電力電子器件驅(qū)動(dòng)與保護(hù)ppt課件

1、第四講一、電力電子器件的驅(qū)動(dòng)一、電力電子器件的驅(qū)動(dòng)二、電力電子器件的保護(hù)二、電力電子器件的保護(hù)一、一、 電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)電力電子器件器件的驅(qū)動(dòng)1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)：按控制目標(biāo)的要求施加開通或關(guān)斷的信號(hào)。對(duì)半控型器件只需提供開通控制信號(hào)。對(duì)全控型器件則既要提供開通控制信號(hào)，又要提供關(guān)斷控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路主電路與控制電路之間的接口主電路與控制電路之間的接口1 電力電子器

2、件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述 驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路與主電路之間的電氣隔離環(huán)節(jié)，一般采用光隔離或磁隔離。 光隔離一般采用光耦合器 磁隔離的元件通常是脈沖變壓器ERERERa)b)c)UinUoutR1ICIDR1R1圖1-25 光耦合器的類型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高傳輸比型1 電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路概述v按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的性質(zhì)分，可分為電流驅(qū)動(dòng)型和電壓驅(qū)動(dòng)型。v驅(qū)動(dòng)電路具體形式可為分立元件的，但目前的趨勢(shì)是采用專用集成驅(qū)動(dòng)電路。v雙列直插式集成電路及將光耦隔離電路也集成在內(nèi)的混合集成電路。v為達(dá)到參數(shù)最佳配合，首選所用器件生產(chǎn)廠家專門開發(fā)的集成驅(qū)

3、動(dòng)電路。分類分類2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路v作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。v晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：求：v脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通。導(dǎo)通。v觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度。v不超過(guò)門極電壓、電流和功率不超過(guò)門極電壓、電流和功率定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。定額，且在可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)。v有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)有良好的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。定性及與主電路的電氣隔離。tIIM

4、t1t2t3t4圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1t2脈沖前沿上升時(shí)間（1s）t1t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值3IGT5IGT）t1t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值1.5IGT2IGT）晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路2 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管的觸發(fā)電路vV3、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)。v脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)。v V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。圖1-27 常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(1) GTOGTO的開通控制與普通晶閘的開通控制與普通晶閘管相似。管相似

5、。GTO關(guān)斷控制需施加負(fù)門極關(guān)斷控制需施加負(fù)門極電流。電流。圖1-28推薦的GTO門極電壓電流波形OttOuGiG1) 電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電流驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路正的門極電流5V的負(fù)偏壓 GTO驅(qū)動(dòng)電路通常包括開通驅(qū)動(dòng)電路、關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路和門極反偏電路三部分，可分為脈沖變壓器耦合式和直接耦合式兩種類型。3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路直接耦合式驅(qū)動(dòng)電路可避免電路內(nèi)部的相互干擾和寄生振蕩，可得到較陡的脈沖前沿。目前應(yīng)用較廣，但其功耗大，效率較低。圖1-29 典型的直接耦合式GTO驅(qū)動(dòng)電路3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路開通驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)使GTR處于準(zhǔn)飽和導(dǎo)

6、通狀態(tài)，使之不進(jìn)入放大區(qū)和深飽和區(qū)。關(guān)斷GTR時(shí)，施加一定的負(fù)基極電流有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。關(guān)斷后同樣應(yīng)在基射極之間施加一定幅值6V左右的負(fù)偏壓。tOib 圖1-30 理想的GTR基極驅(qū)動(dòng)電流波形(2) GTR3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路，包括電氣隔離和晶體管放大電路兩部分。VD1AVVS0V+10V+15VV1VD2VD3VD4V3V2V4V5V6R1R2R3R4R5C1C2圖1-31GTR的一種驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)GTR的集成驅(qū)動(dòng)電路中，THOMSON公司的 UAA4002和三菱公司的M57215BL較為常見(jiàn)。3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控

7、型器件的驅(qū)動(dòng)電路電力MOSFET和IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電路輸出電阻小。使MOSFET開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般1015V，使IGBT開通的驅(qū)動(dòng)電壓一般15 20V。關(guān)斷時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓一般取-5 -15V有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗。在柵極串入一只低值電阻可以減小寄生振蕩。2) 電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路電壓驅(qū)動(dòng)型器件的驅(qū)動(dòng)電路3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(1) 電力電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路：的一種驅(qū)動(dòng)電路：電氣隔離和晶體管放大電路兩部分電氣隔離和晶體管放大電路兩部分圖1-32電力MOSFET的一種驅(qū)動(dòng)電路專為驅(qū)動(dòng)電力MOSFET

8、而設(shè)計(jì)的混合集成電路有三菱公司的M57918L，其輸入信號(hào)電流幅值為16mA，輸出最大脈沖電流為+2A和-3A，輸出驅(qū)動(dòng)電壓+15V和-10V。 3 典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路典型全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路(2) IGBT的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)圖1-33M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理和接線圖常用的有三菱公司的M579系列如M57962L和 M57959L和富士公司的EXB系列如EXB840、EXB841、EXB850和EXB851）。 多采用專用的混合集成驅(qū)動(dòng)器。二、二、 電力電子器件器件的保護(hù)電力電子器件器件的保護(hù)1 過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)外因過(guò)電壓：主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)操作過(guò)程

9、等外因外因過(guò)電壓：主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)操作過(guò)程等外因操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起操作過(guò)電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起雷擊過(guò)電壓：由雷擊引起內(nèi)因過(guò)電壓：主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過(guò)程內(nèi)因過(guò)電壓：主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過(guò)程換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)結(jié)束后，反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。出過(guò)電壓。關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由

10、線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。電力電子裝置可能的過(guò)電壓電力電子裝置可能的過(guò)電壓外因過(guò)電壓和內(nèi)因外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓過(guò)電壓1 過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)措施過(guò)電壓保護(hù)措施圖1-34過(guò)電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過(guò)電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過(guò)電壓抑制器RC3閥器件換相過(guò)電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過(guò)電壓抑制用RCD電路v 電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。v 其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因

11、過(guò)電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。2 過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流過(guò)載和短路兩種情況保護(hù)措施負(fù)載觸發(fā)電路開關(guān)電路過(guò)電流繼電器交流斷路器動(dòng)作電流整定值短路器電流檢測(cè)電子保護(hù)電路快速熔斷器變流器直流快速斷路器電流互感器變壓器v 同時(shí)采用幾種過(guò)電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。v 電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分 區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。圖1-37過(guò)電流保護(hù)措施及配置位置2 過(guò)電流保護(hù)過(guò)電流保護(hù)v全保護(hù)：過(guò)載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場(chǎng)合。v短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。v對(duì)重

12、要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)。v常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過(guò)電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快 。 快熔對(duì)器件的保護(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種3 緩沖電路緩沖電路關(guān)斷緩沖電路du/dt抑制電路）吸收器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路di/dt抑制電路）抑制器件開通時(shí)的電流過(guò)沖和di/dt，減小器件的開通損耗。復(fù)合緩沖電路關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路的結(jié)合。按能量的去向分類法：耗能式緩沖電路和饋能式緩沖電路無(wú)損吸收電路）。通常將緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。緩沖電路緩沖電路(Snubber Circuit) ： 又稱吸收電路，又稱吸收電路，抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、抑制器件的內(nèi)因過(guò)電壓、du/dt、過(guò)電流和、過(guò)電流和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。減小器件的開關(guān)損耗。b)tuCEiCOdidt抑制電路無(wú)時(shí)didt抑制電路有時(shí)有緩沖電路時(shí)無(wú)緩沖電路時(shí)uCEiC3 緩沖電路緩沖電路緩沖電路作用分析緩沖電路作用分析無(wú)緩沖電路：無(wú)緩沖電路：有緩沖電路：有緩沖電路：圖1-38di/dt抑制電路和充