[發明專利]靜態轉換開關以及操作靜態轉換開關的方法

有效

• 申請號: 201310552696.4
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103812308B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 特里·D·布什;詹姆斯·M·米勒
• 申請（專利權）人: 力博特公司
• 主分類號: H02M1/06
• 分類號: H02M1/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 杜誠,李春暉

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年11月9日提交的美國臨時申請No.61/724,640的優先權，上述申請的全部內容通過引用合并在本文中。

技術領域

本公開內容總體上涉及靜態轉換開關，更具體地涉及在存在剩余磁通量的情況下消除變壓器突入電流(inrush current)的技術。

背景技術

當交流(AC)電流流過變壓器的初級線圈時，生成在變壓器鐵芯中引起磁通量的交變磁場。該通量具有變化的正極和負極并且通常平衡在0附近或者以0附近為中心。變壓器中的通量與所施加的電壓的積分成正比，因此它的極性比該電壓的極性滯后90°。變壓器的額定設計電壓也意味著變壓器的額定磁通量水平。如果該磁通量在正向或者負向上超過了額定水平，則該變壓器鐵芯開始變得通量“飽和”。這會導致變壓器的初級線圈的特性阻抗變得顯著低于正常值，因此就會允許過大的電流流入變壓器。這樣的電流可以是正常滿額定電流的十到二十倍并且會引起嚴重的配電問題，例如斷路器跳閘、保險絲燒斷、電源變得過載，等等。例如，當最初以隨機的或者不受控的方式對較大變壓器上電的時候，這個問題會出現。參考圖1，如果如12所指示在正弦波中的任意點處施加電壓，則磁通量14不一定以0附近為中心，而且如圖1中16所指示的，可以超過15處指示的最大允許通量水平。

在靜態轉換開關的背景下，通常使用消除或者最小化突入電流的“軟啟動(soft-start)”控制方式來將電壓施加到下游變壓器。如圖2的22所示，該軟啟動控制在所施加的電壓波形的適當點處(即，頂點)接通靜態開關。因為磁通量和所施加的電壓的積分成比例并且假設變壓器鐵芯中的磁通量的初始狀態為0，則可以在數學上證明這種方法保證了變壓器鐵芯中的磁通量平衡在0附近或者以0附近為中心，如圖2所示。

參考圖3，如果將施加給變壓器的電壓在波形上通量非0的某個點處移除，則32處指示的剩余磁通量在自然衰減到0之前會在變壓器鐵芯里保持相當長一段時間。取決于變壓器的設計，衰減時間可以是幾分鐘到超過一個小時。因此，如果電壓12在電壓移除后不久又被施加給變壓器(例如，短暫的電力故障并隨后恢復之后)，那么依賴于初始消磁通量狀態的“軟啟動”控制方法不能保證提供期望的結果。而且，變壓器鐵芯可能會變得飽和，如33所示。因此，期望開發一種可以在存在剩余磁通量的情況下消除突入電流的用于操作靜態轉換開關的新方法。

本部分提供涉及本公開內容的背景信息，該背景信息未必是現有技術。

發明內容

本部分提供本公開內容的一般概述，而不是其全部范圍或其全部特征的全面的公開內容。

為了在存在剩余磁通量的情況下消除突入電流，一個示例技術監視施加給靜態轉換開關的負載端子的電壓。在足夠持續時間的電壓中斷之后，靜態轉換開關中的控制器發起啟動過程。在啟動過程中，負載端子處的電壓幅度逐步增大直到達到AC輸入信號的額定幅度。使用該啟動過程，允許給可以耦合到負載端子的變壓器再供電，而不用考慮自掉電以來所經過的時間。

靜態轉換開關可以包括電連接在優選輸入端子與負載端子之間的第一開關裝置，以及電連接在替代輸入端子與負載端子之間的第二開關裝置，其中，優選輸入端子配置為接收來自優選電壓源的AC輸入信號，而替代輸入端子配置為接收來自替代電壓源的AC輸入信號。第一開關裝置和第二開關裝置包括一個或更多個半導體開關。

控制器與第一開關裝置和第二開關裝置中的半導體開關接口。在一些實施方式中，半導體開關還被限定為硅控整流器。在另外的實施方式中，第一關裝置和第二開關裝置包括以背對背配置彼此并聯布置的兩個硅控整流器。控制器監視負載端子處的電壓并且控制半導體開關的導通狀態以選擇性地將來自優選輸入端子或者替代輸入端子的電壓輸出到負載端子。控制器可以使用相位觸發控制(phase fired control)來控制半導體開關的導通狀態。

一方面，當在負載端子處檢測到電壓中斷時，控制器以啟動模式控制半導體開關的導通狀態，使得負載端子處的電壓的幅度被設置為顯著小于AC輸入信號的峰值，并且逐步增加到峰值。在一些實施方式中，負載端子處的電壓線性地增加直到幅度到達AC輸入信號的峰值。