CN110571754A - 一种固态直流断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固态直流断路器，包括主通流电路，所述主通流电路中串接有主开关晶体管，还包括分别接往主通流电路两端的两个接线端子，在上述两个接线端子与主通流电路之间设有整流桥，从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过主开关晶体管，即无论电流从哪一个接线端子输入，该电流都会经整流桥输入至主开关晶体管，再从主开关晶体管输出至整流桥，最后经整流桥从另一个接线端子输出，因此固态直流断路器只需一个主开关晶体管即可实现双向电流流通，而整流桥相对于开关晶体管造价较低，故节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及断路器技术领域，特别涉及一种固态直流断路器。
背景技术
直流断路器，是能够关合、承载和开断直流系统中运行电流，并能在规定的时间内关合、承载和分断直流系统故障电流的设备。直流断路器作为输电线路中一个重要的环节，它的性能直接影响着电网的正常运行。
目前的输电系统大多采用机械式直流断路器，尽管机械式直流断路器有导通稳定、带负载能力强等优点，但随着用户对电力质量要求的提高，它的缺点也越来越突出：机械式直流断路器因不能实时、灵活、连续和快速地动作，易使事故扩大，破坏系统稳定性；在断开负载时往往有电弧产生，触头易烧损，开断时间长，难以满足一些电力用户对故障电流开断的快速性要求；在运行过程中有噪声，机械、电气寿命受到限制。近年来，随着电力电子器件尤其是功率半导体的飞速发展，采用功率半导体器件作为主开关的固态直流断路器，因其动作的快速性而受到了市场和科研人员的广泛关注。
现有能实现双向电流流通的固态直流断路器如图1所示，主要包括相互并联的主通流电路、避雷器Z1和RC吸收支路，主通流电路包括两个方向相反的电力电子器件，第一个电力电子器件由IGBT管VT1和寄生二极管D1组成，第二个电力电子器件由IGBT管VT2和寄生二极管D2组成，RC吸收支路包括相互串联的电容C1和电阻R1，避雷器Z1和RC吸收支路用于在主通流电路导通时吸收线路中的能量。若电流从接线端子X1输入，则电流依次经IGBT管VT1和整流二极管D2后从X2输出，若电流从接线端子X2输入，则电流依次经主IGBT管VT2和整流二极管D1后从X1输出，即现有的固态直流断路器需要至少两个方向相反的IGBT管才能实现双向电流流通，因此现有能实现双向电流流通的固态直流断路器成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能实现双向电流流通且成本低的固态直流断路器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种固态直流断路器，包括主通流电路，所述主通流电路中串接有主开关晶体管，还包括分别接往主通流电路两端的两个接线端子，在上述两个接线端子与主通流电路之间设有整流桥，从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过主开关晶体管。
优选地，所述主开关晶体管是IGBT管，实现所述“从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过主开关晶体管”的具体结构是：所述主开关晶体管集电极连接整流桥的正极输出端，发射极连接整流桥的负极输出端。
优选地，所述主开关晶体管带有主寄生二极管。
优选地，包括预充电支路，所述预充电支路中串接有预充电开关晶体管和预充电电阻，所述预充电支路与主通流电路并联，即预充电支路两端亦经所述整流桥分别接往两个接线端子，从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过预充电开关晶体管。
优选地，所述预充电开关晶体管是IGBT管，实现所述“从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过预充电开关晶体管”的具体结构是：所述预充电开关晶体管集电极连接整流桥的正极输出端，发射极连接整流桥的负极输出端。
优选地，所述预充电开关晶体管带有预充电寄生二极管。
优选地，在整流桥与主通流电路之间串接有限流电感。
优选地，包括避雷器，所述避雷器并联所述主通流电路，还包括并联所述避雷器的RC吸收支路，所述RC吸收支路包括相互串联的无感电容和无感电阻。
优选地，在整流桥与其中一个接线端子之间串接有保险丝。
优选地，在整流桥与其中一个接线端子之间串接有霍尔传感器。
本发明具有以下有益效果：由于在两个接线端子与主通流电路之间设有整流桥，从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过主开关晶体管，即无论电流从哪一个接线端子输入，该电流都会经整流桥输入至主开关晶体管，再从主开关晶体管输出至整流桥，最后经整流桥从另一个接线端子输出，因此固态直流断路器只需一个主开关晶体管即可实现双向电流流通，而整流桥相对于开关晶体管造价较低，故节约了成本。
附图说明
图1是现有的固态直流断路器的电路原理图；
图2是固态直流断路器的控制系统拓扑图；
图3是固态直流断路器的电路原理图。
附图标记说明：1-显示操作部分；2-控制装置；3-主回路部分；4-FPGA控制器；5-检测电路；6-控制电路。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反地，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
固态直流断路器的控制系统如图2所示，包括显示操作部分1、控制装置2和主回路部分3，控制装置2包括FPGA控制器4、检测电路5和控制电路6，控制装置2中的FPGA控制器4连接显示操作部分1，FPGA控制器4通过检测电路5和控制电路6连接主回路部分3，则用户可通过显示操作部分1来操作FPGA控制器4控制主回路部分3。
主回路部分3即为固态直流断路器，如图3所示，固态直流断路器包括保险丝FU1、由四个整流二极管D1～D4组成的整流桥、限流电感L1、主通流电路A1、预充电支路A2、能量吸收支路A3、RC吸收支路A4和霍尔传感器H。
整流桥中，整流二极管D1的负极和整流二极管D3的负极相互连接作为整流桥的正极输出端，整流二极管D2的正极和整流二极管D4的正极相互连接作为整流桥的负极输出端，整流二极管D1的正极和整流二极管D2的负极相互连接作为整流桥的第一交流输入端，整流二极管D3的正极和整流二极管D4的负极相互连接作为整流桥的第二交流输入端，其中，整流桥的第一交流输入端连接用于输入或输出电流的接线端子X1，整流桥的第二交流输入端连接用于引入或输出电流的接线端子X2。
主通流电路A1包括主IGBT管VT1和主寄生二极管D5，主IGBT管VT1集电极连接整流桥的正极输出端，发射极连接整流桥的负极输出端。FPGA控制器4经过控制电路6连接主IGBT管VT1的栅极，从而通过控制电路6来控制主IGBT管VT1导通或断开，其中控制电路6是现有常规的开关控制电路，在此不再赘述其详细结构。
保险丝FU1串接在整流桥的第一交流输入端与接线端子X1之间，若输入固态直流断路器的电流一直在超过额定电流运行，则保险丝FU1会过热自动断开，从而起到保护固态直流断路器内部元件的作用。限流电感L1接在整流桥的正极输出端，当主通流电路A1中的主IGBT管VT1导通时，限流电感L1起到限制电流上升过快的作用。能量吸收支路A3包括避雷器Z1，避雷器Z1并联主通流电路A1，避雷器Z1在主IGBT管VT1导通时，吸收限流电感L1的能量，起到保护主IGBT管VT1的作用。RC吸收支路A4包括相互串联的无感电容C1和无感电阻R1，RC吸收支路A4并联避雷器Z1，由于避雷器Z1存在响应延时，导致在主IGBT管VT1导通瞬间避雷器Z1不能马上形成保护，因此RC吸收支路A4在主IGBT管VT1关断瞬间迅速吸收限流电感L1的能量，从而马上对主IGBT管VT1形成保护。霍尔传感器H串接在整流桥的第二交流输入端与接线端子X2之间，用于检测固态直流断路器中的电流，并把检测到的电流数据经检测电路5传至FPGA控制器4，当霍尔传感器H测得电流上升速度较快或超过额定电流运行时，FPGA控制器4控制主IGBT管VT1断开并报警输出。
本实施例中，若电流从接线端子X1输入，则电流依次经整流二极管D1、限流电感L1、主IGBT管VT1、整流二极管D4和霍尔传感器H后从X2输出；若电流从接线端子X2输入，则电流依次经整流二极管D3、限流电感L1、主IGBT管VT1、整流二极管D2和霍尔传感器H后从X1输出。即不管电流从接线端子X1还是X2输入，电流都会经过主IGBT管VT1后从另一个接线端子输出，因此本实施例的固态直流断路器只需一个IGBT管即可实现双向电流流通，而整流桥相对于IGBT管造价较低，故节约了成本。
预充电支路A2包括预充电IGBT管VT2、预充电寄生二极管D6和预充电电阻R2，预充电IGBT管VT2集电极连接整流桥的正极输出端，发射极经预充电电阻R2连接整流桥的负极输出端。FPGA控制器4经过控制电路6连接预充电IGBT管VT2的栅极，从而通过控制电路6来控制预充电IGBT管VT2导通或断开。在两接线端子X1与X2之间的电压差大于20V且用户需要预充电时，用户通过FPGA控制器4来控制预充电IGBT管VT2导通以实行预充电流程，待两接线端子X1与X2之间的电压差小于20V后，用户通过FPGA控制器4来控制预充电IGBT管VT2断开，再通过FPGA控制器4来控制主IGBT管VT1导通。这样，在主IGBT管VT1导通时亮接线端子X1与X2之间的电压差就不会大于20V，从而避免过压损坏断路器内部元件。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种固态直流断路器，包括主通流电路，所述主通流电路中串接有主开关晶体管，还包括分别接往主通流电路两端的两个接线端子，其特征是：在上述两个接线端子与主通流电路之间设有整流桥，从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过主开关晶体管。
2.根据权利要求1所述的固态直流断路器，其特征是：所述主开关晶体管是IGBT管，实现所述“从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过主开关晶体管”的具体结构是：所述主开关晶体管集电极连接整流桥的正极输出端，发射极连接整流桥的负极输出端。
3.根据权利要求2所述的固态直流断路器，其特征是：所述主开关晶体管带有主寄生二极管。
4.根据权利要求1所述的固态直流断路器，其特征是：包括预充电支路，所述预充电支路中串接有预充电开关晶体管和预充电电阻，所述预充电支路与主通流电路并联，即预充电支路两端亦经所述整流桥分别接往两个接线端子，从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过预充电开关晶体管。
5.根据权利要求4所述的固态直流断路器，其特征是：所述预充电开关晶体管是IGBT管，实现所述“从任一个接线端子输入的电流经过整流桥后正向流过预充电开关晶体管”的具体结构是：所述预充电开关晶体管集电极连接整流桥的正极输出端，发射极连接整流桥的负极输出端。
6.根据权利要求5所述的固态直流断路器，其特征是：所述预充电开关晶体管带有预充电寄生二极管。
7.根据权利要求1所述的固态直流断路器，其特征是：在整流桥与主通流电路之间串接有限流电感。
8.根据权利要求1所述的固态直流断路器，其特征是：包括避雷器，所述避雷器并联所述主通流电路，还包括并联所述避雷器的RC吸收支路，所述RC吸收支路包括相互串联的无感电容和无感电阻。
9.根据权利要求1所述的固态直流断路器，其特征是：在整流桥与其中一个接线端子之间串接有保险丝。
10.根据权利要求1所述的固态直流断路器，其特征是：在整流桥与其中一个接线端子之间串接有霍尔传感器。
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| CN201910779523.3A CN110571754A (zh) | 2019-08-22 | 2019-08-22 | 一种固态直流断路器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112003357A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-27 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 基于固态开关的电路控制方法和固态开关 |
| CN114172139A (zh) * | 2020-09-11 | 2022-03-11 | Abb瑞士股份有限公司 | 用于固态开关的智能限流 |
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