第五讲电力电子器件概述、整流概述
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1.7 电力电子器件器件的保护
1.7.1 过电压的产生及过电压保护 1.7.2 过电流的产生及过电流保护 1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
返回
1.7.1 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
(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定
(3)快熔的I 2t值应小于被保护器件的允许I 2t值
(4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性
1.7.2 过电流的产生及过电流保护
➢ 快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种 全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功 率装置或器件裕度较大的场合 短路保护方式：快熔只在短路电流较大的区域起保护 作用
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种 其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴 外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式
见图1-35 RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电
力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧
iC
VD s
• 关断时du/dt很大，并出现 V Rs
很高的过电压
Cs
2. 有缓冲电路
有缓冲电路时
O 有 di抑 制电 路时
t
dt
• V开通时：Cs通过Rs向V放电， L
使iC先上一个台阶，以后因 VD
•
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 ，
图1-38 di/dt抑制电路和充放 a) 电型RCD缓冲电b) 路及波形
图 1-3a8 ) 电路 b) 波形
抑制了du/dt和过电压
1,7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
➢ 关断时的负载曲线
无缓冲电路时：uCE迅速升， L 感 应 电 压 使 VD 通 ， 负 载 线从A移到B，之后iC才下
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
Ca Ra
Ca Ra
网侧
Ca Ra
Ca Ra
阀侧
直流侧
Rdc Cdc
-
+
a)
Rdc Cdc
-
+
b)
图1-35
•图1-35 RC过电压 抑制电路联结方式
a) 单相 b) 三相
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
大容量电力电子装置可采用图1-36所示的反向阻断式RC电路
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）
返回
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
➢ 过电压保护措施
T S
SDC LB M
U
C
F
RV RC3 RC4
RCD
D
RC1 RC2
图1-34 过电压抑制措施及配置位置
F避雷器 D变压器静电屏图蔽1-层34 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
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
理性 ➢ 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时
的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子 电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过 载时动作
1.7.2 过电流的产生及过电流保护
➢ 快速熔断器
电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施 选择快熔时应考虑： (1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定
交流断路器
变压器 电流互感器 快速熔断器 变流器 直流快速断路器 负载
电流检测
过电流 继电器
短路器
动作电流 整定值
开关电路 触发电路 电子保护电路
图1-37 过电流保护措施及配置位置
图1-37
返回
1.7.2 过电流的产生及过电流保护
➢ 快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 ➢ 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合
➢ 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件（很 难用快熔保护），需采用电子电路进行过电流保护
➢ 常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应 最快
1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
➢ 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
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
1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
➢ 缓冲电路作用分析
Ri
ddit抑 制 电 路
1. •
无缓冲电路：
Li VDi
V开通时电流迅速上升，
缓冲电路
uCE iC
无百度文库冲电路时
无
d d
it抑
制
电
路时
uCE
di/dt很大
电力电子装置
过电压抑制电路
R1
C2 R2
C1
图1-36 反向阻断式过电压抑制用RC电路
保护电路参数计算可参考相图关1工-3 6程手册
其他措施：用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折 二极管（BOD）等非线性元器件限制或吸收过电压
1.7.2 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）
降到漏电流的大小，负载 线随之移到C
有缓冲电路时：Cs分流使 iC在uCE开始上升时就下降，
负载线经过D到达C
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
iC
A
B
无缓冲电路
D 有缓冲电路
C
O
uC E
图1-39 关图断1时- 3的9 负载线
1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
1.7.1 过电压的产生及过电压保护 1.7.2 过电流的产生及过电流保护 1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
返回
1.7.1 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
(2)电流容量按其在主电路中的接入方式和主电路联结形式确定
(3)快熔的I 2t值应小于被保护器件的允许I 2t值
(4)为保证熔体在正常过载情况下不熔化，应考虑其时间电流特性
1.7.2 过电流的产生及过电流保护
➢ 快熔对器件的保护方式：全保护和短路保护两种 全保护：过载、短路均由快熔进行保护，适用于小功 率装置或器件裕度较大的场合 短路保护方式：快熔只在短路电流较大的区域起保护 作用
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种 其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴 外因过电压抑制措施中，RC过电压抑制电路最为常见，典型联结方式
见图1-35 RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（供电网一侧称网侧，电
力电子电路一侧称阀侧），或电力电子电路的直流侧
iC
VD s
• 关断时du/dt很大，并出现 V Rs
很高的过电压
Cs
2. 有缓冲电路
有缓冲电路时
O 有 di抑 制电 路时
t
dt
• V开通时：Cs通过Rs向V放电， L
使iC先上一个台阶，以后因 VD
•
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 ，
图1-38 di/dt抑制电路和充放 a) 电型RCD缓冲电b) 路及波形
图 1-3a8 ) 电路 b) 波形
抑制了du/dt和过电压
1,7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
➢ 关断时的负载曲线
无缓冲电路时：uCE迅速升， L 感 应 电 压 使 VD 通 ， 负 载 线从A移到B，之后iC才下
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
Ca Ra
Ca Ra
网侧
Ca Ra
Ca Ra
阀侧
直流侧
Rdc Cdc
-
+
a)
Rdc Cdc
-
+
b)
图1-35
•图1-35 RC过电压 抑制电路联结方式
a) 单相 b) 三相
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
大容量电力电子装置可采用图1-36所示的反向阻断式RC电路
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）
返回
1.7.1 过电压的产生及过电压保护
➢ 过电压保护措施
T S
SDC LB M
U
C
F
RV RC3 RC4
RCD
D
RC1 RC2
图1-34 过电压抑制措施及配置位置
F避雷器 D变压器静电屏图蔽1-层34 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
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
理性 ➢ 电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时
的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子 电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过 载时动作
1.7.2 过电流的产生及过电流保护
➢ 快速熔断器
电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施 选择快熔时应考虑： (1)电压等级根据熔断后快熔实际承受的电压确定
交流断路器
变压器 电流互感器 快速熔断器 变流器 直流快速断路器 负载
电流检测
过电流 继电器
短路器
动作电流 整定值
开关电路 触发电路 电子保护电路
图1-37 过电流保护措施及配置位置
图1-37
返回
1.7.2 过电流的产生及过电流保护
➢ 快速熔断器、直流快速断路器和过电流继电器 ➢ 同时采用几种过电流保护措施，提高可靠性和合
➢ 对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件（很 难用快熔保护），需采用电子电路进行过电流保护
➢ 常在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，响应 最快
1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
➢ 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
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
1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）
➢ 缓冲电路作用分析
Ri
ddit抑 制 电 路
1. •
无缓冲电路：
Li VDi
V开通时电流迅速上升，
缓冲电路
uCE iC
无百度文库冲电路时
无
d d
it抑
制
电
路时
uCE
di/dt很大
电力电子装置
过电压抑制电路
R1
C2 R2
C1
图1-36 反向阻断式过电压抑制用RC电路
保护电路参数计算可参考相图关1工-3 6程手册
其他措施：用雪崩二极管、金属氧化物压敏电阻、硒堆和转折 二极管（BOD）等非线性元器件限制或吸收过电压
1.7.2 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）
降到漏电流的大小，负载 线随之移到C
有缓冲电路时：Cs分流使 iC在uCE开始上升时就下降，
负载线经过D到达C
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
iC
A
B
无缓冲电路
D 有缓冲电路
C
O
uC E
图1-39 关图断1时- 3的9 负载线
1.7.3 缓冲电路（Snubber Circuit）