哈工大電力電子 第9章 電力電子器件應(yīng)用的共性問題2014

1、1 9.1 9.1 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 9.2 9.2 電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù) 9.3 9.3 電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用 本章小結(jié)本章小結(jié)第第9 9章章 電力電子器件應(yīng)用的共性問題電力電子器件應(yīng)用的共性問題29.1 9.1 電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件的驅(qū)動(dòng) 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路 39.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 是電

2、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(dòng)電路使電力電子器件工作在較理想的良好的驅(qū)動(dòng)電路使電力電子器件工作在較理想的開開關(guān)狀態(tài)關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。 對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。義。 一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過驅(qū)動(dòng)一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù) 按控制目標(biāo)的要求給器件施加按控制目標(biāo)的要求給器件施加開通開通或或關(guān)斷關(guān)斷的信號(hào)。的信號(hào)。 對(duì)半控型器件只需提供開通控制信號(hào)

3、；對(duì)全控型器對(duì)半控型器件只需提供開通控制信號(hào)；對(duì)全控型器件則既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。件則既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。49.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)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)，一般采用驅(qū)動(dòng)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)，一般采用光隔光隔離離或或磁隔離磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器光隔離一般采用光耦合器 光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。光耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)。 有有普通普通、高速高速和和高傳輸比高傳輸比三種類型。三種類型。

4、 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器磁隔離的元件通常是脈沖變壓器 當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用當(dāng)脈沖較寬時(shí)，為避免鐵心飽和，常采用高頻調(diào)制和解調(diào)高頻調(diào)制和解調(diào)的方法。的方法。 ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖圖9-1 光耦合器的類型及接法光耦合器的類型及接法a) 普通型普通型 b) 高速型高速型 c) 高傳輸比型高傳輸比型 59.1.1 9.1.1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述驅(qū)動(dòng)電路的分類驅(qū)動(dòng)電路的分類 按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間按照驅(qū)動(dòng)電路加在電力電子器件控制端和公共端之間信號(hào)的性質(zhì)，可以將電力電子器件分為信號(hào)的性質(zhì)，可

5、以將電力電子器件分為電流驅(qū)動(dòng)型電流驅(qū)動(dòng)型和和電壓驅(qū)動(dòng)型電壓驅(qū)動(dòng)型兩類。兩類。 晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路常稱為觸發(fā)電路。晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路常稱為觸發(fā)電路。 驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采的，但目前的趨勢(shì)是采用專用用專用集成驅(qū)動(dòng)電路集成驅(qū)動(dòng)電路。 雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。的混合集成電路。 為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。開發(fā)的集成驅(qū)動(dòng)電路。69.1.2 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路IIMt1t

6、2t3t4圖圖9-2理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（脈沖前沿上升時(shí)間（1 s）t1t3強(qiáng)脈沖寬度強(qiáng)脈沖寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（強(qiáng)脈沖幅值（3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度脈沖寬度I脈沖平頂幅值（脈沖平頂幅值（1.5IGT2IGT） 作用：產(chǎn)生符合要求的作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。 晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對(duì)其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制的晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對(duì)其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制的相相位控制電路位控制電路。晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路79.1.2 9.1.2

7、 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，比如對(duì)感性和觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，比如對(duì)感性和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖應(yīng)有觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度足夠的幅度，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電，對(duì)戶外寒冷場(chǎng)合，脈沖電流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的流的幅度應(yīng)增大為器件最大觸發(fā)電流的35倍，脈沖前沿倍，脈沖前沿的陡度也需增加，一般需達(dá)的陡度也需增加，一般需達(dá)12A/ s。 觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、

8、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。 應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電應(yīng)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。氣隔離。89.1.2 9.1.2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路圖圖9-3 常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路常見的晶閘管觸發(fā)電路 由由V1、V2構(gòu)成的構(gòu)成的脈沖放大環(huán)脈沖放大環(huán)節(jié)節(jié)和脈沖變壓器和脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)和附屬電路構(gòu)成的成的脈沖輸出環(huán)節(jié)脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。兩部分組成。 當(dāng)當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之變壓器向晶閘

9、管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。間輸出觸發(fā)脈沖。 VD1和和R3是為了是為了V1、V2由導(dǎo)由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。 為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它電路環(huán)節(jié)。電路環(huán)節(jié)。 99.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路OttOuGiG圖圖9-4 推薦的推薦的GTO門極電壓電流波形門極電壓電流波形電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 GTO和和GTR是電流驅(qū)動(dòng)型器件。是電流驅(qū)動(dòng)型器件。 GTO 開通控制與普通晶閘

10、管相似，開通控制與普通晶閘管相似，但對(duì)觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度但對(duì)觸發(fā)脈沖前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期要求高，且一般需在整個(gè)導(dǎo)通期間施加正門極電流，使間施加正門極電流，使GTO關(guān)斷關(guān)斷需施加負(fù)門極電流，對(duì)其幅值和需施加負(fù)門極電流，對(duì)其幅值和陡度的要求更高。陡度的要求更高。 GTO一般用于大容量電路的一般用于大容量電路的場(chǎng)合，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括場(chǎng)合，其驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通開通驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和和門極門極反偏電路反偏電路三部分，可分為三部分，可分為脈沖變脈沖變壓器耦合式壓器耦合式和和直接耦合式直接耦合式兩種類兩種類型。型。 幅值需達(dá)陽極電流幅值需達(dá)陽極電流

11、的的1/3左右，陡度需左右，陡度需達(dá)達(dá)50A/ s，強(qiáng)負(fù)脈，強(qiáng)負(fù)脈沖寬度約沖寬度約30 s，負(fù)，負(fù)脈沖總寬約脈沖總寬約100 s 施加約施加約5V的負(fù)偏的負(fù)偏壓，以提高抗干壓，以提高抗干擾能力。擾能力。109.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路圖圖9-5 典型的直接耦合式典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 119.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路圖圖9-5 典型的直接耦合式典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路 可避免電路內(nèi)部的相互干擾可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的

12、脈和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿；缺點(diǎn)是功耗大，效率沖前沿；缺點(diǎn)是功耗大，效率較低。較低。 電路的電源由高頻電源經(jīng)二電路的電源由高頻電源經(jīng)二極管整流后提供，極管整流后提供，VD1和和C1提供提供+5V電壓，電壓，VD2、VD3、C2、C3構(gòu)成構(gòu)成倍壓整流電路倍壓整流電路提供提供+15V電電壓，壓，VD4和和C4提供提供-15V電壓。電壓。 V1開通時(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖；開通時(shí)，輸出正強(qiáng)脈沖；V2開通時(shí)，輸出正脈沖平頂部開通時(shí)，輸出正脈沖平頂部分；分； V2關(guān)斷而關(guān)斷而V3開通時(shí)輸出負(fù)脈開通時(shí)輸出負(fù)脈沖；沖；V3關(guān)斷后關(guān)斷后R3和和R4提供門極提供門極負(fù)偏壓。負(fù)偏壓。 129.1.3 9.1.3

13、典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路tOib 開通的基極驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使其處于開通的基極驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使其處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)準(zhǔn)飽和導(dǎo)通狀態(tài)通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。 關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減關(guān)斷時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗，關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值（極之間施加一定幅值（6V左右）的負(fù)偏壓。左右）的負(fù)偏壓。 GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)電路 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部分。兩部分。 VD2和和VD3構(gòu)成構(gòu)成貝克箝位電路貝克箝位電路，是一種

14、抗飽，是一種抗飽和電路，可使和電路，可使GTR導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)；導(dǎo)通時(shí)處于臨界飽和狀態(tài)； C2為加速開通過程的電容，開通時(shí)為加速開通過程的電容，開通時(shí)R5被被C2短路，這樣可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流的過沖，并增加短路，這樣可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流的過沖，并增加前沿的陡度，加快開通。前沿的陡度，加快開通。 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)GTR的集成驅(qū)動(dòng)電路中，的集成驅(qū)動(dòng)電路中，THOMSON公公司的司的UAA4002和三菱公司的和三菱公司的M57215BL較為常較為常見。見。圖圖9-6 理想的理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形基極驅(qū)動(dòng)電流波形V D1AVV S0V+10V+15VV1V D2V D3V D4V3V2V4V5V6R1R2

15、R3R4R5C1C2圖圖9-7 GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)電路 GTR13VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2tOib149.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路圖圖9-8 電力電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)電路 電力電力MOSFET和和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。 為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路具有較小的輸出電阻。較小的輸出電阻。 使電力使電力MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電開通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取壓一般取1015V，使，

16、使IGBT開通的柵射極間驅(qū)開通的柵射極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取動(dòng)電壓一般取15 20V。 關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓（一般取取 -5 -15V）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損）有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。耗。 在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）在柵極串入一只低值電阻（數(shù)十歐左右）可以減小可以減小寄生振蕩寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。件電流額定值的增大而減小。 電力電力MOSFET 包括包括電氣隔離電氣隔離和和晶體管放大電路晶體管放大電路兩部分；兩部分；當(dāng)無輸入信號(hào)時(shí)當(dāng)無輸入信號(hào)時(shí)高速放大器高速放大器A輸出負(fù)電平

17、，輸出負(fù)電平，V3導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)導(dǎo)通輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)A輸出輸出正電平，正電平，V2導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓。導(dǎo)通輸出正驅(qū)動(dòng)電壓。 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路 15圖圖9-8 電力電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路的一種驅(qū)動(dòng)電路9.1.3 9.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路169.1.3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路電路圖圖9-9 M57962L型型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖 專為驅(qū)動(dòng)電力專為驅(qū)動(dòng)電力MOSFET而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918

18、L，其輸入信號(hào)電流幅值為其輸入信號(hào)電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為，輸出最大脈沖電流為+2A和和-3A，輸出驅(qū)動(dòng)電，輸出驅(qū)動(dòng)電壓壓+15V和和-10V。 IGBT 多采用專用的多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器混合集成驅(qū)動(dòng)器，常用的有三菱公司的，常用的有三菱公司的M579系列（如系列（如M57962L和和M57959L）和富士公司的）和富士公司的EXB系列（如系列（如EXB840、EXB841、EXB850和和EXB851）。）。179.2 9.2 電力電子器件的保護(hù)電力電子器件的保護(hù) 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù) 9.2.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù) 9.2.3 緩

19、沖電路緩沖電路189.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓分為過電壓分為外因過電壓外因過電壓和和內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓兩類。兩類。 外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原 因，包括因，包括 操作過電壓操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓。壓。 雷擊過電壓雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過 程，包括程，包括 換相過電壓換相過電壓：晶閘管或與全控型器件

20、反并聯(lián)的二極：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。在器件兩端感應(yīng)出過電壓。 關(guān)斷過電壓關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。件兩端感應(yīng)出的過電壓。 199.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)圖圖9-10過電壓抑制措施及配置位置過電壓抑制措施及配置位置F避雷器避雷器D變壓器靜電屏蔽層變壓器靜電屏蔽層C

21、靜電感應(yīng)過電壓抑制電容靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路電路RV壓敏電阻過電壓抑制器壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用閥器件換相過電壓抑制用RC電路電路RC4直流側(cè)直流側(cè)RC抑制電路抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電路過電壓抑制措施及配置位置過電壓抑制措施及配置位置 各電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。各電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。 RC3和和RCD為抑制為抑制內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓的措施。的措施。 209

22、.2.1 9.2.1 過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)圖圖9-11 RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式a)單相單相b)三相三相圖圖9-12反向阻斷式過電壓抑制用反向阻斷式過電壓抑制用RC電路電路抑制外因過電壓來采用抑制外因過電壓來采用RC過電壓抑制電路。過電壓抑制電路。對(duì)大容量的電力電子裝置，可采用圖對(duì)大容量的電力電子裝置，可采用圖9-12所示的所示的反向阻斷式反向阻斷式RC電路。電路。采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二極管（采用雪崩二極管、金屬氧化物壓敏電阻、硒堆和轉(zhuǎn)折二極管（BOD）等非）等非線性元器件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。線性元器

23、件來限制或吸收過電壓也是較常用的措施。 219.2.2 9.2.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù)圖圖9-13 過電流保護(hù)措施及配置位置過電流保護(hù)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。 過電流保護(hù)措施及其配置位置過電流保護(hù)措施及其配置位置 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施，一般是較為常用的措施，一般電力電子裝置均同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理電力電子裝置均同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，以提高保護(hù)的可靠性和合理性。性。 通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保通常，電子電

24、路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。在過載時(shí)動(dòng)作。 229.2.2 9.2.2 過電流保護(hù)過電流保護(hù)快速熔斷器（簡(jiǎn)稱快熔）快速熔斷器（簡(jiǎn)稱快熔） 是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施。是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施。 選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮 電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來確定。電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來確定。 電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。

25、電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定。 快熔的快熔的 t值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許 t值。值。 為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間 電流特性。電流特性。 快熔對(duì)器件的保護(hù)方式可分為快熔對(duì)器件的保護(hù)方式可分為全保護(hù)全保護(hù)和和短路保護(hù)短路保護(hù)兩種。兩種。 全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場(chǎng)合。度較大的場(chǎng)合。 短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。對(duì)重

26、要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用對(duì)重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電子電路電路進(jìn)行過電流保護(hù)。進(jìn)行過電流保護(hù)。常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，器件對(duì)電流的，器件對(duì)電流的響應(yīng)是最快的。響應(yīng)是最快的。I2I2239.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路緩沖電路（緩沖電路（Snubber Circuit）又稱為吸收電路，其作用是抑制電）又稱為吸收電路，其作用是抑制電力電子器件的力電子器件的內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓、du/dt或者或者過電流過電流和和di/dt，減小器件，減小器件的的開關(guān)損耗開關(guān)損耗。分類分

27、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du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，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di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時(shí)抑制電路，用于抑制器件開通時(shí)的電流過沖和的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。，減小器件的開通損耗。 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

28、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(chǔ)能元件的能量消耗在其吸收：緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量消耗在其吸收電阻上。電阻上。 饋能式緩沖電路饋能式緩沖電路 ：緩沖電路能將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)：緩沖電路能將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或電源，也稱無損吸收電路。載或電源，也稱無損吸收電路。 通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，而將開通緩沖電路區(qū)別叫通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，而將開通緩沖電路區(qū)別叫做做di/dt抑制電路。抑制電路。 249.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路b)tuCEiCOd idt抑制電路時(shí)無didt抑制電路時(shí)有有緩沖電路時(shí)無緩沖電路時(shí)uCE

29、iC圖圖9-14di/dt抑制電路和充放電型抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形緩沖電路及波形a) 電路電路 b) 波形波形緩沖電路緩沖電路 圖圖9-14a給出的是一種緩沖給出的是一種緩沖電路和電路和di/dt抑制電路的電路圖。抑制電路的電路圖。 在無緩沖電路的情況下，在無緩沖電路的情況下，di/dt很大，關(guān)斷時(shí)很大，關(guān)斷時(shí)du/dt很大，很大，并出現(xiàn)很高的過電壓，如圖并出現(xiàn)很高的過電壓，如圖9-14b。 在有緩沖電路的情況下在有緩沖電路的情況下 V開通時(shí)，開通時(shí)，Cs先通過先通過Rs向向V放電，使放電，使iC先上一個(gè)臺(tái)階，以先上一個(gè)臺(tái)階，以后因?yàn)楹笠驗(yàn)長(zhǎng)i的作用，的作用，iC的上升速度的上

30、升速度減慢。減慢。 V關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過VDs向向Cs分流，減輕了分流，減輕了V的負(fù)擔(dān)，的負(fù)擔(dān)，抑制了抑制了du/dt和過電壓。和過電壓。 因?yàn)殛P(guān)斷時(shí)電路中（含因?yàn)殛P(guān)斷時(shí)電路中（含布線）電感的能量要釋放，所布線）電感的能量要釋放，所以還會(huì)出現(xiàn)一定的過電壓。以還會(huì)出現(xiàn)一定的過電壓。 259.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路ADCB無緩沖電路有緩沖電路uCEiCO圖圖9-15 關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線關(guān)斷時(shí)的負(fù)載線無緩沖電路時(shí)，無緩沖電路時(shí)，uCE迅速上升，負(fù)載線從迅速上升，負(fù)載線從A移動(dòng)到移動(dòng)到B，之后，之后iC才下降到漏電才下降到漏電流的大小，負(fù)載線隨之移動(dòng)到流的大小，負(fù)載線隨

31、之移動(dòng)到C。 有緩沖電路時(shí)，由于有緩沖電路時(shí)，由于Cs的分流使的分流使iC在在uCE開始上升的同時(shí)就下降，因此開始上升的同時(shí)就下降，因此負(fù)載線經(jīng)過負(fù)載線經(jīng)過D到達(dá)到達(dá)C。 負(fù)載線在到達(dá)負(fù)載線在到達(dá)B時(shí)很可能超出安全區(qū)，使時(shí)很可能超出安全區(qū)，使V受到損壞，而負(fù)載線受到損壞，而負(fù)載線ADC是是很安全的，且損耗小。很安全的，且損耗小。關(guān)斷過程關(guān)斷過程269.2.3 9.2.3 緩沖電路緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路形式形式圖圖9-16 另外兩種常用的緩沖電路另外兩種常用的緩沖電路a)RC吸收電路吸收電路b)放電阻止型放電阻止型RCD吸收電路吸收電路 RC緩沖電路緩沖電路主要用于

32、小主要用于小容量器件，而容量器件，而放電阻止型放電阻止型RCD緩沖電路緩沖電路用于中或大用于中或大容量器件。容量器件。 晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒斷過電壓?jiǎn)栴}，關(guān)斷時(shí)也沒有較大的有較大的du/dt，因此一般，因此一般采用采用RC吸收電路即可。吸收電路即可。 279.3 9.3 電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用電力電子器件的串聯(lián)使用和并聯(lián)使用 9.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 9.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 9.3.3 電力電力MOSFET的并聯(lián)和的并聯(lián)和IGBT的并的并聯(lián)聯(lián)289.3.1 9.3

33、.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)圖圖9-17 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)a)伏安特性差異伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施串聯(lián)均壓措施晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián) 當(dāng)晶閘管的當(dāng)晶閘管的額定電壓額定電壓小于實(shí)際要求時(shí)，可以小于實(shí)際要求時(shí)，可以用兩個(gè)以上同型號(hào)器件相串聯(lián)。用兩個(gè)以上同型號(hào)器件相串聯(lián)。 靜態(tài)不均壓?jiǎn)栴}靜態(tài)不均壓?jiǎn)栴} 由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓?jiǎn)栴}。由于器件靜態(tài)特性不同而造成的均壓?jiǎn)栴}。 為達(dá)到靜態(tài)均壓，首先應(yīng)選用參數(shù)和特性為達(dá)到靜態(tài)均壓，首先應(yīng)選用參數(shù)和特性盡量一致的器件，此外可以盡量一致的器件，此外可以采用電阻均壓采用電阻均壓。 動(dòng)態(tài)不均壓?jiǎn)栴}動(dòng)態(tài)不均壓?jiǎn)栴} 由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造

34、成的不由于器件動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓?jiǎn)栴}。均壓?jiǎn)栴}。 為達(dá)到動(dòng)態(tài)均壓，同樣首先應(yīng)選擇動(dòng)態(tài)參為達(dá)到動(dòng)態(tài)均壓，同樣首先應(yīng)選擇動(dòng)態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件，另外還可以數(shù)和特性盡量一致的器件，另外還可以用用RC并聯(lián)并聯(lián)支路作動(dòng)態(tài)均壓支路作動(dòng)態(tài)均壓；對(duì)于晶閘管來講，采用門極強(qiáng)；對(duì)于晶閘管來講，采用門極強(qiáng)脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時(shí)間上的差異。脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時(shí)間上的差異。 對(duì)較大型的電力電子裝置，當(dāng)單個(gè)電力電子器件的電壓或電流定對(duì)較大型的電力電子裝置，當(dāng)單個(gè)電力電子器件的電壓或電流定額不能滿足要求時(shí)，往往需要額不能滿足要求時(shí)，往往需要將電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)將電力電子器件串聯(lián)或并聯(lián)起來工作，起來工作，或者或者將電力電子裝置串聯(lián)或并聯(lián)將電力電子裝置串聯(lián)或并聯(lián)起來工作。起來工作。299.3.1 9.3.1 晶閘管的串聯(lián)晶閘管的串聯(lián)309.3.2 9.3.2 晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián)晶閘管的并聯(lián) 大功率晶閘管裝置中，常用多個(gè)器件并聯(lián)來大功率晶閘管裝置中，常用多個(gè)器件并聯(lián)來承擔(dān)承擔(dān)較大的電流較大的電流。 晶閘管并聯(lián)就會(huì)分別因晶閘管并