關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路結(jié)合在一起。 還可分為還可分為耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路和和饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 耗能式緩沖電路耗能式緩沖電路 ：緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電：緩沖電路中儲能元件的能量消耗在其吸收電 阻上。阻上。 饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 ：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載：緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載 或電源，也稱無損吸收電路?；螂娫?，也稱無損吸收電路。 11 2.2 電力電子器件的緩沖電路電力電子器件的緩沖電路圖圖2-15 2-15 關(guān)斷緩沖電路關(guān)斷緩沖電路12

6、2.3 電力電子器件的保護電路電力電子器件的保護電路過電壓及其保護過電壓及其保護電路產(chǎn)生過電壓的原因有：電路產(chǎn)生過電壓的原因有： （1）外部原因主要是電網(wǎng)劇烈波動、雷擊及干擾；）外部原因主要是電網(wǎng)劇烈波動、雷擊及干擾； （2）內(nèi)部原因主要是電路狀態(tài)變化時積聚的電磁能量不）內(nèi)部原因主要是電路狀態(tài)變化時積聚的電磁能量不 能及時消散。能及時消散。其主要表現(xiàn)為兩種類型：其主要表現(xiàn)為兩種類型： （1）器件開、關(guān)引起的沖擊過電壓；）器件開、關(guān)引起的沖擊過電壓； （2）雷擊或其它外來干擾引起的浪涌過電壓。）雷擊或其它外來干擾引起的浪涌過電壓。抑制過電壓的方法：抑制過電壓的方法： （1）用非線性元件（硒堆、壓

7、敏電阻）限制過電壓的幅度；）用非線性元件（硒堆、壓敏電阻）限制過電壓的幅度； （2）用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；）用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量； （3）用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。）用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。13 2.3 電力電子器件的保護電路電力電子器件的保護電路 補充圖補充圖 壓敏電阻的伏安特性壓敏電阻的伏安特性圖圖2-22 晶閘管阻容吸收電路晶閘管阻容吸收電路14 2.3 電力電子器件的保護電路電力電子器件的保護電路圖圖2-21 交流側(cè)阻容吸收電路交流側(cè)阻容吸收電路15 2.3 電力電子器件的保護電路電力電子器件的保護電路過電流及其保護過電流及其保護產(chǎn)生過電流的原因常見有以下幾個

8、方面。產(chǎn)生過電流的原因常見有以下幾個方面。 （1）電網(wǎng)電壓波動過大，使流過晶閘管的電流隨電源增加而）電網(wǎng)電壓波動過大，使流過晶閘管的電流隨電源增加而 超過額定值；超過額定值； （2）內(nèi)部管子損壞或觸發(fā)電路故障，造成相鄰橋臂上的晶閘）內(nèi)部管子損壞或觸發(fā)電路故障，造成相鄰橋臂上的晶閘 管導(dǎo)通，引起兩相電源短路；管導(dǎo)通，引起兩相電源短路； （3）整流電路直流輸出側(cè)短路、逆變電路因換流失敗而引起）整流電路直流輸出側(cè)短路、逆變電路因換流失敗而引起 逆變失敗，均可引起很大短路電流。逆變失敗，均可引起很大短路電流。 （4）可逆?zhèn)鲃迎h(huán)流過大、控制系統(tǒng)故障，可使晶閘管過電流?？赡?zhèn)鲃迎h(huán)流過大、控制系統(tǒng)故障，可使

9、晶閘管過電流。 16 2.3 電力電子器件的保護電路電力電子器件的保護電路圖圖2-22 2-22 過電流保護措施及配置位置過電流保護措施及配置位置過電流分過載和短路兩種情況。過電流分過載和短路兩種情況。 快速熔斷器快速熔斷器、直流快速斷路器直流快速斷路器和和過電流繼電器過電流繼電器是較為常用的措是較為常用的措 施，一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提施，一般電力電子裝置均同時采用幾種過電流保護措施，以提 高保護的可靠性和合理性。高保護的可靠性和合理性。17 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)當晶閘管的當晶閘管的額定電壓額定電壓小小 于實際要求時，可以于實際要求時，可以 用兩個以上同型號器用

10、兩個以上同型號器 件相件相串聯(lián)串聯(lián)。晶閘管串聯(lián)使用時，必晶閘管串聯(lián)使用時，必 須采取須采取均壓均壓措施。措施。圖圖2-26 2-26 晶閘管串聯(lián)后的反向電壓晶閘管串聯(lián)后的反向電壓圖圖2-27 2-27 晶閘管串聯(lián)均壓電路晶閘管串聯(lián)均壓電路18 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)當晶閘管的當晶閘管的額定電流額定電流小小 于實際要求時，可以用于實際要求時，可以用 兩個以上同型號器件相兩個以上同型號器件相 并聯(lián)。并聯(lián)。圖圖2-28 2-28 晶閘管并聯(lián)時的電流分配晶閘管并聯(lián)時的電流分配圖圖2-33 2-33 晶閘管并聯(lián)均流電路晶閘管并聯(lián)均流電路晶閘管并聯(lián)使用時，必須采取晶閘管并聯(lián)使用時，必須采取 均流均流措施

11、。措施。 當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，當需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時， 通常采用通常采用先串后并先串后并的方法聯(lián)接。的方法聯(lián)接。 19 本章小結(jié)本章小結(jié) 主講了晶閘管觸發(fā)電路、典型全控型器件驅(qū)動電路、全控型器件的緩主講了晶閘管觸發(fā)電路、典型全控型器件驅(qū)動電路、全控型器件的緩沖電路、晶閘管的過電壓及過電流保護和晶閘管的串聯(lián)與并聯(lián)。沖電路、晶閘管的過電壓及過電流保護和晶閘管的串聯(lián)與并聯(lián)。 本章要點本章要點 在驅(qū)動電路中實現(xiàn)電力電子主電路和控制電路電氣隔離的基本方法。在驅(qū)動電路中實現(xiàn)電力電子主電路和控制電路電氣隔離的基本方法。 各種全控型器件因?qū)ê完P(guān)斷機理不同，其驅(qū)動電路也有很大差別。各種全控型器件因?qū)ê完P(guān)斷機理不同，其驅(qū)動電路也有很大差別。GTR、GTO為電流型控制器件，功率為電流型控制器件，功率MOSFET、IGBT為電壓型控制為電壓型控制 器件。器件。 全控型