电力电子的外围电路

电力电子器件的外围电路4.1电力电子器件驱动电路4.2电力电子器件器件的保护4.1.1电力电子器件驱动电路概述驱动电路——主电路与控制电路之间的接口将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号4.1.1电力电子器件驱动电路概述驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离光隔离一般采用光耦合器磁隔离的元件通常是脉冲变压器图1-25光耦合器的类型及接法a)普通型b)高速型c)高传输比型ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R14.1.2晶闸管的触发电路作用：产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通广义上讲，还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路晶闸管触发电路应满足下列要求：触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通；触发脉冲应有足够的幅度；不超过门极电压、电流和功率定额，且在可靠触发区域之内；应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离；4.1.2晶闸管的触发电路ItIMt1t2t3t4图1-26理想的晶闸管触发脉冲电流波形t1~t2脉冲前沿上升时间（1s）t1~t3强脉宽度IM强脉冲幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脉冲宽度I脉冲平顶幅值（1.5IGT~2IGT）4.1.2晶闸管的触发电路TMR1R2R3V1V2VD1VD3VD2R4+E1+E2V1、V2构成脉冲放大环节脉冲变压器TM和附属电路构成脉冲输出环节V1、V2导通时，通过脉冲变压器向晶闸管的门极和阴极之间输出触发脉冲VD1和R3是为了V1、V2由导通变为截止时脉冲变压器TM释放其储存的能量而设图1-27常见的晶闸管触发电路4.1.3典型全控型器件的驱动电路1.电流驱动型器件的驱动电路GTOGTO的开通控制与普通晶闸管相似，但对脉冲前沿的幅值和陡度要求高，且一般需在整个导通期间施加正门极电流使GTO关断需施加负门极电流，对其幅值和陡度的要求更高，关断后还应在门阴极施加约5V的负偏压以提高抗干扰能力OttOuGiG图1-28推荐的GTO门极电压电流波形返回4.1.3典型全控型器件的驱动电路驱动电路通常包括开通驱动电路、关断驱动电路和门极反偏电路三部分，可分为脉冲变压器耦合式和直接耦合式两种类型直接耦合式驱动电路可避免电路内部的相互干扰和寄生振荡，可得到较陡的脉冲前沿，因此目前应用较广，但其功耗大，效率较低4.1.3典型全控型器件的驱动电路典型的直接耦合式GTO驱动电路：•二极管VD1和电容C1提供+5V电压•VD2、VD3、C2、C3构成倍压整流电路提供+15V电压•VD4和电容C4提供-15V电压•V1开通时，输出正强脉冲•V2开通时输出正脉冲平顶部分•V2关断而V3开通时输出负脉冲•V3关断后R3和R4提供门极负偏压50kHz50VGTON1N2N3C1C3C4C2R1R2R3R4V1V3V2LVD1VD2VD3VD4图1-29典型的直接耦合式GTO驱动电路4.2电力电子器件器件的保护4.2.1过电压的产生及过电压保护4.2.2过电流的产生及过电流保护4.2.3缓冲电路（SnubberCircuit）4.2.1过电压的产生及过电压保护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中的操作过程等外因(1)操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起(2)雷击过电压：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(1)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压(2)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4.2.1过电压的产生及过电压保护过电压保护措施图1-34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S图1-34FRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC4.2.2过电流的产生及过电流保护过电流——过载和短路两种情况常用措施（图1-37）图1-37过电流保护措施及配置位置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1-374.2.3缓冲电路（SnubberCircuit）缓冲电路（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（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将关断缓冲电路和开通缓冲电路结合在一起——复合缓冲电路其他分类法：耗能式缓冲电路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）通常将缓冲电路专指关断缓冲电路，将开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路返回4.2.3缓冲电路（SnubberCircuit）缓冲电路作用分析1.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2.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uCEiC图1-38di/dt抑制电路和充放电型RCD缓冲电路及波形a)电路b)波形