电力电子器件应用指南
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电力电子器件应用指南
一 参数说明 1 本手册参数表中所给出的数据 ITSM I2t dv/dt di/dt 指的是元件所能满足的最小
值 Qr VTM VTO rT 指元件可满足(不超过)的最大值 2 通态平均电流额定值 ITAV IFAV ITAV IFAV 指在双面冷却条件下 在规定的散热器温度时 允许元件流过的最大正弦
IT AV = 2-3 Id/(1.57 2 )=(0.9-1.5) Id 3 关断时间 tq 并联逆变线路中 KK 元件的关断时间选择要根据触发引前时间 tf 和换流时间 tr 来决定 一般取
1 tq=(tf-tr) (1.5 ~ 2)
(当功率因数为 0.8 时 tf 约为周期的十分之一 tr 按元件 di/dt 小于或等于 100A/ S 来确定) 在频率较高时 可通过减小换流时间 tr 并适当牺牲功率因数增加 tf 的方法来选择具
0.368
0.368
0.184
注 U2 为主回路变压器二次相电压有效值 单项半波电感负载电路带续流二极管
2 中频逆变元件的选择
一般 400Hz 以上的工作条件下 应考虑使用 KK 器件 频率在 4KHz 以上时 可考虑使
用 KA 器件 这里主要介绍一下并联逆变电路中元件的选择 见图一
图一
1 元件正向和反向峰值电压 VDRM VRRM 元件正向和反向峰值电压应取其实际承受最大正 反向峰值电压的 1.5-2 倍 假设逆变
有效值为 KId 则所选器件的额定通态电流应为
IT AV = 1.5-2 KId / 1.57=KfbId Kfb 为计算系数 对于控制角 =0O 时 各种整流电路下的 Kfb 值见表 1 选择元件 IT AV 值 还应考虑元件散热方式 一般情况下风冷比水冷相同元件的额定电流值要低 自然冷却情
况下 元件的额定电流要降为标准冷却条件下的三分之一
和过电流发生的原因采取保护措施 1 过压保护 晶闸管工作过程中可能承受的过压主要有以下几种 一种是由于装置拉 合闸 负载
打火等引起的过压 一种是由于元件关断时产生的关断电压 还有因雷击等原因从电网侵 入的浪涌电压 为限制过电压的幅值低于元件的正反向峰值电压 可采取以下保护措施 见 图二
避雷器
交流测
阻
硒
容
堆
保
保
护
护
避雷器
压 敏 电 阻 保 护
压 敏 电 阻 保 护
直流测
晶 闸 管 泄 能 保 护
图二
1 在变压器一次侧接上避雷器 在二次侧加装阻容保护 硒堆 压敏电阻等非线性电 阻元件进行保护 在整流直流侧采取压敏电阻和泄能保护装置 以防止元件承受过电压
2 在晶闸管阴阳极两端直接进行保护 晶闸管关断过程中主电流过零反向后迅速由反 向峰值恢复至零电流 此过程可在元件两端产生达正常工作峰值电压 5-6 倍的尖峰电压 一般建议在尽可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路 电阻 R 选无感电阻 通常取 5-30
器直流输入电压为 Ud 功率因数为 cos 则
VDRM/RRM= 1.5-2 Ud / 2cos 2 元件的额定通态电流 IT AV
考虑到元件在较高频率下工作时 其开关损耗非常显著
ຫໍສະໝຸດ Baidu
元件的额定通态电流应按实
际流过其有效值 I 的 2-3 倍来考虑 即
IT AV = 2-3 I/1.57 假设逆变器直流输入电流为 Id 则所选器件 IT AV 为
表 1 整流器件的最大峰值电压 UM 及通态平均电流计算系数 Kfb
整流电路
单相半波
单项双半 波
单项桥式
三相半波
三相桥式
带平衡电抗 器的双反星
型
UM
2 U2
2 2 U2
2 U2
6 U2
6 U2
6 U2
电阻
Kfb 负载
1
0.5
0.5
0.374
0.368
0.185
=0O
电感 负载
0.45
0.45
0.45
二 元件的选择 正确地选择晶闸管 整流管等电力电子器件对保证整机设备的可靠性及降低设备成本
具有重要意义 元件的选择要综合考虑其使用环境 冷却方式 线路型式 负载性质等因 素 在保证所选元件各参数具有裕量的条件下兼顾经济性 由于电力电子器件的应用领域 十分广泛 具体应用形式多种多样 下面仅就晶闸管元件在整流电路和单项中频逆变电路 中的选择加以说明
1 整流电路器件选择 工频整流是晶闸管元件最常用的领域之一 元件选用主要考虑其额定电压和额定电流 1 晶闸管器件的正反向峰值电压 VDRM 和 VRRM 应为元件实际承受最大峰值电压 UM 的 2-3 倍 即 VDRM/RRM= 2-3 UM 各种整流线路对应的 UM 值见表 1 2 晶闸管器件的额定通态电流 IT AV 晶闸管的 IT AV 值指的是工频正弦半波平均值 其对应的有效值 ITRMS=1.57IT AV 依照发热相等的原则 按实际流经器件的电流所产生的 功耗小于器件允许最大功耗的原则选取器件 在简单计算中 可近似按实际电流有效值 ≤1.57IT AV 来选择 为使元件在工作过程中不因过热损坏 流经元件的实际有效值应在乘以 安全系数 1.5-2 后才能等于 1.57IT AV 假设整流电路负载平均电流为 Id 流经每个器件的电流
半波电流平均值 ITAV IFAV 对应元件额定有效值 IRMS=1.57 ITAV 实际使用中 若不能保 证散热器温度低于规定值,或散热器与元件接触热阻远大于规定值 则元件应降额使用
3 晶闸管通态电流上升率 di/dt 参数表中所给的为元件通态电流上升率的临界重复值 其对应不重复测试值为重复值 的 2 倍以上 在使用过程中 必须保证元件导通期任何时候的电流上升率都不能超过其重 复值 4 晶闸管使用频率 晶闸管可工作的最大频率由其工作时的电流脉冲宽度 tp 关断时间 tq 以及从关断后承 受正压开始至其再次开通的时间 tV 决定 fmax=1/ tq+tp+tV 根据工作频率选取元件时必须 保证元件从正向电流过零至开始承受正压的时间间隔 tH>tq 并留有一定的裕量 随着工作 频率的升高 元件正向损耗 Epf 和反向恢复损耗 Epr 随之升高 元件通态电流须降额使用
有合适 tq 值的元件 以上简略介绍了整流和逆变工作条件下元件的选择 在许多情况下 除了元件的额定
电压 电流外 还要根据具体条件选择元件的门极参数 通态压降以及断态电压临界上升 率 dv/dt 和通态电流临界上升率 di/dt 三 元件的保护
晶闸管元件的电压和电流过载能力极差 尤其是耐压能力 瞬时的过压就会造成元件 永久性的损坏 为了使元件能长期可靠地运行 必须针对过压
一 参数说明 1 本手册参数表中所给出的数据 ITSM I2t dv/dt di/dt 指的是元件所能满足的最小
值 Qr VTM VTO rT 指元件可满足(不超过)的最大值 2 通态平均电流额定值 ITAV IFAV ITAV IFAV 指在双面冷却条件下 在规定的散热器温度时 允许元件流过的最大正弦
IT AV = 2-3 Id/(1.57 2 )=(0.9-1.5) Id 3 关断时间 tq 并联逆变线路中 KK 元件的关断时间选择要根据触发引前时间 tf 和换流时间 tr 来决定 一般取
1 tq=(tf-tr) (1.5 ~ 2)
(当功率因数为 0.8 时 tf 约为周期的十分之一 tr 按元件 di/dt 小于或等于 100A/ S 来确定) 在频率较高时 可通过减小换流时间 tr 并适当牺牲功率因数增加 tf 的方法来选择具
0.368
0.368
0.184
注 U2 为主回路变压器二次相电压有效值 单项半波电感负载电路带续流二极管
2 中频逆变元件的选择
一般 400Hz 以上的工作条件下 应考虑使用 KK 器件 频率在 4KHz 以上时 可考虑使
用 KA 器件 这里主要介绍一下并联逆变电路中元件的选择 见图一
图一
1 元件正向和反向峰值电压 VDRM VRRM 元件正向和反向峰值电压应取其实际承受最大正 反向峰值电压的 1.5-2 倍 假设逆变
有效值为 KId 则所选器件的额定通态电流应为
IT AV = 1.5-2 KId / 1.57=KfbId Kfb 为计算系数 对于控制角 =0O 时 各种整流电路下的 Kfb 值见表 1 选择元件 IT AV 值 还应考虑元件散热方式 一般情况下风冷比水冷相同元件的额定电流值要低 自然冷却情
况下 元件的额定电流要降为标准冷却条件下的三分之一
和过电流发生的原因采取保护措施 1 过压保护 晶闸管工作过程中可能承受的过压主要有以下几种 一种是由于装置拉 合闸 负载
打火等引起的过压 一种是由于元件关断时产生的关断电压 还有因雷击等原因从电网侵 入的浪涌电压 为限制过电压的幅值低于元件的正反向峰值电压 可采取以下保护措施 见 图二
避雷器
交流测
阻
硒
容
堆
保
保
护
护
避雷器
压 敏 电 阻 保 护
压 敏 电 阻 保 护
直流测
晶 闸 管 泄 能 保 护
图二
1 在变压器一次侧接上避雷器 在二次侧加装阻容保护 硒堆 压敏电阻等非线性电 阻元件进行保护 在整流直流侧采取压敏电阻和泄能保护装置 以防止元件承受过电压
2 在晶闸管阴阳极两端直接进行保护 晶闸管关断过程中主电流过零反向后迅速由反 向峰值恢复至零电流 此过程可在元件两端产生达正常工作峰值电压 5-6 倍的尖峰电压 一般建议在尽可能靠近元件本身的地方接上阻容吸收回路 电阻 R 选无感电阻 通常取 5-30
器直流输入电压为 Ud 功率因数为 cos 则
VDRM/RRM= 1.5-2 Ud / 2cos 2 元件的额定通态电流 IT AV
考虑到元件在较高频率下工作时 其开关损耗非常显著
ຫໍສະໝຸດ Baidu
元件的额定通态电流应按实
际流过其有效值 I 的 2-3 倍来考虑 即
IT AV = 2-3 I/1.57 假设逆变器直流输入电流为 Id 则所选器件 IT AV 为
表 1 整流器件的最大峰值电压 UM 及通态平均电流计算系数 Kfb
整流电路
单相半波
单项双半 波
单项桥式
三相半波
三相桥式
带平衡电抗 器的双反星
型
UM
2 U2
2 2 U2
2 U2
6 U2
6 U2
6 U2
电阻
Kfb 负载
1
0.5
0.5
0.374
0.368
0.185
=0O
电感 负载
0.45
0.45
0.45
二 元件的选择 正确地选择晶闸管 整流管等电力电子器件对保证整机设备的可靠性及降低设备成本
具有重要意义 元件的选择要综合考虑其使用环境 冷却方式 线路型式 负载性质等因 素 在保证所选元件各参数具有裕量的条件下兼顾经济性 由于电力电子器件的应用领域 十分广泛 具体应用形式多种多样 下面仅就晶闸管元件在整流电路和单项中频逆变电路 中的选择加以说明
1 整流电路器件选择 工频整流是晶闸管元件最常用的领域之一 元件选用主要考虑其额定电压和额定电流 1 晶闸管器件的正反向峰值电压 VDRM 和 VRRM 应为元件实际承受最大峰值电压 UM 的 2-3 倍 即 VDRM/RRM= 2-3 UM 各种整流线路对应的 UM 值见表 1 2 晶闸管器件的额定通态电流 IT AV 晶闸管的 IT AV 值指的是工频正弦半波平均值 其对应的有效值 ITRMS=1.57IT AV 依照发热相等的原则 按实际流经器件的电流所产生的 功耗小于器件允许最大功耗的原则选取器件 在简单计算中 可近似按实际电流有效值 ≤1.57IT AV 来选择 为使元件在工作过程中不因过热损坏 流经元件的实际有效值应在乘以 安全系数 1.5-2 后才能等于 1.57IT AV 假设整流电路负载平均电流为 Id 流经每个器件的电流
半波电流平均值 ITAV IFAV 对应元件额定有效值 IRMS=1.57 ITAV 实际使用中 若不能保 证散热器温度低于规定值,或散热器与元件接触热阻远大于规定值 则元件应降额使用
3 晶闸管通态电流上升率 di/dt 参数表中所给的为元件通态电流上升率的临界重复值 其对应不重复测试值为重复值 的 2 倍以上 在使用过程中 必须保证元件导通期任何时候的电流上升率都不能超过其重 复值 4 晶闸管使用频率 晶闸管可工作的最大频率由其工作时的电流脉冲宽度 tp 关断时间 tq 以及从关断后承 受正压开始至其再次开通的时间 tV 决定 fmax=1/ tq+tp+tV 根据工作频率选取元件时必须 保证元件从正向电流过零至开始承受正压的时间间隔 tH>tq 并留有一定的裕量 随着工作 频率的升高 元件正向损耗 Epf 和反向恢复损耗 Epr 随之升高 元件通态电流须降额使用
有合适 tq 值的元件 以上简略介绍了整流和逆变工作条件下元件的选择 在许多情况下 除了元件的额定
电压 电流外 还要根据具体条件选择元件的门极参数 通态压降以及断态电压临界上升 率 dv/dt 和通态电流临界上升率 di/dt 三 元件的保护
晶闸管元件的电压和电流过载能力极差 尤其是耐压能力 瞬时的过压就会造成元件 永久性的损坏 为了使元件能长期可靠地运行 必须针对过压