CN202351400U - 基于igbt开关的短路试验装置 - Google Patents

Abstract

一种基于IGBT开关的短路试验装置，包括：开关柜、试验变压器、阻抗柜、IGBT开关柜和被试品五部分，其中：开关柜一端与电源连接，另一端与试验变压器的高压侧连接，试验变压器的低压侧第一端与阻抗柜的一端连接，阻抗柜的另一端与IGBT开关柜的一端连接，IGBT开关柜的另一端与被试品的一端连接，被试品的另一端与试验变压器的低压侧第二端连接，IGBT开关柜包括IGBT开关KI和导通与关断相位控制器。导通与关断相位控制器用于检测试验变压器低压侧电压的相位，并输出控制信号以控制IGBT开关KI的通断。本实用新型实现了短路试验开关在微秒级内的通断，满足进行短路试验时对短路时间精确控制的要求，试验重复性好，消除了传统机械开关的不足。

Description

基于IGBT开关的短路试验装置

技术领域

本实用新型涉及低压开断设备的抗短路试验技术领域，具体是一种基于IGBT开关的短路试验装置。 

背景技术

抗短路能力试验是接触类元件的重要特性试验。GB14048、GB10963、IEC60947等国内外标准中，对短路试验都有严格的要求。这些要求中，包括对短路触发相位、短路时间和短路电流的严格规定。现有的机械开关要满足这些要求存在多种困难，例如，由于机械开关合闸的分散性，造成合闸角度不精确，试验重复性较差；短路过程中由于短路电流大，机械开关在动作过程中容易产生拉弧、噪声等问题，降低开关使用寿命；短路电流的关断时刻不可控等。 

IGBT(绝缘栅双极晶体管)是MOSFET(场效应晶体管)和GTR(功率晶体管)结合而成的复合器件，作为一种无触点式可控开关，具有开通和关断全可控，开关速度快，驱动功率小，通流能力大等优点，可以有效避免传统开关合闸分散性大、关断时刻不可控、动作过程中产生的拉弧和噪声等问题。随着电力电子技术的发展，IGBT技术越来越成熟，在大电流试验设备中的应用前景也越来越广阔。 

经对现有技术的检索未见有基于IGBT开关的短路试验装置公开或使用。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供基于IGBT开关的短路试验装置，实现快速并且开通和关断全可控的短路试验，满足低压开断设备抗短路试验对短路时间的精确控制要求。 

本实用新型的技术解决方案如下： 

一种基于IGBT开关的短路试验装置，其特点在于，其电路包括：开关柜、试验变压器、阻抗柜、IGBT开关柜和被试品五部分组成； 

其中：开关柜一端与电源连接，另一端与试验变压器的高压侧连接，试验变压 器的低压侧第一端与阻抗柜的一端连接，阻抗柜的另一端与IGBT开关柜的一端连接，IGBT开关柜的另一端与被试品的一端连接，被试品的另一端与试验变压器的低压侧第二端连接，构成短路试验回路。 

所述IGBT开关柜包括IGBT开关KI和导通与关断相位控制器E，导通与关断相位控制器用于检测试验变压器低压侧电压的相位，并输出控制信号以控制IGBT开关KI的通断。 

IGBT开关KI中采用1 in 1IGBT模块，每个IGBT模块都与一个均流电阻串联作为一个单元，将多个单元并联，形成多个IGBT的并联电路，再以上述方法形成另一个相同的多个IGBT并联电路，将两个多IGBT并联电路进行反向串联，组成IGBT开关KI。 

所述每个IGBT模块分别由导通与关断相位控制器E发出的电压相位控制信号控制其在规定的相位通断。 

所述开关柜为带过流保护整定的普通开关柜。 

所述试验变压器为干式冲击试验变压器或油浸式冲击试验变压器。 

所述阻抗柜由至少一个可变电阻R和可变电感L串联组成，用于调节回路阻抗。 

与现有技术相比，本实用新型的技术效果是简单可靠，成本较低，开通和关断全可控，通流能力大且能快速通断的基于IGBT开关的短路试验装置，与传统的采用机械开关的短路试验装置相比，该装置通断控制灵活，速度快，具有在微秒级的时间内实现闭合和开断的能力，能满足相关国内外标准对短路试验严格的开通和关断相位要求和短路时间要求。 

附图说明

图1是本实用新型基于IGBT开关的短路试验装置的电路组成示意图。 

图2是本实用新型中的IGBT开关KI的电路组成示意图。 

图3a是实施例触发电压相位角为0°时的实测短路电流波形图。 

图3b是实施例触发电压相位角为90°时的实测短路电流波形图。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。 

请先参阅图1，图1是本实用新型基于IGBT开关的短路试验装置的电路组成示意图，如图所示，一种基于IGBT开关的短路试验装置，其电路包括：开关柜1、试验变压器2、阻抗柜3、IGBT开关柜4和被试品5五部分组成。其中：开关柜1一端与电源连接，另一端与试验变压器2的高压侧连接，试验变压器2的低压侧第一端与阻抗柜3的一端连接，阻抗柜3的另一端与IGBT开关柜4的一端连接，IGBT开关柜4的另一端与被试品5的一端连接，被试品5的另一端与试验变压器2的低压侧第二端连接，构成短路试验回路。电源为10kV/50Hz。 

开关柜1为带过流保护的开关柜，其中：真空接触器K的额定电压12kV，额定电流100A，熔断器F₁、熔断器F₂额定电流100A，开关柜1用于整套试验装置电源的投入、切除和保护。 

试验变压器2为冲击试验变压器T，额定容量400kVA，短路试验容量4MVA，试验变压器高压侧装有电动无励磁分接转换开关，通过该开关可调节输出电压在108V～516V范围内变化。 

阻抗柜3采用电阻R范围为0.1875～767.8125mΩ，50Hz电抗X_L范围0.175～358.225mΩ，电阻与电感串联，用于调节回路阻抗，以获得预期短路电流和功率因数。 

IGBT开关柜4包括IGBT开关KI和导通与关断相位控制器E。每次试验之前，导通与关断相位控制器E预先设定导通相位和导通持续时间(Δt1)，并计算出导通相位与电压波形过零点之间的时间间隔(Δt2)。导通与关断相位控制器E内带过零检测电路，通过检测出试验变压器低压侧电压的过零点后经过Δt2输出控制信号给IGBT开关KI的触发控制端B₁₁～B_1n、B₂₁～B_2n，以控制IGBT开关的开通，经过Δt1时间停止输出控制信号给IGBT开关KI的触发控制端B₁₁～B_1n、B₂₁～B_2n，以控制IGBT开关的关断。 

IGBT开关柜4中的IGBT开关KI中，IGBT模块采用1 in 1IGBT模块，如图2所示，每个IGBT模块Q(Q₁₁～Q_1n)都与一个电阻R(R₁₁～R_1n)串联作为一个单元，将多个单元并联，形成n个IGBT的并联电路，再以上述方法形成另一个相同的n个IGBT的并联电路(Q₂₁～Q_2n，R₂₁～R_2n)，将两个n个IGBT并联电路进行反向串联，组成IGBT开关KI，使交流电流能受控通过IGBT开关KI，IGBT开关KI中串联电阻较小，用于并联IGBT模块均流。所有IGBT模块都由导通与关断相位控制器E发出的电压相位控制信号控制其在规定的相位通断，通过控制IGBT的通断从而实现对短路 试验时间的精确控制。 

IGBT开关KI中的IGBT模块额定电流和并联数目n决定IGBT开关KI的额定电流。 

实验结果：本实施例中采用参数为1200V/600A的IGBT模块进行四路并联组成IGBT开关KI，进行短路控制验证试验，调整试验回路各部分参数，得到持续时间100ms，各触发电压相位角下流过被试品5的短路电流波形如图3所示。测试结果表明，本实用新型能实现快速而且开通和关断全可控的短路试验，满足相关标准对短路试验的要求，克服传统机械开关的不足。 

Claims (7)

1.一种基于IGBT开关的短路试验装置，其特征在于，其电路包括：开关柜(1)、试验变压器(2)、阻抗柜(3)、IGBT开关柜(4)和被试品(5)五部分组成；

其中：开关柜(1)一端与电源连接，另一端与试验变压器(2)的高压侧连接，试验变压器(2)的低压侧第一端与阻抗柜(3)的一端连接，阻抗柜(3)的另一端与IGBT开关柜(4)的一端连接，IGBT开关柜(4)的另一端与被试品(5)的一端连接，被试品(5)的另一端与试验变压器(2)的低压侧第二端连接，构成短路试验回路。

2.根据权利要求1所述的基于IGBT开关的短路试验装置，其特征是，所述IGBT开关柜(4)包括IGBT开关(KI)和导通与关断相位控制器(E)，导通与关断相位控制器(E)用于检测试验变压器(2)低压侧电压的相位，并输出控制信号以控制IGBT开关(KI)的通断。

3.根据权利要求2所述的基于IGBT开关的短路试验装置，其特征是，所述的IGBT开关(KI)中采用1 in 1IGBT模块，每个IGBT模块都与一个均流电阻串联作为一个单元，将多个单元并联，形成多个IGBT的并联电路，再以上述方法形成另一个相同的多个IGBT并联电路，将两个多IGBT并联电路进行反向串联，组成IGBT开关(KI)。

4.根据权利要求3所述的基于IGBT开关的短路试验装置，其特征是，所述每个IGBT模块分别由导通与关断相位控制器(E)发出的电压相位控制信号控制其在规定的相位通断。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于IGBT开关的短路试验装置，其特征是，所述开关柜(1)为带过流保护整定的普通开关柜。

6.根据权利要求1-4任一所述的基于IGBT开关的短路试验装置，其特征是，所述试验变压器(2)为干式冲击试验变压器或油浸式冲击试验变压器。

7.根据权利要求1-4任一所述的基于IGBT开关的短路试验装置，其特征是，所述阻抗柜(3)由至少一个可变电阻(R)和可变电感(L)串联组成，用于调节回路阻抗。

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