CN202363363U - 一种大功率igbt过流保护用高速开断装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种大功率IGBT过流保护装置，具体涉及一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置。本实用新型要解决现有快速熔断器及断路器无法在过流情况下迅速有效保护IGBT的问题。其技术方案是：一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置，包括一个微量安全炸药驱动的高速开断器和与之并联的超快速熔断器，所述高速开断器包括进线端子、连接端子和起爆密封舱，进线端子和连接端子的连接处外侧设置有外壳，所述进线端子和连接端子之间焊接有熔片，熔片与起爆密封舱之间通过信号线联接。本实用新型的优点是：能够在数个毫秒内开断过载电流和短路电流，有效保护大功率IGBT器件不发生损坏和炸裂；同时可靠性高、体积小、成本低。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种大功率IGBT过流保护装置，具体涉及一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置。
背景技术：
绝缘栅双极型晶体管IGBT是一种新型复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有驱动功率小、饱和压降低的优点，因此被广泛应用于各类变流器和变频器中。随着制造工艺的发展，IGBT的额定电流和额定电压已提高到千安级和千伏级，由其构成的兆瓦级变流器已被应用在包括风力发电、光伏发电等工业系统中。
IGBT一个显著的缺点在于其承受过流能力较差，在数倍额定电流之下仅几个毫秒便会导致失效并发生炸裂。
通用快速熔断器在数倍额定电流下的燃弧时间长达几十毫秒，断路器的动作时间则需要数秒时间，远远无法达到有效保护IGBT的要求。基于电子测控装置的现有高速开断装置虽然在分断时间上能够满足要求，但是需要外接电流传感器和电子控制起爆单元，不仅对电源品质和电磁环境要求苛刻，而且体积大成本高，不能开断直流故障电流，限制了该技术在大功率IGBT保护中推广应用。
发明内容：
本实用新型旨在解决上述背景技术的不足，提供一种切实有效的大功率IGBT过流保护装置。
为了实现上述的目的，本实用新型提供的方案是：一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置，包括一个微量安全炸药驱动的高速开断器和与之并联的超快速熔断器，所述高速开断器包括进线端子、连接端子和起爆密封舱，所述进线端子和连接端子的连接处外侧设置有外壳，其特征在于：所述进线端子和连接端子之间焊接有熔片，熔片与起爆密封舱之间通过信号线联接。
上述熔片是并联的多片，由低阻金属材料制成。
与现有技术相比，本实用新型的优点是:
1. 分断速度快：本实用新型中，进线端子和连接端子之间焊接熔片，同时将熔片与起爆密封舱联接，该结构构成了一个无源过流检测器。该无源过流检测器能够在短路电流出现的初期检测出故障电流并触发引爆高速开断器中的炸药模块，高速开断器的动作时间仅为几十到一百微秒，可在高速开断器动作后的一个毫秒内切除故障。基于上述技术，本实用新型能够在几个毫秒内整体开断过载或短路故障电流，远快于通用快速熔断器和断路器。
2. 结构紧凑，可靠性高，成本相对低。本实用新型便于安装不需维护，不需外接信号电源，无安装方向限制，无电子器件排除了电磁干扰的影响，不会出现误动和拒动。
3. 适用范围广，可以适用于直流和交流供配电系统，不仅可用于大功率变流器IGBT的直流侧过流保护，也可用于其它对短路分断速度和开断能力要求较高的场合。
附图说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
参见图1，一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置，包括一个微量安全炸药驱动的高速开断器6和与之并联的超快速熔断器7，所述高速开断器6包括进线端子1、连接端子4和起爆密封舱5，所述进线端子1和连接端子4的连接处外侧设置有外壳8。所说进线端子1和连接端子4之间焊接有熔片2，熔片2是并联的多片，由低阻金属材料制成，熔片2与起爆密封舱5之间通过信号线3联接。
上面所说的结构中，进线端子1和连接端子4之间焊接熔片2，同时将熔片2与起爆密封舱5联接，该结构构成了一个无源过流检测器。
IGBT过流失效的主要原因可以归结为器件中硅材料或焊接导线的超量热效应，本实用新型通过高速开断的方法来制止IGBT在持续性过流情况下的热损耗，防止硅材料或焊接导线的温度超过极限值，从而达到保护IGBT之目的。本实用新型采用无源过流检测器和高速开断器6分别作为故障电流检测触发和开断执行机构，在短路发生初期就能迅速切断电流主通道，使故障电流全部转移进入超快速熔断器7，引发熔断体燃弧并经石英砂强制冷却和热能吸附使其全部熄灭，从而彻底开断故障电流。这一过程在几百微秒到几个毫秒内得以实现。
正常工作电流经连接端子4流过无源过流检测器和高速开断器6，由于该系统内阻极小，而与高速开断器6并联的超快速熔断器7因电阻大而处于旁路状态，几乎不承担工作电流。当电路系统出现故障电流时，无源过流检测器检测到过流信号，通过信号线3迅速触发高速开断器6中导电铜桥内的炸药模块，引爆密封舱5内微量炸药产生冲击力，使高速开断器6中导电铜桥从薄弱环节处完全断裂并形成移位开距，切断故障电流的主通道。故障电流转移到超快速熔断器7内，在石英砂强迫灭弧作用下，吸附全部电弧能量并彻底开断故障电流。
超快速熔断器7在正常工作时几乎无电流通过，只在高速开断器6动作开断后，故障电流转移到超快速熔断器7时完成灭弧分断。
本实用新型在风力发电系统中应用时，将其安装于发电机与变流器之间。当发电机内部出现短路电流或变流器内部发生短路故障时，本实用新型能够在数个毫秒内断开任一方向的故障涌流，一方面可以切断发电机向变流器馈送短路电流，保护变流器内部IGBT器件；另一方面也可以隔断变流器内部短路电流对发电机的反向冲击，起到保护发电机的作用。
Claims (2)
1.一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置，包括一个微量安全炸药驱动的高速开断器（6）和与之并联的超快速熔断器（7），所述高速开断器（6）包括进线端子（1）、连接端子(4)和起爆密封舱（5），所述进线端子（1）和连接端子(4)的连接处外侧设置有外壳（8），其特征在于：所述进线端子（1）和连接端子（4）之间焊接有熔片（2），熔片(2)与起爆密封舱(5)之间通过信号线(3)联接。
2.根据权利要求1所述的一种大功率IGBT过流保护用高速开断装置，其特征在于：所述熔片(2)是并联的多片，由低阻金属材料制成。
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