[發明專利]全控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置

有效

• 申請號: 201510068440.5
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104716640B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 孫毅彪
• 申請（專利權）人: 孫毅彪
• 主分類號: H02J1/12
• 分類號: H02J1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及大功率直流開關領域，特別是涉及中壓(U＞500V)和高壓(U＞1000V)大功率直流開關領域，主要針對大功率直流開關通斷瞬間的防電弧技術和對半控件無觸點開關的直流帶載關斷技術。

背景技術

眾所周知：各類直流機械開關(有觸點開關)在帶載接通前的瞬間和剛剛帶載斷開的瞬間所形成的電弧都是觸點兩端電壓所形成的電場擊穿空氣(電離)造成的，若在接通前和斷開后的瞬間觸點兩端無電壓則不會有電弧發生。而在近年來興起的各類直流供電系統中，運行中不允許中斷直流供電的負載(如地鐵、有軌和無軌電車、電動列車、應急電源的逆變器等)愈來愈多，這些負載在正常情況下由直流工作電源(附圖中的E01)供電，而在直流工作電源突然因故停電時則應急工作電源(附圖中的E02)必須瞬間接替工作電源繼續向負載供電，而應急電源接通前的瞬間，其主觸點的入、出兩端存在額定電壓，因此其接通過程難免產生嚴重電弧，不僅如此，在負載未解除的情況下若因特殊需要而瞬間切斷應急電源的供電，則主觸點兩端也會因電壓的存在而產生嚴重的電弧，為避免電弧引發惡性事故和毀壞開關裝置，用于直流主回路通斷的開關裝置必須考慮滅弧措施，這就引起直流開關設備結構復雜、體積龐大和成本大大提高。大功率電力電子開關(即無觸點開關)器件和模塊問世后，由于其導通是擴散的結果而關斷(截止)是停止擴散的結果，其過程中不產生電弧，所以人們曾經試圖采用此類無觸點開關代替各類機械開關，但電力電子開關大功率持續在線工作所造成的大量損耗又能形成嚴重的熱隱患，給系統設備的安全和可靠造成嚴重威脅，且半控型無觸點開關(晶閘管類)不能帶載關斷直流，全控型無觸點開關的控制極耐受干擾信號的能力較差，容易出現誤動作，影響系統可靠性和安全性，因此，電力電子開關無法替代有觸點開關在線工作，大功率帶載通斷直流電路一直成為直流開關領域內棘手的課題。

發明內容

本發明要解決的問題是，針對大功率直流電路帶載通斷所存在的滅弧難題提供一種全控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置，又針對全控型無觸點開關易受干擾的難題提供一種抗干擾電路，還通過控制器的控制來保證無觸點開關通道只在應急直流電源投入或退出瞬間承載負荷電流而其他時間不獨立承載電流，其基本結構是：由機械開關(有觸點開關)K和電力電子主開關(無觸點主開關)T1構成直流應急電源輸出的雙通道結構，連接于直流應急電源E02和直流輸出母線M+之間。

根據雙通道結構中無觸點開關的不同選擇和用法，全控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置可以分成半控件(無觸點開關的控制極只對導通起作用而對截止不起作用)、全控件(無觸點主開關的控制極即能控制導通也能控制截止)和復合件(無觸點主開關為半控器件而無觸點控制開關為全控器件)三種類型，本專利所述的是全控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置(即附圖3中的“DCS”)，其特征在于：由控制器A、有觸點開關K、無觸點主開關T1及防干擾電路構成，其防干擾電路由無觸點控制開關T2、電壓源E及電容C構成。T1的正極與K主觸點的入端連接后直接與應急直流電源E02的正極母線(2M+)相接，其負極與K主觸點的出端和T2的負極共點連接后連接直流輸出母線的正極(M+)，其控制極與E的負極和C的正極共點連接后接至A；T2的正極接E的正極，其控制極與C的負極相接后接至A，A除了接T1和T2的控制極之外，還連接K的控制線圈、工作電源監測儀表V和輸出負載。

本發明以防電弧為目的，利用無觸點開關帶載通斷無電弧的優勢而避開持續在線的熱隱患弊端，利用有觸點開關在線承載電流損耗低的優勢而避開其帶載通斷產生電弧的弊端，通過控制使二者互相取長補短，保證應急直流投入時T1先導通而K的主觸點后閉合，保證直流應急電源退出時K的主觸點先斷開而T1后截止，T1只在通或斷的瞬間獨立承載電流，既規避帶載通斷直流的電弧難題，又避免T1持續獨立承載電流引發熱隱患的風險，還通過抗干擾電路防止全控型無觸點開關器件T1誤動作。

實施本專利使直流應急電源E02在緊急情況下既能快速無電弧投入，又能速無電弧退出，還因避免了T1的滿載熱在線工況而避開了熱隱患風險。

附圖說明

圖1為直流母線接觸裝置為有觸點開關的直流供電系統結構圖，其直流供電系統圖中配置的DCS為有觸點開關型，其致命缺點是K2在通斷過程中產生電弧。

圖2為直流母線接觸裝置為無觸點開關的直流供電系統結構圖，其直流供電系統圖中配置的DCS為無觸點開關型，其致命缺點是在線發熱存在熱隱患，且存在不能關斷直流或容易誤動作等問題。