CN105182222A - 基于合成回路的晶闸管正向恢复特性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流输电换流阀的测试装置及其测试方法，具体涉及一种基于合成回路的晶闸管正向恢复特性测试装置及测试方法。测试装置包括恒流电压源、试品晶闸管T、二极管D、可调电容器C、可调饱和电抗器L、加热回路、冲击发生器以及阻尼回路；测试方法采用两套电源系统分别为试品晶闸管提供充电电压、正向高压，试验时将恒流源输出的电流和冲击电压发生器输出的电压交替施加于被试晶闸管上。本发明能够满足对大功率半导体器件在不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值和不同di/dt条件下进行正向恢复特性试验；测试方法简单易实现，所需设备容量小，装置成本低。

Description

基于合成回路的晶闸管正向恢复特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种直流输电换流阀的测试装置及其测试方法，具体讲涉及一种基于合成回路的晶闸管正向恢复特性测试装置及测试方法。

背景技术

晶闸管容量的提升使其应用范围拓展到输电领域。目前，以高压串联晶闸管为基础的高压直流输电技术在世界范围内快速发展，尤其是在我国得到大规模的应用，并在远距离输电及大规模电网互联方面发挥了良好的技术优势，取得了良好的经济效益。随着直流输电电压、输送容量的提高，直流输电系统的关键设备直流换流阀的运行可靠性对系统安全运行至关重要，而换流阀的关断特性直接影响到换流阀运行的可靠性。

换相失败是高压直流输电系统中常见的会导致诸多不良后果故障，如直流系统电压降低，电流增大，输送功率减少，换流阀寿命缩短等。当出现连续或同时换相失败时，有可能导致直流系统停运将对社会安全经济运行造成严重影响。换向失败的主要原因是晶闸管在正向恢复特性内承受外电路带来的正向电压，因此，研究晶闸管正向恢复特性对抑制换向失败具有非常重要的意义。

对换流阀正向恢复特性的测试往往局限于测量晶闸管自身，等效性不尽理想，同时需要三到四个电源，控制时序复杂，投资较大。因此需要一种具有良好等效性的晶闸管正向恢复特性检测装置和其检测方法，把换流阀运行的参数折算到单个晶闸管级上来，通过改变外加电压值、电容电感参数、结温等，检测各种工况下各种因素对正向恢复特性的影响，以确认实际工况下换流阀的正向恢复特性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于合成回路的晶闸管正向恢复特性测试装置及测试方法，采用两套电源系统(两套电源系统除了恒流电压源意外还包括冲击发生器)分别为试品晶闸管提供充电电压、正向高压，试验时将恒流源输出的电流和冲击电压发生器输出的电压交替施加于被试晶闸管上。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于合成回路的大功率晶闸管正向恢复特性测试装置，其改进之处在于，所述测试装置包括恒流电压源、试品晶闸管T、二极管D、可调电容器C、可调饱和电抗器L、加热回路、冲击发生器以及阻尼回路；所述可调电容器C的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器L1的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器L1的另一端与二极管D的阳极连接，所述二极管D的阴极分别与可调饱和电抗器L的一端和冲击发生器的一端连接；所述可调饱和电抗器L的另一端与阻尼回路-试品晶闸管T并联支路连接后与所述冲击发生器并联；

所述阻尼回路-试品晶闸管T并联支路由并联的阻尼回路和试品晶闸管T组成，所述试品晶闸管T与加热回路并联；所述加热回路将试品晶闸管T加热到试验结温；

所述恒流电压源的负极、可调电容器C的另一端、试品晶闸管T的阴极、阻尼回路的阻尼电阻以及冲击发生器的另一端均接地。

进一步地，所述加热回路包括串联的加热电源和电阻丝，通过自动调节加热回路中电阻丝的大小来调整试品晶闸管T两端的结温高低；加热回路具有恒温的功能；

所述阻尼回路包括串联的阻尼电容与阻尼电阻；所述阻尼回路用于调谐、滤波和防止冲击电流。

进一步地，所述冲击发生器都包括依次连接的发生器本体、分压器和数字化波形记录系统。

本发明还提供一种大功率晶闸管正向恢复特性测试装置的测试方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)t0时刻电源给可调电容器C充电，使可调电容器C的电压达到所需试验电压；

(2)t1时刻触发试品晶闸管T，使之承受来自可调电容器C和电抗器L1放电产生的正弦半波电流；

(3)t2时刻流过试品晶闸管T的电流过零，开始流过反向电流，承受反压；

(4)t3时刻试品晶闸管T反向电流过零，试品晶闸管T承受反向电压而关断；

(5)t4时刻冲击发生器点火，在试品晶闸管T两端施加具有规定幅值和变化率的正向电压。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、本装置拓扑结构功能全面，能够满足对大功率半导体器件在不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值和不同di/dt条件下进行正向恢复特性试验；

2、本发明提供的新型大功率晶闸管正向恢复特性测试方法，简单易实现，所需设备容量小，装置成本低；

3、基于合成回路法的测试方法，触发晶闸管与冲击发生器点火信号均由充电电源统一控制，时序简单。

4、基于合成回路法的测试方法采用冲击发生器，可以通过调节波头电阻和电感，实现在晶闸管两端施加不同dv/dt的正向电压、方式灵活，适用范围广。

5、基于合成回路法的测试方法在采用恒温装置，可以测量在不同温度下的正向恢复特性，能更好的反映换流阀的实际工况。

附图说明

图1是本发明提供的基于合成回路法的晶闸管正向恢复特性测试装置原理图；

图2是本发明提供的测试方法下试品晶闸管典型电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供的基于合成回路法的晶闸管正向恢复特性测试装置原理图如图1所示，该测试装置包括恒流电压源、试品晶闸管T、二极管D、可调电容器C、可调饱和电抗器L、加热回路、冲击发生器以及阻尼回路；所述可调电容器C的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器L1的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器L1的另一端与二极管D的阳极连接，所述二极管D的阴极分别与可调饱和电抗器L的一端和冲击发生器的一端连接；所述可调饱和电抗器L的另一端与阻尼回路-试品晶闸管T并联支路连接后与所述冲击发生器并联；

所述阻尼回路-试品晶闸管T并联支路由并联的阻尼回路和试品晶闸管T组成，所述试品晶闸管T与加热回路并联；所述加热回路将试品晶闸管T加热到试验结温；

所述恒流电压源的负极、可调电容器C的另一端、试品晶闸管T的阴极、阻尼回路的阻尼电阻以及冲击发生器的另一端均接地。

加热回路包括串联的加热电源和电阻丝，通过自动调节加热回路中电阻丝的大小来调整试品晶闸管T两端的结温大小；加热回路具有恒温的功能；所述阻尼回路包括串联的阻尼电容与阻尼电阻；所述阻尼回路用于调谐、滤波和防止冲击电流。

冲击发生器都包括依次连接的发生器本体、分压器和数字化波形记录系统。

本发明还提供一种基于合成回路法的晶闸管正向恢复特性测试装置的测试方法，图2给出了该测试装置的基本工作模式下试品阀电流、电压的波形。现根据电路时序简单说明测试装置的基本工作原理，包括下述步骤：

(1)t0时刻电源给可调电容器C充电，使可调电容器C的电压达到所需试验电压；

(2)t1时刻触发试品晶闸管T，使之承受来自可调电容器C和电抗器L1放电产生的正弦半波电流；

(3)t2时刻流过试品晶闸管T的电流过零，开始流过反向电流，承受反压；

(4)t3时刻试品晶闸管T反向电流过零，试品晶闸管T承受反向电压而关断；

(5)t4时刻冲击发生器点火，在试品晶闸管T两端施加具有规定幅值和变化率的正向电压。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于合成回路的大功率晶闸管正向恢复特性测试装置，其特征在于，所述测试装置包括恒流电压源、试品晶闸管T、二极管D、可调电容器C、可调饱和电抗器L、加热回路、冲击发生器以及阻尼回路；所述可调电容器C的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器L1的一端与恒流电压源的正极连接，电抗器L1的另一端与二极管D的阳极连接，所述二极管D的阴极分别与可调饱和电抗器L的一端和冲击发生器的一端连接；所述可调饱和电抗器L的另一端与阻尼回路-试品晶闸管T并联支路连接后与所述冲击发生器并联；

所述阻尼回路-试品晶闸管T并联支路由并联的阻尼回路和试品晶闸管T组成，所述试品晶闸管T与加热回路并联；所述加热回路将试品晶闸管T加热到试验结温；

所述恒流电压源的负极、可调电容器C的另一端、试品晶闸管T的阴极、阻尼回路的阻尼电阻以及冲击发生器的另一端均接地。

2.如权利要求1所述的大功率晶闸管正向恢复特性测试装置，其特征在于，所述加热回路包括串联的加热电源和电阻丝，通过调节加热回路中电阻丝的大小来调整试品晶闸管T两端的结温高低；加热回路具有恒温的功能；

所述阻尼回路包括串联的阻尼电容与阻尼电阻；所述阻尼回路用于调谐、滤波和防止冲击电流。

3.如权利要求1所述的大功率晶闸管正向恢复特性测试装置，其特征在于，所述冲击发生器包括依次连接的发生器本体、分压器和数字化波形记录系统。

4.一种如权利要求1-3所述的大功率晶闸管正向恢复特性测试装置的测试方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)t0时刻电源给可调电容器C充电，使可调电容器C的电压达到所需试验电压；

(2)t1时刻触发试品晶闸管T，使之承受来自可调电容器C和电抗器L1放电产生的正弦半波电流；

(3)t2时刻流过试品晶闸管T的电流过零，开始流过反向电流，承受反压；

(4)t3时刻试品晶闸管T反向电流过零，试品晶闸管T承受反向电压而关断；

(5)t4时刻冲击发生器点火，在试品晶闸管T两端施加具有规定幅值和变化率的正向电压。