第章电力电子技术应用中的一些问题

第6章

电力电子技术应

用中的一些问题

主要内容：变换器的保护电路，保护电路包括过压保护、过流保护和电压上升率、电流上升率的限制。电力电子器件散热器的设计，散热器的热传导原理和选择散热器的方法。负载谐振变换器、谐振式开关变换器、谐振式直流耦合变换器、高频耦合半周合成变换器。零电压/零电流谐振变换器的工作原理。

7/2/20236.1变换器的保护

6.1.1过压保护1.引起过压的原因操作过电压：由拉闸、合闸、快速直流开关的切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。浪涌过压：由雷击等偶然原因引起，从电网进入变换器的过压。电力电子器件关断过电压：电力电子器件关断时产生的过压。在电力电子变换器-电动机调速系统中，由于电动机回馈制动造成直流侧直流电压过高产生的过压。也称为泵升电压。7/2/20232.过压保护方法过压保护的基本原则是：根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的附加电路，当达到—定过压值时，自动开通附加电路，使过压通过附加电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。保护电路形式很多，也很复杂。

图6-1过压保护方法的原理图7/2/2023(1)雷击过压可在变压器初级接避雷器加以保护。(2)二次电压很高或电压比很大的变压器，一次侧合闸时，由于一次、二次绕组间存在分布电容，高电压可通过分布电容耦合到二次侧而出现瞬时过压。可采取变压器附加屏蔽层接地或变压器星形中点通过电容接地的方法来减小。(3)泵升电压保护当电动机回馈制动时，电动机的动能转换成电能回馈到直流侧，引起直流侧电压升高，当电压升高到一定值时，会造成变换器的过电压。通常采用开关电路将能量消耗在电阻上。（4）阻容保护电路将电容并联在回路中，当电路中出现电压尖峰电压时，电容两端电压不能突变的特性，可以有效地抑制电路中的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡。RC阻容保护电路可以设置在变换器装置的交流侧、直流侧。也可将RC保护电路直接并在主电路的元件上，有效地抑制元件关断时的关断过压，其接法如图6-2所示。7/2/2023图6-2几种RC阻容保护电路的接法7/2/2023在单相变压器次级绕组边加入的并联阻容保护电路如图6-2(a)所示，其R、C的计算公式为(6-1)(6-2)式中S—变压器每相平均计算容量，单位为VAU2—变比器二次侧相电压有效值，单位为V

io％—变压器励磁电流百分值，10～1000KVA的变压器其值为4～10

uk％—变压器的短路电压百分值，10～1000KVA的变压器其值为5～107/2/2023电容C的交流耐压≥1.5UC，UC为正常工作时阻容两端交流电压有效值。电阻R的功率PR的计算可根据以下经验公式估算：(6-3)(6-4)式中UC—正常工作时阻容两端交流电压有效值

IC—正常工作时阻容两端交流电流有效值对图6-2(b)所示的三相电路，变压器二次绕组和阻容保护电路均采用Y形联接的方法，它的R、C计算公式可直接引用单相时的计算式。7/2/2023图6-2(c)所示的三相电路、变压器二次侧为Y联结，而阻容保护电路为Δ形联接。对此，可首先按式(6-l)和式(6-2)计算出Y形联接时的阻容值R、C，然后进行Y、Δ联接变换，求得Δ联接时相应的阻容值，即(6-5)(6-6)对于大容量的变换器，三相阻容保护装置可采用图6-2(d)所示的三相整流式阻容保护电路。虽然多用了一个三相整流桥，但只需一个电容，而且由于只承受直流电压，故可采用体积小、容量大的电解电容。再者还可以避免变换器中的电力电子器件导通瞬间因保护电路的电容放电电流所引起的过大的di/dt。RC的作用是吸收电容上的过电压能量。7/2/2023如图6-2(e)所示，阻容保护接在交流装置的直流侧，可以抑制因熔断器或直流快速开关断开时造成的直流侧过压，其阻容值可按以下经验公式估算(6-7)(6-8)式中k=1.5，Ud是直流端电压。电容器耐压UC>1.6Ud，电阻功率是(6-9)7/2/2023(5迹)外非线重性电啄阻保马护。非线皆性电芹阻具壁有近痒似稳唇压管铃的伏柜安特洞性，冻可把矿浪涌丸电压叫限制腰在电猪力电恒子器净件允插许的革电压识范围第。现叫在常拖采用伤压敏熔电阻邻实现茅过压腿保护牌。压敏嫁电阻诞是一锐种金挤属氧荡化物楚的非泡线性扁电阻阳，它少具有渗正、戏反两炭个方扑向相汪同但趁很陡心的伏献安特趁性。正常凝工作问时漏拜电流悔很小浮(微逃安级臣)，租故损狠耗小园。当内过压纳时，绍可通侦过高狠达数塑千安程的放赖电电控流IY，因此攀抑制社过压制的能遇力强叛。此舰外，首它对焦浪涌动电压耀反应禁快，量而且盖体积失小，旺是一压种较猫好的哪过压烦保护放器件究。它的弊主要苏缺点未是持江续平治均功小率很骂小，武如正坛常工珍作电炎压超星过它醒的额膝定值杠，则穿在很以短时昌间内达就会滴烧毁典。6/私27它/2喝02踏3图6搬-3然压贤敏电艳阻的见伏安嗽特性由于侵压敏攀电阻猎的正戚、反叛向特承性对得称，次因此瓦单相济电路睛只需勇一个隔，三帐相电板路用伍3个泳，联坑接成Y形或Δ形。亡如图哪6-榆4明所示图6掉-4扑压觉敏电魄阻保们护的殿接法6/谋27赵/2慈02缝3压敏嗽电阻热的主贯要参艘数：①管额定徐电压U1m能A指漏拌电流扮为1mA时的跪电压需值。②港残压赞比UY／U1m荣AUY为放美电电滑流达葬规定差值IY时的冬电压覆。③搜允许高的通泳流容塌量逃指首在规捕定的杂波形冷下(耕冲击惹电流制前沿康10μs氧，持续进时间孙20μs渡)允许短通过斥的浪穴涌电边流。压敏统电阻碍选用怖方法底：①剥额定甩电压量为(压敏典电阻合承受杠工作士电压典的峰书值)雅(6证-1蛛0)②Uy值由断被保变护元捧件的度耐压嚷值决伪定。③箩通流叮容量合应大枕于实杯际的叫浪诵淹电流杠。但栏实际地浪涌勇电流圆很难线计算活，故维一般哲当变伞压器调容量重大、拔距外遇线路溪近、没无避腔雷器导时应哪尽可刷能取约大值形。压妄敏电胸阻在利二极贺管整惰流设策备上玩可代饶替全产部的案阻容目保护钱，在言晶间胳管可丛控整咬流器颤上可扁代替针交流仪侧、膊直流威侧的炮阻容筹保护嗽。总拣的来厅说，辉压敏矿电阻早只能编用作宾过压宣保护扎，不疗能作du/dt保护蛇。6/箩27鼓/2醋02刺36.朴1.鱼2过流足保护1.向引贴起过流的原悬因当电吊力电夹子变萍换器印内部肤某一柏器件押击穿工或短拖路、恩触发剖电路露或控雀制电异路发姨生故拨障、功出现肌过载旧、直麦流侧支短路沉、可某逆传贷动系张统产怕生环赴流或曲逆变吧失败修，以钉及交缠流电集源电唤压过肢高或泡过低尸、缺啊相等盟，均妇可引偏起变刻换器园内元舌件的未电流笔超过坟正常趁工作饮电流重，即圾出现粗过流俭。由钓于电桃力电摊子器基件的收电流敞过载薯能力卫比一名般电惊气设艇备差齿得多凑，因问此，饥必须短对变吊换器玩进行厚适当识的过路流保峡护。途变换父器的补过流绍一般培主要尽分为弱两类雾：过谜载过货流和怨短路泼过流胡。2.择过流保护爱的方电法6/费27叉/2讯02党3(1测)支交流隆进线祥电抗总器(演图中介的L)膊，或采参用漏壁抗大片的整奥流变恼压器祸，利倡用电华抗限副制短扮路电帮流。剩但正元常工旦作时打有较摘大的寻交流瞎压降撞。(2熔)酬电流首检测茫装置菊(图系中的B)慨。过流稼时发变出信楚号，单过流券信号休一方蜜面可先以封乓锁触或发电银路，掌使变姨换器毒的故推障电佣流迅狮速下友降至疾零，找从而浩有效秆抑制杰了电糕流。扑另一堪方面栗控制虎过电壤继电酬器，让使交使流接楚触器体触点矩跳开迟，切怖断电躺源。悉但过笛流继殿电器惰和交啦流接鼠触器忽动作后都需迷一定凭时间休(1效00妹～2愧00ms喘)。故只废有电遗流不缓大的膛情况满这种蓬保护浪才能乌奏效此。(3愤)僻直流座快速坚开关访(图梳中的QDC培F)。对于堡大、四中容盾量变旦换器悉，快哀速熔膨断器左的价吧格高理且更穴换不享方便社。为封避免沸过流确时烧仔断快虑速熔油断器级，采生用动合作时库间只禽2ms的直索流快局速开纤关，惜它可权先于啊快速浅熔断烛器动距作而奸保护排电力寺电子害器件梦。6/剑27层/2傲02哭3(4艳)草快速轮熔断渡器(桑图中供的FU拴F)快速吩熔断净器是台防止欣变换戏器过撕流损签坏的忠最后栗一道趁防线就。在管晶闸梨管变敬换器午中，图快速懒熔断掏器是卷应用拣最普耗遍的嫁过流豆保护碗措施众，可餐用于碰交流脉侧、靠直流谅侧和麻装置竞主电贞路中乌。其都中交航流侧全接快摔速熔征断器黄能对势晶闸总管元滑件短芬路及透直流经侧短折路起像保护王作用共，但检要求视正常饿工作境时，卸快速刺熔断伪器电吵流定扶额要苍大于且晶闸往管的放电流酷定额贝，这江样对厨元件朗的短麦路故沸障所妇起的古保护纱作用崖较差攀。直午流侧布接快川速熔告断器康只对随负载磨短路缸起保温护作醒用，拢对元勺件无芬保护绞作用求。只砍有晶遭闸管悬直接则串接租快速骡熔断再器才蔑对元设件的艰保护拳作用孩最好堆，因氧为它舞们流颂过同司—个颗电流酷．因茫而被含广泛乔使用警。图6眠-6判快引速熔歇断器播在电细路中筒的接彼法6/帐27迹/2编02晚3与晶宅闸管约串联违的快丧速熔晕断器居的选损用原虾则：①愤快速冷熔断句器的呼额定害电压胶应大索于线傲路正果常工额作电近压有眯效值舌。②当快速蚁熔断扛器熔虫体的爱额定蚂电流IKR是指剥电流泪有效携值，块晶闸维管额吓定电毁流是醋指通跌态电辽流平胀均值朴。选卸用时遭要求(6其-1能1)式中IT(死AV妙)—晶闸车管通决态电捎流平负均值IKR—快速生熔断妥器的妄熔体追额定离电流IT—流过虚晶闸含管的愧电流栽有效筹值③串熔断嚷器(咱安装娇熔体小的外斩壳)热的额筐定电营流应犹大于派或等守于熔忠体额宅定电礼流值校。值得秒指出斑的是芦，一毫般装陡置中嫁多采楼用过感流信贪号控猪制触览发脉现冲的贵方法礼抑制督过流旦，再早配合恶采用外快熔吨，使骨快熔赖作为钓过流剩保护讲的最波后措饭施。6/叉27抱/2彻02城31.电压系上升点率du／dt的限勿制(1芬)产生就电压疑上升平率du／dt的原鸡因由电仿网侵音入的酷过电鸟压。由于伟电力烫电子羡器件哗换相箭时产挺生的du／dt(2银)电压颈上升麦率du／dt的限筝制方鼻法阻容渣保护竞线路侄同串格接的嗓电感歪一起控在出岭现电暑压突弄变时益，能竟起到烛限制西电压莫上升役率du/dt的作甚用。变换凯器交颠流侧赢如有允整流详变压阔器和奶阻容上保护觉电路先，则错变压译器漏毯感和胆阻容颈电路副同样扭能起设到衰听减侵正入过遇电压锅，减榴小过冠电压煤上升鄙率的铅作用利。在无懂整流武变压倡器的博变换弯器中样，则炮应在奴电源关输入笛端串墓入交贞流进呈线电篮感LT，配合代阻容崖吸收曲装置晃对du/dt进行习抑制直。6.肆1.稿3电压压上升陪率、获电流缺上升斗率的御限制6/牌27浊/2蠢02宴32.电流针上升崖率di／dt