CN102130447A - 一种晶闸管控制的短路电流限制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶闸管控制的短路电流限制器。它由电抗线圈L1和直流线圈L2组成饱和电抗器，电抗线圈L1作为交流电流通路，直流线圈L2作为直流电流通路，电抗线圈L1与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；电抗线圈L1的一端与全桥整流电路的一个输入端连接电抗线圈L1的另一端及全桥整流电路的另一输入端与外部电路连接；整流电路输出端与一个正向二极管D7和直流线圈L2串行连接，并形成闭环；在全桥整流电路的两输入端间反向并联两个晶闸管D5和晶闸管D6；两个反向并联的晶闸管分别由各自的控制模块控制；各控制模块有三个端子，其中两个端子与所控晶闸管D5或晶闸管D6的正极和负极连接，第三个端子则与所控晶闸管D5或晶闸管D6的触发端连接。

Description

一种晶闸管控制的短路电流限制器
 
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种晶闸管控制的短路电流限制器。
背景技术
随着电力系统的不断发展，发电容量的不断上升，电力系统发生短路引起的短路电流很大。电力系统发生短路引起的短路电流对电力系统的危害是很大的。因此，减小短路电流，可减小电力设备在短路时的损害程度，提高电力系统的稳定性。
近年来研究限制短路电流的方法与装置（也称短路电流限制器）成为热门课题。
发明专利号为：2003101235398的“超导饱和铁心故障限流器”提出了一种利用磁饱和电抗器铁芯的饱和特性构成电流限制器，这种故障限流器需要超导材料，价格贵，超导材料性能不稳定，维护设备复杂。发明专利号为：2004100802846的“一种故障电流限制器”也提出了一种利用磁饱和电抗器铁芯的饱和特性构成电流限制器，这种电流限制器的缺点是：给直流线圈提供直流电流的电路复杂；限制短路电流的效果有限；只有限制短路电流作用，性价比不高，等等。
发明专利号为：2008101604501的“一种磁饱和电抗器短路电流限制装置”；2008101592788的“短路电流限制装置及方法”；2010105753926的“具有柔性开关特性的电流限制装置及方法”；2011100018162的“一种三相电流限制装置及方法”；提出了各种各具特色的电流限制装置及方法。但是，这些装置经济性不够好，不够简单。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种经济性更好、结构更简单的晶闸管控制的短路电流限制器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种晶闸管控制的短路电流限制器，它包括：由电抗线圈L1和直流线圈L2组成的饱和电抗器，电抗线圈L1作为交流电流通路，直流线圈L2作为直流电流通路，电抗线圈L1与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；电抗线圈L1的一端与全桥整流电路的一个输入端连接；电抗线圈L1的另一端及全桥整流电路的另一输入端与外部电路连接；整流电路输出端与一个正向二极管D7和直流线圈L2串行连接，并形成闭环；
在全桥整流电路的两输入端间反向并联两个晶闸管D5和晶闸管D6；两个反向并联的晶闸管分别由各自的控制模块控制；
各控制模块有三个端子，其中两个端子与所控晶闸管D5或晶闸管D6的正极和负极连接，第三个端子则与所控晶闸管D5或晶闸管D6的触发端连接。
所述直流线圈L2两端还并联压敏电阻R1和电容C1。
所述电抗线圈L1为一个线圈，或多个线圈串/并联组成。
所述直流线圈L2为一个线圈，或多个线圈串和/或并联组成。
所述全桥整流电路由二极管D1-D4组成。
所述两控制模块与晶闸管D5和晶闸管D6正、负极连接的端子在正向电压小于设定值时，与晶闸管D5和D6触发端连接的端子不发触发脉冲；当与晶闸管D5、晶闸管D6正、负极连接的端子在正向电压大于设定值时，与晶闸管D5和晶闸管D6触发端连接的端子发触发脉冲，触发晶闸管D5和晶闸管D6导通。
本发明的有益效果是：直流控制电路结构简单、经济。晶闸管正向触发导通后，反向自动关闭；电力系统发生短路时，晶闸管正向触发导通后饱和电抗器限制短路电流；电力系统发生短路消除后，一种晶闸管控制的短路电流限制器自动恢复正常运行。一种晶闸管控制的短路电流限制器对于外部，只需要一个输入端和一个输出端，作为二端口元件使用，使用非常方便。一种晶闸管控制的短路电流限制器实际是二端口非线性元件，通过元件的电流小于额定值时，元件的电抗很小；通过元件的电流大于额定值时，元件的电抗值随着电流的增大而快速增大。
附图说明
图1表示一种晶闸管控制的短路电流限制器的结构与连接方式。
其中，1. 电抗线圈端子I，2. 电抗线圈端子II，3. 直流线圈端子I，4. 直流线圈端子II，5. 输出端子， 6. 饱和电抗器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
一种晶闸管控制的短路电流限制器如图1所示。饱和电抗器有四个端子；电抗线圈端子I1和电抗线圈端子II2连接饱和电抗器内部电抗线圈L1，提供交流电流通路；直流线圈端子I3和直流线圈端子II4连接饱和电抗器内部直流线圈L2，提供直流电流通路；电抗线圈L1与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；图1表示的一种可控饱和电抗器的结构与连接方式中的饱和电抗器6是示意图。
饱和电抗器6中的电抗线圈L1可以是多个线圈串、并联组成，饱和电抗器6中的直流线圈L2可以是多个线圈串、并联组成。这样，可使饱和电抗器6的电抗线圈L1的交流电流对直流回路不产生影响。饱和电抗器6对外表现为两个交流电抗线圈端子I1和电抗线圈端子II2，两个直流线圈端子I3和直流线圈端子II4。饱和电抗器6可选用发明专利号为：2010105753926的“具有柔性开关特性的电流限制装置及方法”的饱和电抗器，也可选用发明专利号为：2010105840411的“一种饱和电抗器”所表述的饱和电抗器，或选用其他型式的饱和电抗器。
整流电路是由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4组成的全桥整流电路；所述直流线圈L2的两端分别并联有饱和电抗器中的直流线圈两端并联电容C1和并联压敏电阻R1。；整流电路的两个输入端与饱和电抗器的电抗线圈L1串行连接于装置的输入与输出端子5；一对反向并联的晶闸管D5和晶闸管D6并联于全桥整流电路的输入端。反向并联的晶闸管D5受控制模块M1控制，晶闸管D6受控制模块M2控制。整流电路输出端与一个正向二极管D7和直流线圈L2串行连接，并形成闭环；
控制模块有三个端子，分别称为①号端子、②号端子、③号端子；控制模块M1的①号端子连接所控制的晶闸管D5的正极，控制模块②号端子连接所控制的晶闸管D5的负极，控制模块③号端子连接所控制的晶闸管D5的触发端子。
控制模块M2的①号端子连接所控制的晶闸管D6的正极，控制模块②号端子连接所控制的晶闸管D6的负极，控制模块③号端子连接所控制的晶闸管D6的触发端子。
电抗线圈端子I1为装置输入端子，连接电力系统输电回路电源侧，输出端子5接电力系统输电回路负荷侧。
当电力系统输送正常电流时，控制模块M1和控制模块M2的①、②号端子正向电压小于设定值时，③号端子不发触发脉冲；反向并联的晶闸管D5和晶闸管D6处于截至状态，流入可控饱和电抗器的交流电流不经过反向并联的晶闸管D5和晶闸管D6流通，全部输入全桥整流电路，经全桥整流电路整流后给直流线圈L2提供直流电流；饱和电抗器铁芯处于设定的最大饱和状态；饱和电抗器6的电抗线圈L1的电抗为装置的最小值。
当电力系统发生短路时，短路电流增大，①、②号端子正向电压增大，且大于设定值时，③号端子发触发脉冲，触发晶闸管导通。晶闸管D5和晶闸管D6导通时，全桥整流电路输入端的正方向和反方向电压都被晶闸管D5和晶闸管D6的正向导通电压所限制。全桥整流电路要给饱和电抗器直流线圈L2送电，全桥整流电路输入端的电压至少要大于全桥整流电路两个二极管的管压降，再加上一个二极管D7的管压降。可见，流入可控饱和电抗器的电流全部经晶闸管D5和晶闸管D6流通，不再流经饱和电抗器直流线圈L2，饱和电抗器直流线圈L2中的电流下降为零，饱和电抗器铁芯完全脱离饱和状态；饱和电抗器的电抗线圈L1的电抗变为装置的最大值。从而达到限制交流电流幅值的目的。二极管D7可以采用二个以上的二极管串联，增大管压降，晶闸管D5和晶闸管D6导通时减小流入直流线圈的电流。
电容C1减小干扰脉冲，防止控制模块误触发晶闸管。
压敏电阻R1减小高压干扰脉冲，保护半导体器件。
本发明的一种晶闸管控制的短路电流限制器可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

Claims (6)

1. 一种晶闸管控制的短路电流限制器，其特征是，它包括：由电抗线圈L1和直流线圈L2组成的饱和电抗器，电抗线圈L1作为交流电流通路，直流线圈L2作为直流电流通路，电抗线圈L1与直流线圈L2通过饱和电抗器内部的闭环铁芯相互作用；电抗线圈L1的一端与全桥整流电路的一个输入端连接；电抗线圈L1的另一端及全桥整流电路的另一输入端与外部电路连接；整流电路输出端与一个正向二极管D7和直流线圈L2串行连接，并形成闭环；
在全桥整流电路的两输入端间反向并联两个晶闸管D5和晶闸管D6；两个反向并联的晶闸管分别由各自的控制模块控制；
各控制模块有三个端子，其中两个端子与所控晶闸管D5或晶闸管D6的正极和负极连接，第三个端子则与所控晶闸管D5或晶闸管D6的触发端连接。
2.如权利要求1所述的晶闸管控制的短路电流限制器，其特征是，所述直流线圈L2两端还并联压敏电阻R1和电容C1。
3.如权利要求1所述的晶闸管控制的短路电流限制器，其特征是，所述电抗线圈L1为一个线圈，或多个线圈串/并联组成。
4.如权利要求1所述的晶闸管控制的短路电流限制器，其特征是，所述直流线圈L2为一个线圈，或多个线圈串和/或并联组成。
5.如权利要求1所述的晶闸管控制的短路电流限制器，其特征是，所述全桥整流电路由二极管D1-D4组成。
6.如权利要求1所述的晶闸管控制的短路电流限制器，其特征是，所述两控制模块与晶闸管D5和晶闸管D6正、负极连接的端子在正向电压小于设定值时，与晶闸管D5和D6触发端连接的端子不发触发脉冲；当与晶闸管D5、晶闸管D6正、负极连接的端子在正向电压大于设定值时，与晶闸管D5和晶闸管D6触发端连接的端子发触发脉冲，触发晶闸管D5和晶闸管D6导通。
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