CN114221315A - 一种高效直流阻感负载快速断开方法 - Google Patents

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廖晓斌
詹柏青
盛建科
张鑫彬
盛亮科
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Guangdong Fullde Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高效直流阻感负载快速断开方法，包括以下步骤：控制器通过驱动电路控制开关S1断开；同时控制器通过驱动电路控制开关Q1、开关Q2…开关QN导通；检测电路检测负载主回路的电流，控制器通过驱动电路控制开关Q1断开；检测电路检测负载主回路的电流，控制器通过驱动电路控制开关Q2断开；重复上述步骤依次断开各个支路；直至检测电路检测负载主回路的电流为0，控制器通过驱动电路控制开关QN断开。本发明通过在回路中增加多级可控续流的支路，每级的续流支路配置有不同阻值的电阻，控制器根据阻感负载中电流大小和不超过开关S1承受电压前提下实时切换各级续流支路，从而确保阻感负载可靠安全快速断开。

Description

一种高效直流阻感负载快速断开方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种高效直流阻感负载快速断开方法。
背景技术
对直流阻感负载进行关断是非常困难的，因为在关断瞬间线路电感反电动式直接加在开关两端，使开关出现过电压。若开关能量吸收回路故障或能量值不够，过电压将直接损坏开关，造成更大的系统故障。
电感对电流的变化有抗拒作用，电感电流不能突变。我们常见的感性负载有电风扇、电冰箱、空调等，这些都属于典型交流感性负载。它的特点是当电流增加时，当流过电感器件的电流变化时，在其两端产生感应电动势，其极性是阻止电流变化的，将阻止电流的增加，当电流减小时，将反过来阻止电流的减小。这使得流过电感的电流不能发生突变。这些交流感性负载使用的是交流电源，当电弧电流过零时，切确地说，是在过零前某时候，由于电弧电压已经低于起弧电压，电弧熄灭。交流感性负载相比直流感性负载要容易断开很多。
要对直流小阻感负载进行断开，通常的做法是选择有灭弧功能的直流断路器就可以了，在开关断开时，电感中能量直接靠灭弧装置消弧。但对较大的阻感负载进行断开，就不但要选择直流断路器，而且还要增加续流二极管，如图1所示。在直流断路器S1断开后，由于电感负载L11中的电流不能突变，继续保持原来电流大小和方向不变。此时，靠二极管D11维持阻感负载电流回路。
图1中设电阻R11＝0.5Ω，电感L11＝2mH，则在开关S1断开后，开关S1两端电压恢复到电源电压4500V，阻感负载中电流在开关S1断开后慢慢由9000A减小到0A。如图2所示，从图2中阻感负载电流的变化可以看出，电流是经过了很长时间才衰减到0A的。之所以能衰减到0A，是因为阻感负载中有电阻R11的存在，电感L11储存能量在R11上慢慢消耗。若R11短路，则即使有二极管续流，电流也没法衰减到0A了，不能真正意义上断开负载。从9000A降到5A，需要30ms时间。而慢断开和不断开，将造成巨大的安全隐患，甚至引起大型的系统故障。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种高效直流阻感负载快速断开方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种高效直流阻感负载快速断开方法，包括控制装置以及负载主回路；
所述控制装置包括控制器、检测电路以及驱动电路；所述检测电路以及驱动电路分别与控制器电性连接；
所述负载主回路包括开关S1以及相互并联的第一支路、第二支路…第N支路；所述第一支路包括电阻R1以及开关Q1；所述第二支路包括电阻R2以及开关Q2；所述第N支路包括电阻RN以及开关QN；
所述开关S1分别与第一支路、第二支路…第N支路连接；所述开关S1以及开关Q1、开关Q2…开关QN分别与驱动电路连接；所述检测电路用于检测负载主回路的电流；
所述高效直流阻感负载快速断开方法包括以下步骤：
A、控制器通过驱动电路控制开关S1断开，阻感支路产生I1电流；同时控制器通过驱动电路控制开关Q1、开关Q2…开关QN导通；
B、电阻R1、电阻R2…电阻RN组成的等效电阻消耗阻感支路能量；
C、检测电路检测负载主回路的电流，若电流为I2，控制器通过驱动电路控制开关Q1断开；
D、电阻R2…电阻RN组成的等效电阻消耗阻感支路能量；
E、检测电路检测负载主回路的电流，若电流为I3，控制器通过驱动电路控制开关Q2断开；
F、重复上述步骤依次断开各个支路；
G、直至检测电路检测负载主回路的电流为0，控制器通过驱动电路控制开关QN断开。
本发明进一步设置为，所述第一支路包括二极管D1；所述第二支路包括二极管D2；所述第N支路包括二极管DN；所述二极管D1与电阻R1串联；所述二极管D2与电阻R2串联；所述二极管DN与电阻N串联。
本发明进一步设置为，所述电阻R1的阻值、电阻R2的阻值…电阻RN的阻值依次增大。
本发明进一步设置为，所述N的数量为4个；电阻R2的阻值为电阻R1的阻值两倍；电阻R3的阻值为电阻R2的阻值两倍；电阻R4的阻值与电阻R3的阻值相同。
本发明进一步设置为，还包括人机交互；所述人机交互与控制器电性连接。
本发明进一步设置为，人机交互为电脑、显示屏或者编码开关。
本发明进一步设置为，所述开关S1以及开关Q1、开关Q2…开关QN均为功率开关管。
本发明的有益效果：本发明通过在回路中增加多级可控续流的支路，每级的续流支路配置有不同阻值的电阻，控制器根据阻感负载中电流大小和不超过开关S1承受电压前提下实时切换各级续流支路，从而确保阻感负载可靠安全快速断开。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是传统阻感负载开关控制的原理图；
图2是传统阻感负载开关控制的开关S1两端电压和负载电感电流波形图原理图；
图3是本发明的原理图；
图4是本发明负载主回路的原理图；
图5是本发明多级控制电流衰减时间波形图；
其中：1、控制装置；2、负载主回路；3、第一支路；4、第二支路；5、阻感支路。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图3至图5所示，本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，包括控制装置1以及负载主回路2；
所述控制装置1包括控制器、检测电路以及驱动电路；所述检测电路以及驱动电路分别与控制器电性连接；
所述负载主回路2包括开关S1以及相互并联的第一支路3、第二支路4…第N支路；所述第一支路3包括电阻R1以及开关Q1；所述第二支路4包括电阻R2以及开关Q2；所述第N支路包括电阻RN以及开关QN；
所述开关S1分别与第一支路3、第二支路4…第N支路连接；所述开关S1以及开关Q1、开关Q2…开关QN分别与驱动电路连接；所述检测电路用于检测负载主回路2的电流；
所述高效直流阻感负载快速断开方法包括以下步骤：
A、控制器通过驱动电路控制开关S1断开，阻感支路5产生I1电流；同时控制器通过驱动电路控制开关Q1、开关Q2…开关QN导通；
B、电阻R1、电阻R2…电阻RN组成的等效电阻消耗阻感支路5能量；
C、检测电路检测负载主回路2的电流，若电流为I2，控制器通过驱动电路控制开关Q1断开；
D、电阻R2…电阻RN组成的等效电阻消耗阻感支路5能量；
E、检测电路检测负载主回路2的电流，若电流为I3，控制器通过驱动电路控制开关Q2断开；
F、重复上述步骤依次断开各个支路；
G、直至检测电路检测负载主回路2的电流为0，控制器通过驱动电路控制开关QN断开。
具体地，本实施例通过上述方式，在以开关S1能承受的极限电压为前提，在回路中增加多级可控续流的支路，每级的续流支路配置有不同阻值的电阻，控制器根据阻感负载中电流大小和不超过开关S1承受电压前提下实时切换各级续流支路，从而确保阻感负载可靠安全快速断开。
本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，所述第一支路3包括二极管D1；所述第二支路4包括二极管D2；所述第N支路包括二极管DN；所述二极管D1与电阻R1串联；所述二极管D2与电阻R2串联；所述二极管DN与电阻N串联。通过上述设置能够防止电流倒流。
本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，所述电阻R1的阻值、电阻R2的阻值…电阻RN的阻值依次增大。通过上述设置便于控制器控制开关Q1、开关Q2…开关QN依次导通。
本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，所述N的数量为4个；电阻R2的阻值为电阻R1的阻值两倍；电阻R3的阻值为电阻R2的阻值两倍；电阻R4的阻值与电阻R3的阻值相同。通过上述设置能够进一步加快阻感支路5电流的泄防。
具体地，本装置取电压不超过2倍电源电压值4500V，即9000V为控制前提，配置图3与图4中续流支路电阻值。若阻感支路5中电阻R0阻值为0.5Ω，则各个支路中配置电阻R1、R2、R3、R4的阻值分别为1Ω、2Ω、4Ω、4Ω。在开关S1断开时，控制器首先控制开关Q11、Q12、Q13、Q14一起导通，相当于续流支路中加入了0.5Ω(电阻R11、R12、R13、R14并联后得到)的电阻消耗电感能量，此时电流开始下降；在电流降到4500A及以下时，开关Q11关断，只保留开关Q12、Q13、Q14导通；当电流降到2250A及以下时，开关Q11、Q12关断，开关Q13、Q14保持导通；当电流降到1125A及以下时，开关Q11、Q12、Q13关断，开关Q14保持导通，直到电流下降到0A，开关Q11、Q12、Q13、Q14才全部关断，至此，阻感支路5确底断开。从图5可以看出，电流从9000A降到5A的时间为5.267ms，在原来30ms基础上，大大缩短了断开时间，保证了系统的安全。
本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，还包括人机交互；所述人机交互与控制器电性连接。通过上述设置便于用户进行操作。
本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，人机交互为电脑、显示屏或者编码开关。通过上述设置便于用户进行操作。
本实施例所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，所述开关S1以及开关Q1、开关Q2…开关QN均为功率开关管。
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，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (7)

1.一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：包括控制装置(1)以及负载主回路(2)；
所述控制装置(1)包括控制器、检测电路以及驱动电路；所述检测电路以及驱动电路分别与控制器电性连接；
所述负载主回路(2)包括开关S1以及相互并联的第一支路(3)、第二支路(4)…第N支路；所述第一支路(3)包括电阻R1以及开关Q1；所述第二支路(4)包括电阻R2以及开关Q2；所述第N支路包括电阻RN以及开关QN；
所述开关S1分别与第一支路(3)、第二支路(4)…第N支路连接；所述开关S1以及开关Q1、开关Q2…开关QN分别与驱动电路连接；所述检测电路用于检测负载主回路(2)的电流；
所述高效直流阻感负载快速断开方法包括以下步骤：
A、控制器通过驱动电路控制开关S1断开，阻感支路(5)产生I1电流；同时控制器通过驱动电路控制开关Q1、开关Q2…开关QN导通；
B、电阻R1、电阻R2…电阻RN组成的等效电阻消耗阻感支路(5)能量；
C、检测电路检测负载主回路(2)的电流，若电流为I 2，控制器通过驱动电路控制开关Q1断开；
D、电阻R2…电阻RN组成的等效电阻消耗阻感支路(5)能量；
E、检测电路检测负载主回路(2)的电流，若电流为I 3，控制器通过驱动电路控制开关Q2断开；
F、重复上述步骤依次断开各个支路；
G、直至检测电路检测负载主回路(2)的电流为0，控制器通过驱动电路控制开关QN断开。
2.根据权利要求1所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：所述第一支路(3)包括二极管D1；所述第二支路(4)包括二极管D2；所述第N支路包括二极管DN；所述二极管D1与电阻R1串联；所述二极管D2与电阻R2串联；所述二极管DN与电阻N串联。
3.根据权利要求1所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：所述电阻R1的阻值、电阻R2的阻值…电阻RN的阻值依次增大。
4.根据权利要求1所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：所述N的数量为4个；电阻R2的阻值为电阻R1的阻值两倍；电阻R3的阻值为电阻R2的阻值两倍；电阻R4的阻值与电阻R3的阻值相同。
5.根据权利要求1所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：还包括人机交互；所述人机交互与控制器电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：人机交互为电脑、显示屏或者编码开关。
7.根据权利要求1所述的一种高效直流阻感负载快速断开方法，其特征在于：所述开关S1以及开关Q1、开关Q2…开关QN均为功率开关管。
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