電力電子技術(shù)基礎(chǔ)13—保護－串并聯(lián)

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)South China University of Technology第二部分 電力電子器件6South China University of Technology第四章 電力電子器件的驅(qū)動和保護4.6 電力電子器件及裝置的保護電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件過流的原因電力電子技術(shù)基礎(chǔ)過電流過載和短路兩種情況常用措施：快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載

2、時動作電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件快速熔斷器電力電子技術(shù)基礎(chǔ)快速熔斷器電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過電流保護措施選擇快熔時應(yīng)考慮：(1)電壓等級根據(jù)熔斷后快熔實際承受的電壓確定(2)電流容量按其在主電路中的接入方式和主電路聯(lián)結(jié)形式確定(3)快熔的I 2t值應(yīng)小于被保護器件的允許I 2t值電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件檢測基射極電壓的過流保護電路電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)檢測集射極電壓的過流保護電路電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電流檢測元器件1電流互感器2直檢式霍爾電流傳感器3磁平衡式霍爾電流傳感器4相位差磁調(diào)制式直流

3、電流傳感器5零磁通電流互感器電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電流互感器電磁式電流互感器(簡稱電流互感器)，工作原理和變壓器相似。在測量交變的大電流時，為能夠安全的測量，在線路上串聯(lián)一個變壓器，并且一次側(cè)的匝數(shù)很少，因此，一次線圈中的電流完全取決于被測電路的電流，而與二次電流無關(guān)。電流互感器(CT)二次側(cè)不能開路，開路時會在二次側(cè)感應(yīng)出很高的電壓，從而危及二次側(cè)設(shè)備和人身安全。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)霍爾效應(yīng)在磁場不太強時，電位差與電流強度I和磁感應(yīng)強度B成正比，與板的厚度d成反比電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)直檢式霍爾電流傳感器由

4、于磁場與霍爾元件的輸出呈線性關(guān)系，因此可利用霍爾元件測得的信號大小，來反映被測電流的大小。這種測電流的方法稱為直檢法。當(dāng)被測的電流通過一根導(dǎo)線時，在該導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場B，這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比。將霍爾器件接成如圖所示的電路并放置在磁場B 之中，當(dāng)電路中所產(chǎn)生的電流I 通過1、3 端提供給霍爾器件時，則霍爾器件的2、4 端將輸出一個霍爾電壓 。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)直檢式霍爾電流傳感器通電導(dǎo)線周圍所產(chǎn)生的磁場與流過導(dǎo)線的電流成正比，該磁場通過聚磁環(huán)聚集感應(yīng)到霍爾器件上，使之有一信號輸出。因為霍爾器件有良好的線性，可用標(biāo)定后的霍爾輸出測出電流的大小。這種模

5、式稱為直接檢測式它是利用磁平衡的工作原理，即主回路電流Ip 在聚集磁環(huán)產(chǎn)生磁場，該磁場又被通過次級線圈的電流所產(chǎn)生的反向磁場所補償，使霍爾器件處于檢測零磁場的工作狀態(tài)。其具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時，由導(dǎo)線所產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)所聚集，感應(yīng)霍爾器件使之有一信號輸出，這一信號驅(qū)動相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個補償電流Is。這一電流通過多匝繞組產(chǎn)生的磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，當(dāng)Ip 與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場與Is 與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時，Is 不再增加，霍爾器件起到零磁通的作用。此時可以通過Is 來測試Ip，當(dāng)Ip 變化時，平衡受到破壞，霍爾器件就有信號輸

6、出，即重復(fù)上述過程重新達(dá)到平衡，從磁場的失衡到再次平衡所需要的時間不到1us，這是一個動態(tài)平衡的過程。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)磁平衡式霍爾電流傳感器電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)磁平衡式霍爾電流傳感器特點測量范圍寬?？蓽y量任意波形的電流和電壓信號；而普通互感器只適用50 Hz正弦波形或直流信號； 測量精度高。在工作溫度區(qū)內(nèi)，精度優(yōu)于1%，而普通互感器一般精度為3%5%；線性度好，優(yōu)于0.1%；(4) 動態(tài)性能好，響應(yīng)速度快。響應(yīng)時間小于1 s，而普通互感器響應(yīng)時間為1012 ms；(5) 測量區(qū)間寬，過載能力強。當(dāng)測量電流超負(fù)荷時，內(nèi)部電流和磁路均

7、有飽和作用， 不會損壞模塊；(6) 尺寸小，重量輕，安裝簡單方便；(7) 可靠性能高，失效率=0.4310-6/h；(8) 抗外界電磁和溫度等因素的干擾能力強。此外，其最大優(yōu)點是電氣隔離性好，與被測信號回路完全隔離，實現(xiàn)無接觸檢測，這便于微機接口，為今后實現(xiàn)微機控制奠定了基礎(chǔ)。 電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件過電壓電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子裝置可能的過電壓外因過電壓和內(nèi)因過電壓外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外因 (1) 操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起 (2) 雷擊過電壓：由雷擊引起內(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 (1) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反

8、并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓 (2) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件RC過壓抑制電路電力電子技術(shù)基礎(chǔ)外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)其他過壓保護措施其他措施：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）、瞬態(tài)電

9、壓抑制器等非線性元器件限制或吸收過電壓正常工作時，壓敏電沮沒有被擊穿，在電阻中僅有微安級的漏電流。而當(dāng)出現(xiàn)浪涌過電壓時，由于雪崩效應(yīng)，元件呈現(xiàn)低阻抗，它能通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流因而具有很強的抑制過電壓能力。金屬氧化物壓敏電阻主要缺點是其的熱容量較小，持續(xù)平均功率只有幾瓦。一旦工作電壓超過其額定電壓，很短時間內(nèi)就可將其燒毀，因而不宜用在重復(fù)頻繁的放電場合。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件瞬態(tài)電壓抑止器電力電子技術(shù)基礎(chǔ)瞬態(tài)電壓抑制器簡稱TVS，是一種二極管形式的高效能保護器件。當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10E-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)

10、千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓位箝于一個預(yù)定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容易控制、體積小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于家用電器、電子儀表、通訊設(shè)備、電源、等各個領(lǐng)域。電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件瞬態(tài)電壓抑止器電力電子技術(shù)基礎(chǔ)P6KE系列4.7 電力電子器件的串并聯(lián)電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件晶閘管的串聯(lián)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)目的：當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時，可以串聯(lián)問題：理想串聯(lián)希望器件分壓相等，但因特性差異，使器件電壓分配不均勻靜態(tài)不均壓：串聯(lián)的器件流過的漏電流相同，但因靜態(tài)伏安特性的分散性，各器件分壓

11、不等承受電壓高的器件首先達(dá)到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通，使另一個器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通，失去控制作用反向時，可能使其中一個器件先反向擊穿，另一個隨之擊穿電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件靜態(tài)均壓措施電力電子技術(shù)基礎(chǔ)靜態(tài)均壓措施選用參數(shù)和特性盡量一致的器件采用電阻均壓，Rp的阻值應(yīng)比器件阻斷時的正、反向電阻小得多電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)動態(tài)均壓措施動態(tài)不均壓由于器件動態(tài)參數(shù)和特性的差異造成的不均壓動態(tài)均壓措施：選擇動態(tài)參數(shù)和特性盡量一致的器件用RC并聯(lián)支路作動態(tài)均壓采用門極強脈沖觸發(fā)可以顯著減小器件開通時間 上的差異動態(tài)均壓措施電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力電子技術(shù)基礎(chǔ)目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流問題：會分別因靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)的差異而電流分配不均勻均流措施挑選特性參數(shù)盡量一致的器件采用均流電抗器用門極強脈沖觸發(fā)也有助于動態(tài)均流當(dāng)需要同時串聯(lián)和并聯(lián)晶閘管時，通常采用先串后并的方法聯(lián)接晶閘管的并聯(lián)電力電子技術(shù)第二部分 電力電子器件電力MOSFET的并聯(lián)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力MOSFET并聯(lián)運行的特點Ron具有正溫度系數(shù)，具有電流自動均衡的能力，容易并聯(lián)