CN209462012U - 一种灭弧型低压直流断路器 - Google Patents
一种灭弧型低压直流断路器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN209462012U CN209462012U CN201920494881.5U CN201920494881U CN209462012U CN 209462012 U CN209462012 U CN 209462012U CN 201920494881 U CN201920494881 U CN 201920494881U CN 209462012 U CN209462012 U CN 209462012U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- breaker
- access point
- connects
- pole
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 16
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 101100434411 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) ADH1 gene Proteins 0.000 description 2
- 101150102866 adc1 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 210000003739 neck Anatomy 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种灭弧型低压直流断路器，该电路通过接触器、JFET和IGBT、电容器的组合，完整的器件保护和启动过程逻辑控制，可以实现接触器的无弧关断，不仅提高了断路器的运行效率和可靠性，而且有效的控制了动作时间，非常适合于直流配电网、变电站直流系统、计算中心直流电源系统等领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种灭弧型低压直流断路器，属于电力电子的技术领域。
背景技术
随着新能源控制技术以及大功率电力电子器件不断发展，直流配电网日益受到人们的关注。然而，直流系统线路阻抗低，当发生短路故障时，线路电流上升迅速，在很短的时间内上升到电网难以承受的水平。直流断路器，作为直流输电的关键设备，能够快速隔离故障，然后，传统机械式断路器虽然通态损耗低，开断能力强，但是开断时间受到振荡电路和燃弧现象的限制，很难满足某些场合的开断需求。固态断路器仅由电力电子器件组成，所以开断过程迅速，没有电弧产生，且快速的开断时间能满足所有直流开断的需求。但是，固态断路器通态损耗巨大，散热和效率限制了其实际大电流实用。混合直流断路器由机械断路器并联固态断路器组成，继承了固态断路器开断迅速与机械断路器通态损耗低的特点，成为近年来研究的热点，也是直流配电网高效可靠运行的关键装备。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种灭弧型低压直流断路器。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种灭弧型低压直流断路器，包括接触器K1、JFET器件J1、IGBT器件T1及其反并联二极管D1、二极管D2、缓冲电容C1和C2、阻尼电阻R1和 R2、氧化锌阀片Z1和相应驱动电路；
接触器K1的正极1连接断路器的正接入点+KM，K1的负极2连接J1的D极，J1的S极连接断路器的负接入点+KM1，J1的门极连接驱动电路；
氧化锌阀片Z1的两端分别连接断路器的正负接入点+KM、+KM1；
缓冲电容C1一端连接断路器的正接入点+KM，另外一端连接阻尼电阻R1的一端，形成中心点O，阻尼电阻R1的另一端连接断路器的负接入点+KM1；缓冲电容C2一端连接中心点O，另外一端连接阻尼电阻R2的一端，阻尼电阻R2的另一端连接断路器的负接入点+KM1；
T1的C极连接断路器的正接入点+KM， T1的E极连接D2的正极，即连接中心点O，D2的负极连接断路器的负接入点+KM1， T1的门极连接驱动电路。
所述J1的门极施加驱动负电压时为导通状态；施加低于阈值的驱动电压时为截止状态。
合闸状态时T1和D2中无电流。
所述JFET器件J1、IGBT器件T1采用HCPL-3120芯片进行驱动，接触器K1采用光继电器TLP3553驱动。
本实用新型所达到的有益效果：1、本实用新型可以实现一种灭弧型直流断路器，不仅提高了断路器的运行效率和可靠性，而且有效的控制了动作时间；2、本实用新型还实现了完整的器件保护和启动过程控制，非常适合于直流配电网领域；3、本实用新型采用常通型JFET作为辅助换流器器件，便于控制和保护测量；4、本实用新型主换流IGBT器件采用阶段式关断模式，并配合吸收电容，可有效控制IGBT的流通电流和发热量；5、JFET内阻皆作过电流保护测量电阻，实施简单，且成本较低。
附图说明
图1为本实用新型的电路图；
图2为本实用新型的驱动电路图；
图3为本实用新型的IGBT多阶段关断模式电路图；
图4为本实用新型的过电流测量电路图；
图５为本实用新型的开通动作时续图；
图6为本实用新型的关断动作时续图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型涉及一种灭弧型低压直流断路器，其电路包括接触器K1、JFET器件J1、IGBT器件T1及其反并联二极管D1、二极管D2、缓冲电容C1和C2、阻尼电阻R1和R2、氧化锌阀片Z1；
接触器K1的正极1连接断路器的正接入点+KM，K1的负极2连接J1的D极，J1的S极连接断路器的负接入点+KM1，J1的门极连接驱动电路；
氧化锌阀片Z1的两端分别连接断路器的正负接入点+KM、+KM1；
缓冲电容C1一端连接断路器的正接入点+KM，另外一端连接阻尼电阻R1的一端，形成中心点O，阻尼电阻R1的另一端连接断路器的负接入点+KM1；缓冲电容C2一端连接中心点O，另外一端连接阻尼电阻R2的一端，阻尼电阻R2的另一端连接断路器的负接入点+KM1；
T1的C极连接断路器的正接入点+KM， T1的E极连接D2的正极，即连接中心点O，D2的负极连接断路器的负接入点+KM1， T1的门极连接驱动电路。
如图2所示，直流断路器驱动电路包含K1、J1和T1的驱动。K1采用光继电器TLP3553驱动其动作线圈实现，驱动电压为24V，通过DSP的IO脚控制光继电器通断，进而控制K1。J1利用HCPL-3120芯片进行驱动，驱动电压为-20-0V，当DSP的IO脚输出逻辑“0”时，其驱动电路输出-20V，JFET为关断状态，当DSP的IO脚输出逻辑“1”时，其驱动电路输出0V，JFET为开通状态。T1也利用HCPL-3120芯片进行驱动，T1的关断为多阶段模式，根据DSP测量的电流大小，判断选择对应的关断驱动支路，如图3所示，通常驱动电压为Vee1=-8V，Vcc1=15V的第一支路，当DSP的IO脚输出逻辑“0”时，其驱动电路输出-8V，IGBT为关断状态，当DSP的IO脚输出逻辑“1”时，其驱动电路输出15V，IGBT为开通状态。当需要关断故障电流时，根据实际DSP测量的电流大小，选择第二支路、第三支路，亦可根据实际需求选择更多的支路。上述二个支路的原理是根据Vccx和Veex (x=2或3)和钳位二极管的配置不同的门极驱动电压V GE，如式（1）所示，通过控制门极电压进而可控制IGBT流通的电流，从而控制C1流通电流及其两端电压的上升率，即控制IGBT的关断速度。
（1）
其中，I c,sat为IGBT的集电极电流，α为IGBT结构决定的常数，V GE为加在IGBT门极的电压，V th为IGBT的门极阈值电压，一般也认为是常数。
由于J1的自身电阻值很小，如图4所示，可以通过电阻电容差分滤波电路后接入隔离线性光耦，隔离线性光耦输出接至调理运放电路，其输出分两路分别接入DSP的ADC1和比较器脚COMP1，ADC1由DSP的软件按采集时序读取数据并执行计算，比较器COMP1输出则实现中断加速启动，结果和DSP的计算结果组成相关的逻辑控制。
上述直流断路器的开通状态和关断状态原理如下：
J1是一种电阻值很小的常导通型器件，即当没有驱动负电压施加其门极时，其为导通状态；当低于阈值的驱动电压施加其门极时，其为截止状态。因此，正常合闸状态运行时，接触器K1和 J1形成主供电回路，K1、J1、T1均处于开通状态，因J1的电阻值很小，K1、J1构成的主供电回路导通电流且损耗较小；T1、D2的压降较K1、J1的压降大，因此T1和D2中无电流。正常断开状态时，K1、J1、T1都处于断开状态，C1承担直流母线电压。
上述直流断路器的开通过程原理如下：
如图5所示，合闸命令下达后，先开通J1，20us后再合K1，待K1触电闭合后，C1通过R1、J1、K1放电，10s后C1电压降至较小值，最后开通T1，因此T1不存在过冲电流。
上述直流断路器的关断过程原理如下：
如图6所示，分闸命令下达后，首先分断J1，由于JFET为少子型器件，20us后J1中无电流，即K1和J1支路无电流，然后再分断K1，因此K1没有电弧； K1分断后，由于T1在开通状态，C1两端电压上升较小，因此J1仅承受小电压，此时电流通过T1和D2；5ms之后，K1完全分断，此后，开始关断T1，T1的门极电压采用阶段式下降模式，该模式有效控制T1的流通电流，因此此时断路器电流的电流一部分流过T1，一部分流过C1，C1电压不断上升，最后时刻T1完全关断，C1电压上升至一定过冲电压后自然恢复至母线电压，断路器自然关断；故障模式时，电流较大，C1电压上升至Z1动作电压，Z1限制过冲电压并消耗多余能量，最后C1电压恢复至母线电压，随后断路器才自然关断。
上述电路通过接触器、JFET和IGBT、电容器的组合，完整的器件保护和启动过程逻辑控制，可以实现接触器的无弧关断，不仅提高了断路器的运行效率和可靠性，而且有效的控制了动作时间，非常适合于直流配电网、变电站直流系统、计算中心直流电源系统等领域。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种灭弧型低压直流断路器，其特征在于：包括接触器K1、JFET器件J1、IGBT器件T1及其反并联二极管D1、二极管D2、缓冲电容C1和C2、阻尼电阻R1和 R2、氧化锌阀片Z1；
所述接触器K1的正极1连接断路器的正接入点+KM，K1的负极2连接J1的D极，J1的S极连接断路器的负接入点+KM1，J1的门极连接驱动电路；
所述氧化锌阀片Z1的两端分别连接断路器的正接入点+KM 及负接入点+KM1；
所述缓冲电容C1一端连接断路器的正接入点+KM，另外一端连接阻尼电阻R1的一端，在缓冲电源C1及阻尼电阻R1的连接点处形成中心点O，阻尼电阻R1的另一端连接断路器的负接入点+KM1；缓冲电容C2一端连接中心点O，另外一端连接阻尼电阻R2的一端，阻尼电阻R2的另一端连接断路器的负接入点+KM1；
所述T1的C极连接断路器的正接入点+KM， T1的E极连接D2的正极，即连接中心点O，D2的负极连接断路器的负接入点+KM1， T1的门极连接驱动电路。
2.根据权利要求1所述的一种灭弧型低压直流断路器，其特征在于：所述J1的门极施加驱动负电压时为导通状态；施加低于阈值的驱动电压时为截止状态。
3.根据权利要求1所述的一种灭弧型低压直流断路器，其特征在于：合闸状态时T1和D2中无电流。
4.根据权利要求1所述的一种灭弧型低压直流断路器，其特征在于：所述JFET器件J1、IGBT器件T1采用HCPL-3120芯片进行驱动，接触器K1采用光继电器TLP3553驱动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920494881.5U CN209462012U (zh) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 一种灭弧型低压直流断路器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920494881.5U CN209462012U (zh) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 一种灭弧型低压直流断路器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN209462012U true CN209462012U (zh) | 2019-10-01 |
Family
ID=68047845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201920494881.5U Active CN209462012U (zh) | 2019-04-12 | 2019-04-12 | 一种灭弧型低压直流断路器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN209462012U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109861189A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-07 | 国网江苏省电力有限公司沭阳县供电分公司 | 一种灭弧型低压直流断路器 |
-
2019
- 2019-04-12 CN CN201920494881.5U patent/CN209462012U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109861189A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-06-07 | 国网江苏省电力有限公司沭阳县供电分公司 | 一种灭弧型低压直流断路器 |
| CN109861189B (zh) * | 2019-04-12 | 2024-02-20 | 国网江苏省电力有限公司沭阳县供电分公司 | 一种灭弧型低压直流断路器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103219698B (zh) | 一种混合式直流断路器 | |
| CN104900444B (zh) | 直流断路器的拓扑结构及其控制方法 | |
| WO2021115101A1 (zh) | 一种中高压双向全固态直流断路器及其高电位供能装置 | |
| CN106646206A (zh) | 高电压大电流复合注入的直流断路器合成试验电路和方法 | |
| CN104810807A (zh) | 一种10kV配电网混合式高压直流断路器 | |
| CN106207991A (zh) | 一种双向高压直流混合式断路器 | |
| CN106356817A (zh) | 一种桥式双向无弧直流断路器 | |
| CN111478280A (zh) | 一种基于电容换流的固态式直流断路器 | |
| CN106786348B (zh) | 一种基于桥式感应转移直流断路器及其使用方法 | |
| CN112086939B (zh) | 一种机械开关并联的自然换流型直流断路器及控制方法 | |
| CN106711930A (zh) | 一种直流断路器及其控制方法 | |
| CN107453335A (zh) | 一种直流断路器及其控制方法 | |
| CN110299700A (zh) | 一种机电混合式直流断路器及其控制方法 | |
| CN109861189A (zh) | 一种灭弧型低压直流断路器 | |
| CN209462012U (zh) | 一种灭弧型低压直流断路器 | |
| CN206820455U (zh) | 一种主动抑制过电压的限流式固态断路器 | |
| KR101586003B1 (ko) | 대용량 고전압 하이브리드 ｄｃ 차단기 및 그 구동 방법 | |
| Ye et al. | A novel hybrid DC circuit breaker based on precharged capacitors | |
| CN102946106B (zh) | 可控硅复合开关 | |
| CN104702256A (zh) | 一种高压直流断路器的igbt驱动方法 | |
| CN106300237A (zh) | 一种磁脉冲转移式无弧直流断路器 | |
| CN113765076A (zh) | 一种基于晶闸管的双向固态直流断路器 | |
| CN202949231U (zh) | 一种智能过零投切的可控硅复合开关 | |
| CN112311366A (zh) | 基于阴极短路栅控晶闸管的隔离型双向直流固态断路器 | |
| CN116581720A (zh) | 一种晶闸管型直流断路器及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |