[實用新型]軟開關模式單相交流開關

無效

• 申請號: 201020589615.X
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN201868842U
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 熊成林;馮曉云;宋文勝;韓坤;王青元;葛興來;侯黎明;李云峰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02H3/20
• 分類號: H02H3/20;H02H3/08
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本實用新型屬于電力系統設備，尤其是短時作用場合使用的單相交流開關。

背景技術

斷路器是電力系統的重要控制、保護設備。隨著電力系統的迅速發展，電網短路電流水平迅速提高。目前廣泛應用的傳統機械斷路器具有動作可靠性高、開斷能力強、通態損耗小等優點，但也有動作速度慢、動作一致性差，且在動作過程中常有電弧產生、易損毀觸頭、使用壽命短的缺點。新型固態斷路器（靜止型斷路器）利用現代大功率電力電子技術，在動作速度上具有較大的優勢，但其容量有限、過負載能力差、正常工作時損耗大、不能完全開斷隔離電路等缺點限制了固態斷路器在電力系統中的應用。

針對固態斷路器的缺點，文獻提出利用真空斷路器良好的靜態特性，結合電力電子回路的動態特性構成混合式斷路器（hybrid?circuit?breaker，HCB）。在機械式開關的基礎上，用電力電子器件作為無觸頭開關與機械式開關的觸頭并聯，構成一種新型斷路器，即混合式電力電子斷路器。

混合式斷路器應用于電力系統，關鍵在于其固態開關部分（電力電子換流裝置）電壓和電流承受能力的提高。絕緣柵雙極型晶體管（insulated?gate?bipolar?transistor，IGBT）結合了功率MOSFET?易驅動以及電力雙極結型晶體管（bipolar?junction?transistor，BJT）通態損耗低的優點，具有優異的綜合性能，已成為當前工業領域應用最廣泛的全控型電力電子器件。因此，混合式斷路器中選用IGBT作為其固態換流元件。

混合式斷路器不是將機械式斷路器與固態斷路器簡單并聯，而是在綜合機械式斷路器與靜止式固態斷路器二者優點基礎上進一步擴展功能。與機械式或靜止式固態斷路器相比，混合式斷路器具有穩態工作時導通損耗小、無弧動作、動作快速等優點。

采用IGBT構成的混合斷路器拓撲結構如圖1所示，其中SW_main?為主開關，i_main?為流過主開關的電流，i_s為電源電流，i₁、i₂、i₃?分別為流入IGBT、緩沖回路、吸收回路的電流，D₁～D₄?為二極管橋式電路、IGBT、緩沖回路、吸收回路、放電回路與隔離開關SW_is?構成固態換流回路。

混合式斷路器的工作過程如下：1）閉合過程：為了避免主開關SW_main?動作時產生有害電弧，在SW_main?閉合或斷開前，起換流作用的固態開關IGBT?必須首先處于導通狀態。斷路器需要閉合時，首先投入固態換流回路，在電流達到穩態值時合上主開關，此時因主開關導通電阻小于固態開關的導通電阻，電流開始從固態換流回路流至主開關，完成換流動作后，可以斷開固態換流回路。在整個導通過程中，因固態開關的導通電壓小于主開關的起弧電壓，所以主開關導通時在其觸點間將不會產生電弧。2）斷開過程：當需要斷路器迅速關斷時，首先通過驅動電路將固態換流回路投入工作，固態開關完全導通后，斷開主開關，利用主開關觸點間的電弧電壓將電流換流至固態換流回路。因為電弧電壓受固態開關導通壓降的限制，在主開關觸點間不會產生電弧，這樣完成了對主開關觸點的保護。在主開關觸點完全斷開并恢復絕緣強度后，關斷固態開關。

混合斷路器雖然避免了主開關在通斷過程中電弧的產生，但是必須由電力電子器件承擔開關過程中du/dt及di/dt，對器件的要求較高；另外，斷路器的動作時間由傳統的機械開關動作時間變成了機械開關動作時間和電力電子器件動作時間。

發明內容

鑒于現有技術的以上缺點，本實用新型的目的是設計一種新型的單相交流開關，使之解決現有技術存在的以下問題：1）開關動作時間較長；2）斷開電路時，會生產截流過電壓；3）閉合時會產生浪涌電流。

本實用新型的目的是通過如下的手段實現的。

軟開關模式單相交流開關，由主電路、開關控制支路及與開關控制支路相連接的開關執行機構組成。所述開關控制支路上設置有采集主電路電量信號的電量檢測單元；所述開關執行機構由在直流側并聯有全控型電力電子器件單元的大功率二極管單元組成的橋式整流電路所構成。