第6章电力电子技术应用中的 些问 F
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
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
6.1变换器的保护
6.1 变换器的保护
6.1.1过压保护 1.引起过压的原因 (1)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。 (2)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。 (3)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。 (4)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
6.1.1 过压保护 1. 引起过压的原因 (1) 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。 (2) 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。 (3) 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。 (4) 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
2.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,当达到一定过压值时,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
2. 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
主电路 交流侧 直流侧 避接阻电 元器件阻容吸收 阻压 雷地容敏 容敏 器电吸电 吸电 容收阻 收阻 ■图6-1过压保护方法的原理图
图6-1 过压保护方法的原理图
(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
(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
（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
图6-2几种RC阻容保护电路的接法
图6-2 几种RC阻容保护电路的接法
■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 C≥6×%x (μF) R≥23×02x/% (6-2) 式中S_变压器每相平均计算容量,单位为vA U,变比器二次侧相电压有效值,单位为V a%—变压器励磁电流百分值,10-100VA的变 器其值为4~10 l%—变压器的短路电压百分值,10~1000KVA的 变压器其值为5~10
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VA U2—变比器二次侧相电压有效值，单位为V i o％—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5～10 6 % (µF) 2 2 o U S C ≥ ×i × ( ) %% 2.3 ok 22 ≥ × × Ω iu SU R