电力电子技术笔记(7) |
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目录 过电压的产生及过电压保护 1、引起过电压的原因 2、过电压保护措施 3、RC参数的计算 4、采用压敏电阻的过压保护 过电流保护 1、过流保护电子电路 2、交流侧过流继电器保护 3、直流快速断路器保护 4、快速熔断器 缓冲电路 分类 1、BJT的开关波形与缓冲电路 2、耗能式缓冲电路 3、馈能式缓冲电路 过电压的产生及过电压保护正向过电压将产生误导通。反向过电压则晶闸管被击穿,造成永久性损坏。 1、引起过电压的原因电力电子装置可能的过电压——外因过电压和内因过电压 外因过电压:主要来自雷击和系统操作过程等外因 操作过电压:由分闸、合闸等开关操作引起雷击过电压(浪涌过电压):由雷击引起内因过电压:主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 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,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:全控型器件高频工作关断时,因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。 2、过电压保护措施过电压保护的基本原则是,消耗过电压储存的电磁能量。
T——变压器 F——避雷器,D——变压器静电屏蔽器,C——静电感应过电压抑制电容(接地电容), 电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种。 其中 雷击过电压可在变压器初级加接避雷器(F)加以保护。 变比大的变压器,存在分布电容,加屏蔽层(D)接地。 阻容保护电路抑制电路中的过电压,电阻能消耗部分的过电压能量,电容抑制过电压的产生。RC在变流器装置的交流侧、直流侧、并在元件上。RC有效地抑制元件关断时的关断过电压。 3、RC参数的计算![]() 在单相变压器次级绕组边并联阻容保护电路,其R、C的计算公式为:
S为变压器每相容量; 对于雷击或更高的浪涌电压,采用压敏电阻等非线性电阻进行保护。 压敏电阻正、反两个方向相同、比较陡的伏安特性: ![]() 作用:把浪涌电压限制在器件允许的电压范围。 由于压敏电阻的正、反向特性对称,因此单相电路只需一个,三相电路联结成Y形或 ![]() 压敏电阻选用方法: 额定电压:当变压器容量大、距外线路近、无避雷器时通流容量应尽可能取大值。 压敏电阻只能作过压保护,不能作du/dt保护。 过电流保护过电流——过载和短路两种情况 保护措施 ![]() 同时采用几种过电流保护措施,提高可靠性和合理性。 1、过流保护电子电路电子电路作为第一保护措施,反应最快。对重要的且易发生短路的晶闸管设备,或全控型器件,需采用电子电路进行过电流保护。 2、交流侧过流继电器保护过电流继电器整定在过载时动作,通过电流检测装置,过流时,控制过电流继电器,使交流断路器触点跳开,切断电源。 3、直流快速断路器保护
快速熔断器FUF是防止器件过流损坏的最后一道防线,是晶闸管变流装置中应用最普遍的过电流保护措施。 快速熔断器FUF可用于交流侧、直流侧和装置主电路中,具体接法如下图所示: 与器件串联的快速熔断器的选用原则是: 快速熔断器的额定电压应大于线路正常工作电压有效值。快速熔断器的熔体额定电流快熔对器件的保护方式:全保护和短路保护两种 全保护:过载、短路均由快熔进行保护,适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。短路保护:快熔仅作为短路时的部分区段的保护,只在短路电流较大的区域起保护作用。常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节,响应最快。 缓冲电路缓冲电路(Snubber Circuit):又称吸收电路,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,避免器件二次击穿和抑制电磁干扰,提高电路的可靠性。 分类根据关断开通状态分类: 关断缓冲电路(du/dt抑制电路)——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)——抑制器件开通时的电流过冲和di/dt,减小器件的开通损耗。复合缓冲电路——关断缓冲电路和开通缓冲电路的结合。按能量的去向分类:耗能式缓冲电路(电阻损耗掉能量,电路简单,但效率低)和馈能式缓冲电路(无损吸收电路,能量以适当的方式再提供给负载或回馈给供电电源,效率高但复杂很多)。 通常将缓冲电路专指关断缓冲电路,将开通缓冲电路(用得较少)叫做di/dt抑制电路。 1、BJT的开关波形与缓冲电路从BJT的开关波形可以看出,出现集电极电压 从BJT的负载轨迹线看,开通和关断时很可能超过了安全工作区,应采用开通和关断缓冲电路。 解决方法:开通时di/dt不要太大,可以利用电感的电流不能突变的特性,在电路中串接电感,令负载轨迹从A到C;关断时du/dt不要太大,可以利用电容两端电压不能突变的特性,在开关装置两端并联电容,令负载轨迹从C到A。 ![]() BJT缓冲电路的工作原理: BJT(GTR)以一定的开关频率工作。当BJT导通时,负载电流 ![]() 2、耗能式缓冲电路 关断缓冲电路 ![]() 原理分析:由电阻、电容和二极管网络组成并与BJT开关并联连接。BJT关断时,负载电流经 加入缓冲电容后,BJT功耗下降,但缓冲电路功耗增加。因为当下一次BJT开通时,电容 ![]() ![]() 无缓冲电容时,集电极电压上升时间极短,出现大的瞬时关断损耗;当缓冲电容 开通缓冲电路 开通缓冲电路称为di/dt抑制电路,用串联电感缓冲。 ![]() 开通缓冲电路由电感和 ![]() 在开通的瞬间 ![]() 复合缓冲电路 ![]() ![]()
开通时,减少 明显地改变了集电极电压和电流同时出现最大值的情况。 ![]() 可分为无源的和有源的两种方式。下面介绍无源馈能式缓冲电路。 馈能式关断缓冲电路 ![]()
开通时,电容 馈能式开通缓冲电路 ![]() 耦合电感匝比为1:N,一次侧起抑制 馈能式复合电路 BJT关断时,缓冲电容器 BJT开通时,电感 ![]()
当BJT再次关断时,电容 ![]() 充放电型RCD缓冲电路,适用于中等容量的场合。 ![]() 另外两种常用的缓冲电路 ![]() 其中RC缓冲电路主要用于小容量器件,而放电阻止型RCD缓冲电路用于中或大容量器件。 |
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