CN105870900A - 基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器及其应用 - Google Patents

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吴爱国
张海玮
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/021—Current limitation using saturable reactors

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Abstract

本发明公开了一种基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器，包括铁芯、永磁体、直流绕组L和续流二极管D，永磁铁和铁芯组成环形结构；自直流绕组L的A端至直流绕组L的B端按照右旋方向缠绕在铁芯上；永磁体的N极位于靠近直流绕组L的A端一侧，永磁体的S极位于靠近直流绕组L的B端一侧,续流二极管D与直流绕组L并联。本发明基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的应用是将该直流回路电流变化率抑制器的A端和B端串联在电力电子功率转换电路的直流部分。本发明可以有效地抑制电力电子功率变换电路直流测发生短路时的故障电流变化率，使电路保护装置能够有充分作用时间，极大地提高电路的安全性、可靠性和经济性。

Description

基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器及其应用
技术领域
本发明涉及一种电力电子器件保护装置，尤其涉及一种新型的电磁部件。
背景技术
各个领域中均广泛使用了电力电子技术中的功率变换电路，如逆变电路，DC/DC电路等。随着社会的发展与高电压大电流装置的增加，此类电路中直流测出现的过电流常造成电路器件的损坏，如何有效地避免此类损坏就显得尤为重要。然而采用过电流继电器或快速熔断器保护的动作时间往往需要几百毫秒，而许多器件的承受过电流时间却是微秒级别，例如IGBT承受4-5倍额定电流时必须在10微秒内关断，目前尚未发现可以在微妙级切断主电路的保护装置。
发明内容
针对功率变换器各类电力电子器件瞬时过电流损坏的现象，利用磁饱和特性研制开发一种直流回路电流变化率抑制器，有效地限制电流的增长速率，确保常规保护装置(熔断器FU)有充足的时间切断故障电路，保护电力电子器件的安全运行，提高功率变换电路的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器，包括铁芯、永磁体、直流绕组L和续流二极管D，所述永磁铁和铁芯组成环形结构；所述直流绕组L的两端分别为A端和B端，自所述直流绕组L的A端至所述直流绕组L的B端按照右旋方向缠绕在所述铁芯上；所述永磁体的N极位于靠近所述直流绕组L的A端一侧，所述永磁体的S极位于靠近所述直流绕组L的B端一侧,所述续流二极管D与所述直流绕组L并联。
本发明基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的应用，是将该基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的A端和B端串联在电力电子功率转换电路的直流部分。
具体讲，所述电力电子功率转换电路是一三相AC-DC-AC电路，所述三相AC-DC-AC电路包括三相电源、三相整流电路和三相逆变电路，所述基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器通过A端和B端串入在所述三相AC-DC-AC电路的直流侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用铁磁材料的磁饱和特性，构成非线性电感，运用于日益广泛的电力电子功率变换电路，解决电力电子器件可靠运行的关键技术难题，涉及到学科交叉和基本材料特性的科学问题，为工程技术领域提供一类新型电磁部件。电力变换器广泛应用在工业及社会各领域，本发明基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器可以有效地抑制电力电子功率变换电路直流测发生短路时的故障电流变化率，使电路保护装置能够有充分作用时间，极大地提高电路的安全性、可靠性和经济性。
附图说明
图1是本发明基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的结构示意图；
图2是图1所示直流回路电流变化率抑制器用于三相AC-DC-AC电路中的连接示意图；
图3是图2所示直流回路电流变化率抑制器应用效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
如图1所示，本发明一种基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器，包括铁芯、永磁体、直流绕组L和续流二极管D，所述永磁铁和铁芯组成环形结构；所述直流绕组L的两端分别为A端和B端，自所述直流绕组L的A端至所述直流绕组L的B端按照右旋方向缠绕在所述铁芯上；所述永磁体的N极位于靠近所述直流绕组L的A端一侧，所述永磁体的S极位于靠近所述直流绕组L的B端一侧,所述续流二极管D与所述直流绕组L并联。
当电路发生短路故障时，瞬时短路过电流在微秒级时间内就可达到损坏电力电子器件的阈值，而电路保护装置动作时间往往都在毫秒级，因而难以满足正常切断故障电流的需要。
本发明基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的应用，将如图1所示的基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的A端和B端串联在电力电子功率转换电路的直流部分。如图2所示，所述电力电子功率转换电路是一三相AC-DC-AC电路，所述三相AC-DC-AC电路包括三相电源、三相整流电路、三相逆变电路和滤波电容C，该三相AC-DC-AC电路的直流输入端还设有熔断器FU，将所述基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器通过A端和B端串入在所述三相AC-DC-AC电路的直流侧。
当有电流通过时，直流绕组L在铁芯中产生磁场，而由所述永磁铁和铁芯组成的环形结构的铁芯磁路中的永磁体磁性与该直流绕组L产生的磁性相反。图3示出了铁芯饱和区和非线性区，当该三相AC-DC-AC电路处于无故障工作状态时，直流测电流的值较小，产生的磁场与永磁体的磁场叠加后，使铁芯仍处于深度饱和状态(见图3中标识的饱和区)，直流绕组呈现低阻抗，电流产生的反电势很小，可以忽略。
当三相AC-DC-AC电路出现短路故障，直流测电流超过某一限定值时，铁芯退出饱和状态，进入到非线性区(见图3中-m到m之间)，直流绕组呈现高阻抗，限制电流快速变化，使其变化到警戒值时间增大至毫秒级，从而保护后面三相逆变电路中器件(即图2中所示的V1-V6)动作，使熔断器FU有足够时间进而断开主电路。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器，其特征在于，包括铁芯、永磁体、直流绕组L和续流二极管D，所述永磁铁和铁芯组成环形结构；所述直流绕组L的两端分别为A端和B端，自所述直流绕组L的A端至所述直流绕组L的B端按照右旋方向缠绕在所述铁芯上；所述永磁体的N极位于靠近所述直流绕组L的A端一侧，所述永磁体的S极位于靠近所述直流绕组L的B端一侧,所述续流二极管D与所述直流绕组L并联。
2.一种基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的应用，将权利要求1所述的基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的A端和B端串联在电力电子功率转换电路的直流部分。
3.根据权利要求2所述基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器的应用，所述电力电子功率转换电路是一三相AC-DC-AC电路，所述三相AC-DC-AC电路包括三相电源、三相整流电路和三相逆变电路，所述基于磁饱和特性的直流回路电流变化率抑制器通过A端和B端串入在所述三相AC-DC-AC电路的直流侧。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107181246A (zh) * 2017-05-15 2017-09-19 东南大学 一种三相磁饱和式故障限流器

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