電力電子器件保護

電力電子器件器件的保護

1.7.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護

1.7.2過電流保護

1.7.3緩沖電路（SnubberCircuit）1.7過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護1.電力電子裝置過電壓

1.7.1

1)過電壓原因

?外因過電壓

(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：由雷擊引起一、二次繞組間存在分布電容，一次側(cè)合閘瞬間，高壓通過分布電容耦合到二次側(cè)，使二次側(cè)出現(xiàn)過電壓。突然斷開一次側(cè)開關(guān)，產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動勢，二次側(cè)感應(yīng)出市電壓。其它設(shè)備分斷時，變壓器漏抗和線路分布電感形成過電壓，施加于晶閘管。(1)換相過電壓

(2)關(guān)斷過電壓

原因:

線路電感→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→兩端感應(yīng)出高電壓。

原因:全控型器件關(guān)斷時，正向電流迅速降低→線路電感→器件兩端感應(yīng)出的過電壓。電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程引起內(nèi)因過電壓2.過電壓保護措施過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護

1.7.1

RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路

RC3和RCD→抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路1)常用保護電路2)RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護

1.7.1

說明: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)。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）等非線性元器件限制或吸收過電壓大容量電力電子裝置可采用下圖所示的反向阻斷式RC電路反向阻斷式過電壓抑制用RC電路保護電路參數(shù)計算可參考相關(guān)工程手冊過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護

1.7.1

過電流保護1.過電流形式—過載和短路1.7.2電網(wǎng)電壓波動過大；內(nèi)部管子損壞或觸發(fā)電路故障，引起兩相短路；整流電路直流側(cè)出現(xiàn)短路、逆變失敗引起短路；環(huán)流過大、控制系統(tǒng)故障。過電流原因舉例過電流保護

過電流保護措施及配置位置1.7.22.常用保護措施1)快速熔斷器、直流快速斷路器和過電流繼電器。選擇快熔原則：(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I2t值應(yīng)小于被保護器件的允許I2t值。(4)為保證熔體在正常過載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時間電流特性。過電流保護1.7.23)同時采用幾種過電流保護措施，提高可靠性和合理性。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時動作。2)過電流保護電子電路用電子電路進行過電流保護→響應(yīng)快。適應(yīng):重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備或全控型器件(很難用快熔保護),緩沖電路（SnubberCircuit）1.緩沖電路(吸收電路)作用1.7.31)關(guān)斷緩沖電路（du/dt抑制電路）——吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。。抑制器件的內(nèi)因過電壓、dv/dt、過電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。2.緩沖電路類型2)開通緩沖電路（di/dt抑制電路）——抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小器件的開通損耗。3)復(fù)合緩沖電路4)其他分類法：關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合3.緩沖電路作用分析?無緩沖電路影響V開通時電流迅速上升,di/dt很大關(guān)斷時du/dt很大,產(chǎn)生高過電壓耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路（無損吸收電路）1)RCD緩沖電路?緩沖電路作用di/dt抑制電路和緩沖電路（SnubberCircuit）1.7.3V開通時:Cs經(jīng)Rs向V放電→加快V開通

Li作用→iC上升速度減慢。V關(guān)斷時：負載電流通過VDs經(jīng)Cs分流→流過V電流減少→抑制了du/dt和過電壓。?RCD緩沖電路另一接法(用于中大容量器件)RCD吸收電路2)RC吸收電路(主要用于小容量器件)RC吸收電路4.緩沖電路中的元件選擇要求Cs和Rs的取值可實驗確定或參考工程手冊。VDs快恢復(fù)二極管，額定電流≮主電路器件的1/10。盡量減小線路電感，用內(nèi)部電感小的吸收電容。中小容量場合，若線路電感較小，可只在直流側(cè)du/dt抑制電路。

對IGBT可以僅并聯(lián)一個吸收電容。晶閘管在實用中一般只承受換相過電壓，沒有關(guān)斷過電壓，關(guān)斷時也沒有較大的du/dt，一般采用RC吸收電路。緩沖電路（SnubberCircuit）1.7.3電力電子器件器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用

1.8.1晶閘管的串聯(lián)

1.8.2晶閘管的并聯(lián)

1.8.3電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點1.8晶閘管的串聯(lián)目的:當(dāng)晶閘管額定電壓小于要求時→串聯(lián)解決

1.8.1

問題:要求器件均壓→特性分散性→器件電壓分配不均勻1)失控:承受電壓高的器件先達到轉(zhuǎn)折電壓而導(dǎo)通→另一個器件承擔(dān)全部電壓也導(dǎo)通2)反向擊穿:承受反壓高器件先擊穿→另一個隨之擊穿1.概述2.不均壓影響3.靜態(tài)均壓措施a)伏安特性差異b)串聯(lián)均壓措施晶閘管的串聯(lián)

1.8.1

選用參數(shù)和特性盡量一致的器件均壓電阻阻值應(yīng)遠小于器件阻斷時的正、反向電阻晶閘管的并聯(lián)1)目的：多個器件并聯(lián)來承擔(dān)較大的電流1.8.22)問題：靜態(tài)和動態(tài)特性參數(shù)差異→電流分配不均勻2.

均流措施選用特性參數(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)接方法1.概述電力MOSFET和IGBT并聯(lián)運行的特點3.電力MOSFET并聯(lián)運行的特點1.8.3

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)選用Ron、UT、Gfs和Ciss盡量相近的器件并聯(lián)電路走線和布局應(yīng)盡量對稱在源極電路中串入小電感→均流電抗器作用

4.IGBT并聯(lián)運行的特點在1/2或1/3額定電流以下的區(qū)段，通態(tài)壓降具有負的溫度系數(shù)。在上述區(qū)段具有正溫度系數(shù)→并聯(lián)使用時也具有電流的自動均衡能力→易于并聯(lián)。本章小結(jié)1.主要內(nèi)容2.電力電子器件類型

電力電子器件分類“樹”?主要電力電子器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本特性和主要參數(shù)等電力電子器件的驅(qū)動、保護和串、并聯(lián)使用

?單極型：電力MOSFET和SIT

雙極型：電力二極管、晶閘管、GTO、GTR和SITH

復(fù)合型：IGBT和MCT?電壓驅(qū)動型本章小結(jié)電流驅(qū)動型

特點：輸入阻抗高，驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單，工作頻率高.特點：具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)→通態(tài)壓降低→導(dǎo)通損耗小工作頻率較低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路較復(fù)雜.當(dāng)前技術(shù)狀況

IGBT為主體，第四代產(chǎn)品，制造水平2.4kA/6.5