第二章 电力电子器件4.ppt

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1、电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院电 力 电 子 技 术Power Electronic TechnologyPower Electronic Technology2.11.1 2.11.1 电力电子器件的保护电力电子器件的保护2.11.2 2.11.2 缓冲电路缓冲电路2.11.3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热2.11.4 2.11.4 电感和电容电感和电容2.11 2.11 电力电子器件应用共性问题电力电子器件应用共性问题在使用电力电子器件时，除了要注意选择参数合适的器件、设计有效的驱动电路，还要采取必要的措施，进行过电压保护和过电流保护，同时还要抑制过大的di

2、/dt和du/dt。2.11.1 2.11.1 电力电子器件的保护电力电子器件的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和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)1)雷击过电压雷击过电压：由雷击引起2)2)操作过电压操作过电压：由分闸、合闸等开关操作引起。2.11.1 2.11.1 电力电子器件的保护电力电子器件的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)1)换换相相过过电电压压：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

3、感在器件两端感应出过电压。2)2)关关断断过过电电压压：开关器件关断时，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。除除压压敏敏电电阻阻、避避雷雷器器等等专专用用过过电电压压保保护护装装置置外外，RCRC过过电电压压抑抑制制电电路路最最为为常常见。见。2.11.1 2.11.1 电力电子器件的保护电力电子器件的保护大容量电力电子装置可采用下图所示的反反向向阻阻断断式式RCRC电路反向阻断式过电压抑制用RC电路2.11.1 2.11.1 电力电子器件的保护电力电子器件的保护2.11.1 电力电子器件的保护过电流过载和短路两种情况 常用措施有快速熔断器、快速断路器和过电流继电器电力电子变

4、换和控制系统运行不正常或发生故障时，可能会发生过电流，造成开关器件的永久性损坏。2.11.1 电力电子器件的保护对于全控器件来说，通过检测流过器件的电流来控制驱动电路是反应速度最快、最有效的过电流保护方法。缓冲电路缓冲电路（吸收电路）：吸收电路）：作作用用：抑制器件的内因过电压、d du u/d/dt t、过电流和d di i/d/dt t，减小器件的开关损耗关断缓冲电路（du/dt抑制电路）开通缓冲电路（d di i/d/dt t抑制电路）无特别说明时，通常缓冲电路专指关断缓冲电路，而开通缓冲电路叫做di/dt抑制电路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

5、路和馈能式缓冲电路（无损吸收电路）2.11.2 2.11.2 缓冲电路（缓冲电路（Snubber CircuitSnubber Circuit）缓冲电路作用分析缓冲电路作用分析2.11.2 2.11.2 缓冲电路（缓冲电路（Snubber Snubber CircuitCircuit）关断时的负载曲线关断时的负载曲线无缓冲电路时：u uCECE迅速升，L感应电压使VD通，负载线从A移到B，之后i iC C迅速下降，负载线随之移到C。该负载线可能超出安全区有缓冲电路时：Cs分流使i iC C在u uCECE开始上升时就下降，负载线经过D到达C2.11.2 2.11.2 缓冲电路（缓冲电路（Snu

6、bber Snubber CircuitCircuit）负载线ADC安全，且经过的都是小电流或小电压区域，关断损耗大大降低2.11.2 2.11.2 缓冲电路（缓冲电路（Snubber Snubber CircuitCircuit）RCD吸收电路RC吸收电路放电阻止型RCD吸收电路2.11.3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热 电力电子器件的损耗电力电子器件的损耗一般可以忽略低频工作时占主要成分高频工作占主要2.11.3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热 器件最大耗散功率决定于最高结温器件最大耗散功率决定于最高结温结温与内部功耗、热阻、散热条件等有关结温与内

7、部功耗、热阻、散热条件等有关通常需要加装散热器通常需要加装散热器考虑到器件体积大，温度分布可能不均匀，一般最高允考虑到器件体积大，温度分布可能不均匀，一般最高允许结温远低于其本征失效温度，即结温减额使用。许结温远低于其本征失效温度，即结温减额使用。2.11.3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热 散热设计的任务：散热设计的任务：根据器件的耗散功率根据器件的耗散功率PT设计一个具有适当热设计一个具有适当热阻的散热方式和散热器，以确保器件的管芯温度不高于额定结温阻的散热方式和散热器，以确保器件的管芯温度不高于额定结温TJM。在实际情况中常把总热阻分成三部分：第一部分为从管芯到管壳的

8、结结-壳壳热热阻阻，第二部分为从管壳到散热器的接接触触热热阻阻，第三部分为从散热器到环境的散热器热阻散热器热阻。2.11.3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热对器件用户来说，结结-壳壳热热阻阻是不能改变的一个参数。接接触触热热阻阻决定于器件的封装形式、界面平整度和散热器的安装压力，管壳与散热器之间是否加绝缘垫片和导热脂。一般情况下，增加安装压力可减小接接触触热热阻阻。在管壳和散热器之间涂导热脂也可减小接触热阻，但加绝缘垫片会增加接触热阻。尽量选用导热性好的材料，并涂敷导热脂。散热器热阻与散热器材料、形状、表面状况、功耗元件的安装位置以及冷却介质的性质等多种因素有关。2.11.

9、3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热散热器采用指状或枝状结构，可增加散热面积。强迫风冷是降低散热器热阻的一种有效形式，常用的风风冷冷和自然冷却散热器由铝板或铝型材料制成。使用液体作为散热介质的液液冷冷方式对于降低热阻的效力更高，所用的散热器体积更小，特别适用于特大功率耗散情况。2.11.3 2.11.3 电力电子器件的散热电力电子器件的散热使用风机降低散热器温度目前有两种控制方式：一种是风机与装置同步工作，适合于负载基本不变的情况，如PC机电源；另一种是风机的起、停受装置的内部温度（尤其是散热器的温度）控制。这种方式适合负载变化的情况，例如以蓄电池为后备电源的整流装置。该控制

10、方式在达到降温目的的同时，能大大提高风机的寿命，进而提高整个装置的寿命。2.11.4 2.11.4 电感电容电感电容电感电感是电力电子电路中常用的元件，由于它的电流、电压相位不同，因此理论损耗为零，故常用作储能元件，也常与电容共用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流。由于“磁通连续”性，电感上的电流必须是连续的电容电容是电子线路中应用非常广泛的电子元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件，但对频率的特性却刚好相反。应用在电力电子电路上，主要是“吸收”纹波，具有平滑电压波形的作用。电容的种类也多种多样，在电力电子主回路中，主要用到铝电解电容和无感电容2.11.4 2.11.4 电感电容电感电容一般都要在功率管两端并联吸收电路，如RC和RCD电路。在这其中电容是很关键的吸收元件，但实际的电容等效电路上有一个串联的电感，因此难以实现很好的吸收电压尖峰的效果。吸收电路一般要用无感电容