[發(fā)明專利]交流電源任意時間超快速半導體開關裝置

無效

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• 申請日: 2000-12-05
• 公開（公告）號: CN1357972A
• 公開（公告）日: 2002-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 戴政耀
• 申請（專利權）人: 戴政耀
• 主分類號: H03K17/56
• 分類號: H03K17/56;H03K17/60;H03K17/62;H03K17/64;H03K17/687;H03K17/693;H03K17/695
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 程偉

本發(fā)明涉及一種交流電源任意時間超快速半導體開關裝置，尤指一種可在任意時間關斷負載交流電源的半導體開關裝置。

傳統(tǒng)電動機配電盤及變頻器交流電源輸出中，若輸出端短路或接地故障時，主開關必須跳脫來保護。但目前主開關采用無融絲開關、電磁開關或其它斷路器等皆屬于機械速度開斷，起斷速度慢，產生火花，危險性高，并且使用壽命不佳。尤其，因為起斷速度慢，當負載側發(fā)生故障電流時，負載容易被損壞，譬如：半導體裝置型式變頻器不允許超過10微秒的過電流狀況發(fā)生，然目前無融絲開關或斷路器根本無法在10微秒的內確實關斷。再者，現(xiàn)今自動化生產線系統(tǒng)中，一臺變頻器經(jīng)常同步帶動數(shù)十臺電動機并聯(lián)運轉，一但任一臺電動機短路或接地故障，而導致變頻器跳脫時，即會造成生產系統(tǒng)嚴重停機損失，例如：紡絲卷取及軋鋼滾輪輸送系統(tǒng)等。

此外，傳統(tǒng)電動機的軟起動器、功率因子控制器及調壓調速器等方面的開關電路是采用逆向阻塞式三極可控硅整流器(SCR)，目前可控硅整流器使用方式為整個半波通過，以延遲觸發(fā)達到降壓目的，由于電壓波形已非正弦波，因此電動機的功率因子低，諧波高，起動轉矩低，軟起動效果不佳。譬如：德國西門子及美國AB等品牌的起動最大電流為500％額定值，但起動轉矩最高只有25％，只能適合低起動轉矩方面的送風機、水泵使用，適用范圍受到嚴重限制，以致傳統(tǒng)軟起動器無法取代各種電動機起動開關。

本發(fā)明人有鑒于傳統(tǒng)電動機配電盤及控制器開關的使用缺點，因此乃針對其癥結所在，開始著手加以謀求改善，補其所缺，以尋求一項合理解決方案，經(jīng)過無數(shù)次研析、設計，終于完成本發(fā)明交流電源任意時間超快速半導體開關裝置。

本發(fā)明的目的，在于提供一種交流電源任意時間超快速半導體開關裝置，該裝置能夠在任意時間迅速開關交流電源，而不必在電壓過零時才切斷，達到確實保護作用；該半導體開關裝置可配合簡易的控制功能，以取代傳統(tǒng)無融絲開關、電磁開關、漏電斷路器、過載電驛及保險絲等，并且能夠配合附加軟件及硬件，以作為電動機的軟起動器、功率因子控制器及調壓調速器等功能，能夠更準確及高效率操作；該半導體開關裝置整體開關速度快，不會發(fā)生電弧，損耗小，使用壽命長，只須15伏特電源即可操作達幾萬安培，與傳統(tǒng)配電盤比較，可節(jié)省幾十倍成本，并且采用數(shù)字化操作，簡單、可靠及高效率，能夠與計算機通訊作集中控制功能。

一種交流電源任意時間超快速半導體開關裝置，該裝置在單相或三相負載的各相交流電源上串接可控式第一、第二半導體組件，這些第二半導體組件的另一端共同連接導通，在各相第一、第二半導體組件之間以接線輸出交流電源至相對負載，并且這些第一、第二半導體組件各并聯(lián)一反向的二極管，而各相第一半導體組件與對應相第二半導體組件是為相反的開關動作，藉關斷該相第一半導體組件以切斷交流電源，則負載上的電流經(jīng)由對應相第二半導體及該相第二半導體組件所并聯(lián)的二極管，而構成一續(xù)流回路。這些第一、第二半導體組件為功率絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。

本發(fā)明具有下列附圖：

圖1本發(fā)明實施例半導體開關裝置的電路圖。

圖2圖1R相導通至S相電源的示意圖。

圖3圖2切斷交流電源的示意圖。

圖4圖1T相導通至S相電源的示意圖。

圖5圖4切斷交流電源的示意圖。

圖6脈沖寬度調整輸出電壓、電流波形圖。

圖7本發(fā)明另一實施例的電路圖。

圖中代號說明：

10三相電動機

11、21、31第一半導體組件

12、22、32第二半導體組件

40單向電動機

D1、D2、D3、D4、D5、D6二極管

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述：

請參閱圖1，本發(fā)明交流電源任意時間超快速半導體開關裝置控制三相負載的交流電源開關動作，而圖1所示負載即以三相電動機10作為說明，其主要在R、S、T相交流電源上各串接可控式第一、第二半導體組件11、12、21、22、31、32，這些第二半導體組件12、22、32的另一端則共同連接導通，并在各相第一、第二半導體組件11、12、21、22、31、32的間形成U、V、W交流電源輸出端，以接線輸出交流電源至三相電動機10的相對線圈，而各相第一、第二半導體組件11、12、21、22、31、32皆并聯(lián)一反向的二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6。在圖1所示實施例中，這些第一、第二半導體組件11、12、21、22、31、32系為功率絕緣柵場效應晶體管(IGBT)，亦可采用金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，或者其它可適用的晶體管，譬如：漢寧頓管(GTR)。