电力电子课件总结

1、电力电子装置及器件的保护电力电子装置及器件的保护过电压的产生及过电压保护电力电子装置可能的过电压电力电子装置可能的过电压 外因过电压外因过电压和内因过电压内因过电压外因过电压外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外因 (1) 操作过电压操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起 (2) 雷击过电压雷击过电压：由雷击引起过电压的产生及过电压保护内因过电压内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程 (1) ) 换相过电压换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电

2、压。 (2) ) 关断过电压关断过电压：全控型器件关断时，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。过电压保护措施过电压保护措施S图1-34FRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC图2-34过电压抑制措施及配置位置F避雷器D变压器静电屏蔽层C静电感应过电压抑制电容RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路RV压敏电阻过电压抑制器RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路RC4直流侧RC抑制电路RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路 电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种 其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴过电压

3、的产生及过电压保护过电压的产生及过电压保护 外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式见图。+-+-a )b )网侧阀侧直流侧图 1 - 3 5CaRaCaRaCd cRd cCd cRd cCaRaCaRa图RC过电压抑制电路联结方式a)单相b)三相RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧。过电压保护过电压保护 大容量电力电子装置可采用图所示的反向阻断式RC电路电力电子装置过电压抑制电路图1-36C1R1R2C2反向阻断式过电压抑制用RC电路保护电路参数计算可参考相关工程手册其他措施：用雪崩二极管、金属氧

4、化物压敏电阻、硒堆和转折二极管（BOD）等非线性元器件限制或吸收过电压过电压保护过电压保护过电流保护过电流保护过电流过载过载和短路短路两种情况 常用措施（图）负载触发电路开关电路过电流继电器交流断路器动作电流整定值短路器电流检测电子保护电路快速熔断器变流器直流快速断路器电流互感器变压器图1-37快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器。同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。过电流保护措施及配置位置采用快速熔断器快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最

5、广的一种过电流保护措施。选择快熔时应考虑：(1) 电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定。(2) 电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联 结形式确定。(3) 快熔的I 2t 值应小于被保护器件的允许I 2t 值。(4) 为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性。过电流保护过电流保护快熔对器件的保护方式：全保护全保护和短路保护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。短路保护方式：快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件（很难用快熔保护），需采用电子电路进行过电流保护。常在全控型器件的驱动

6、电路中设置过电流保护环节，响应最快 。过电流保护过电流保护缓冲电路缓冲电路缓冲电路缓冲电路（吸收电路）：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。 关断缓冲电路关断缓冲电路（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。 将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起复合缓复合缓冲电路冲电路。 其他分类法：耗能式缓冲电路耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路馈能式缓冲电路（无损吸收电路）。 通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将

7、开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路。缓冲电路作用分析缓冲电路作用分析 无缓冲电路： V开通时电流迅速上升，di/dt很大。 关断时du/dt很大，并出现很高的过电压。 有缓冲电路： V开通时：Cs通过Rs向V放电，使iC先上一个台阶，以后因有Li，iC上升速度减慢。 V关断时：负载电流通过VDs向Cs分流，减轻了V的负担，抑制了du/dt和过电压。a)b)图1-38RiVDLVdidt抑制电路缓冲电路LiVDiRsCsVDstuCEiCOdidt抑制电路无时didt抑制电路有时有缓冲电路时无缓冲电路时uCEiCdi/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a) 电路 b) 波形缓冲电路缓冲电

8、路电力电子器件器件的串联和并联使用电力电子器件器件的串联和并联使用晶闸管的串联晶闸管的串联晶闸管的并联晶闸管的并联目的目的：当晶闸管额定电压小于要求时，可以串联。问题问题：理想串联希望器件分压相等，但因特性差异，使器件电压分配不均匀。 静态不均压：串联的器件流过的漏电流相同，但因静态伏安特性的分散性，各器件分压不等。 承受电压高的器件首先达到转折电压而导通，使另一个器件承担全部电压也导通，失去控制作用。 反向时，可能使其中一个器件先反向击穿，另一个随之击穿。静态均压措施：静态均压措施： 选用参数和特性尽量一致的器件 采用电阻均压，Rp的阻值应比器件阻断时的正、反向电阻小得多。b)a)图1-41

9、RCRCVT1VT2RPRPIOUUT1IRUT2VT1VT2晶闸管的串联a)伏安特性差异b)串联均压措施晶闸管的串联晶闸管的串联动态均压措施：动态均压措施： 选择动态参数和特性尽量一致的器件。 用RC并联支路作动态均压。 采用门极强脉冲触发可以显著减小器件开通时间上的差异。晶闸管的串联晶闸管的串联晶闸管的并联晶闸管的并联目的目的：多个器件并联来承担较大的电流问题问题：会分别因静态和动态特性参数的差异而电流分配不均匀。均流措施：均流措施：l挑选特性参数尽量一致的器件。l采用均流电抗器。l用门极强脉冲触发也有助于动态均流。l当需要同时串联和并联晶闸管时，通常采用先串后并的方法联接。课程总结第1章

10、 变流电路分析基础 1.1 非正弦周期量表示方法 1.2 非正弦周期电量计算 非正弦周期量有两种数学表示方法： 分段表示法 富氏级数表示法。 非正弦周期量表示方法 优点： 分段表示法可以逐段表示非正弦周期量的实际波形和变化规律，是一种直观的表示方法。在变流电路研究中，分段表示法是一种具有实用价值的表示法。缺点： 不能写成一个闭合的函数表达形式。分段表示法优点： 可表述其平均值 可以看出含有哪些谐波成分 能写成一个闭合的函数表达形式 富氏级数是谐波分析的数学基础富氏级数表示法 非正弦周期电量计算 1.非正弦周期电量的平均值即直流分量2.2.非正弦周期电量的有效值均方根值3.波形系数、脉动系数、纹

11、波因数与畸变因数4.非正弦周期电流线性电路的平均功率（有功功率）第2章电力电子器件电力电子器件2.1 电力电子器件概述2.2 功率二极管2.3 晶闸管2.4 典型全控型器件 2.5 其他新型电力电子器件 1.1.晶闸管及其工作原理晶闸管及其工作原理 2.2.晶闸管的基本特性晶闸管的基本特性 3.3.晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数 4.4.晶闸管的派生器件晶闸管的派生器件晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理几点结论：几点结论：u具有单向导电性，承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。u在承受正向电压时，可通过门极控制开通。u晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。u要使晶闸管关断，只

12、能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下 。电流定额电流定额 通态平均电流通态平均电流 ITa 晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波最大工频正弦半波电流在一个周期内的平均值电流在一个周期内的平均值。称为晶闸管的额定电流。晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数如何选择晶闸管？(2 3)()mUUUm式中，为晶闸管实际承受的 断态或反向 重复最大电压； 晶闸管电流定额可按下式计算选择： 在实际应用中，选择晶闸管时，应从额定电压和额定电流两方面共同计算选择。 由于晶闸管承受瞬间过电压能力较差，因此选择晶闸管额定电压时，应留有充分的安全裕量，可按

13、下式计算选择：(1.5 2)1.57(1.5 2)VTTaTaVTIIII式中，为晶闸管通态平均电流；为安全裕量；为晶闸管实际通过电流的有效值交流电源回路电感效应(以三相半波可控整流电路换相过程为例进行分析)换相重叠角定义：换相过程持续的时间，用电角度g g 表示1.逆变的概念2.三相桥式变流器逆变工作状态3.逆变失败与最小逆变角的限制0。,2逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制什么是逆变失败什么是逆变失败（逆变颠覆）?逆变失败的原因是什么逆变失败的原因是什么? ?minmin第四章第四章 晶闸管交流变换电路晶闸管交流变换电路1. 1. 交交变频器交交变频器2. 2. 交流调压

14、电路交流调压电路3. 3. 其他交流电力控制电路1.交交变频器u交-交变频器实际上是由晶闸管全控整流电路组合而成的交流电路，通过对各全控整流电路输出电压大小和方向的组合控制，使负载得到一个电压和频率可控的交流电。u晶闸管交-交变频电路的基本结构、控制方式基本结构、控制方式和基本工作原理和基本工作原理2 .交流电力控制电路交流电力控制电路的结构 两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管 就可控制交流电力交流电力控制电路的类型交流调压电路交流调压电路: :交流调功电路交流调功电路: :交流电力电子开关交流电力电子开关: :每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值以交流电周期为单位控制

15、晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。第五章 晶闸管相控触发电路5.1 5.1 对相控触发电路的基本要求对相控触发电路的基本要求5.2 5.2 控制角控制角的移相控制方法的移相控制方法5.3 5.3 相控触发电路的同步方式及输出相控触发电路的同步方式及输出5.4 5.4 单结晶体管移相触发电单结晶体管移相触发电路路5.1 5.1 垂直移相相控触发电路举垂直移相相控触发电路举例例控制角控制角的移相控制方法的移相控制方法1.1.延时移相控制方法延时移相控制方法2.2.垂直移相控制方法垂直移相控制方法 线性垂直移相控制方法线性垂直

16、移相控制方法 余弦交点移相控制方法余弦交点移相控制方法相控触发电路的同步方式相控触发电路的同步方式独立同步按相同步单相同步第六章第六章 交交- -直直- -交变频电路基础交变频电路基础6.1 6.1 变频器的基本概念变频器的基本概念6.4 6.4 全控型器件逆变器全控型器件逆变器6.5 6.5 PWM控制技术控制技术1.变频器的电路构成整流器输入AC滤波器逆变器DCDCAC输出2.变频器的基本工作原理a)b)tS1S2S3S4iouoUduoiot1t2负载6.1 6.1 变频器的基本概念变频器的基本概念3.3.变频器中逆变器的基本类型变频器中逆变器的基本类型u按直流输入端滤波器分类电压型逆变器电流型逆变器u按电子开关的工作规律分类：导电型逆变器0120导电型逆变器018000660180当三相逆变器的 个电子开关按顺序相差导通，每个电子开关导通00660120当三相逆变器的 个电子开关按顺序相差导通，每个电子开关导通l180180导电方式导电方式 每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流纵向换流三相桥式电压型逆变