一种基于桥式感应转移直流断路器及其使用方法技术

一种基于桥式感应转移的直流断路器及其使用方法，包括相互并联的主电流电路，能量耗散电路以及转移电流电路；所述转移电流电路包含电容和电感组成的串联电路、支路电感和桥式支路串联组成的闭合电路，所述电感和支路电感耦合组成一个互感器。本发明专利技术并联的桥式放电电容电路和感应电感电路实现对电流的快速分断，可以有效降低断路器控制体积大小与制造成本。利用桥式感应转移模块实现电流快速地双向转移和分断，而且主回路电容不用预充电，实现二次充电电路和主回路的隔离，转移速度快。主回路电容仅需要单向充电，可以降低电容体积和成本，开断可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于桥式感应转移直流断路器及其使用方法
本专利技术属于电气设备
，特别涉及一种基于桥式感应转移结构的转移电流电路及其使用方法。
技术介绍
由高速机械开关与功率半导体器件组成的混合型断路器具有通流容量大、关断速度快、限流能力强等优点，已经成为大容量系统开断领域的研究热点。使用具有全控功能的功率半导体器件分断电流的混合式直流断路器方案相比于其它混合式方案具有分断速度更快，更利于分断额定电流的优点。但在使用全控型功率半导体器件分断电流时，其电流转移回路通常需要全控型功率半导体器件关断电流，控制复杂程度与成本较高，制约了其推广和应用。传统的转移电流电路中的电容器充电电路与主回路直接相连，没有隔离，开断过程充电电源和主回路会发生干扰，并且对于主回路充电电源的耐压要求非常高，开断不可靠。传统的直流断路器不能够处理直流电网中潮流方向不确定情况下双向限制和分断故障电流的需求，或者为了满足双向工作的情况，往往会使得断路器的制造体积和成本大大提升。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于低压桥式感应转移的直流断路器，所述断路器包括相互并联的主电流电路，能量耗散电路以及转移电流电路；所述主电流电路是由机械开关或机械开关和电力电子器件的组合；所述转移电流电路包含电容和第一电感组成的串联电路、支路电感和桥式支路串联组成的闭合电路，所述第一电感和支路电感耦合组成一个互感器。所述桥式支路由第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、第三功率半导体器件、第四功率半导体器件和支路电容组成；所述第一功率半导体器件和第四功率半导体器件串联后与所述第二功率半导体器件和第三功率半导体器件串联组成的电路并列；所述第一功率半导体器件和第四功率半导体器件间具有第一端点，所述第二功率半导体器件和第三功率半导体器件间具有第二端点，所述支路电容接于所述第一端点与第二端点之间。优选地，所述机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。优选地，所述第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、第三功率半导体器件、第四功率半导体器件为不可控或者具有半控功能的功率半导体器件或者其组合；优选地，所述功率半导体器件包括但不局限于电力二极管、晶闸管、IGCT、IGBT和GTO中的任意一个或者任意多个的组合。优选地，所述的支路电感、第一电感为空心电感器或含磁芯的电感器，由一个或多个电感串联或并联组成。优选地，所述能量耗散电路的为压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器的一个或任意多个的组合。本专利技术还提出一种基于桥式感应转移的直流断路器的使用方法，所述方法包括如下步骤：步骤0，系统正常运行，电流全部从主电流电路流过。步骤1，系统发生短路故障，主电流电路电流开始上升，当超过系统短路阈值时，控制系统动作，机械开关开始动作。步骤2，所述机械开关的机械触头间建立起足够的弧压，控制系统导通第一至第四功率半导体器件，感应电感模块电路导通，感应电感模块中的电容开始放电，耦合电感使得转移电流电路中的第一电感两端产生感应电压，第一电感和电容开始放电。步骤3，机械开关完全打开，主电路电流全部转移至转移电流支路。步骤4，转移电流支路承受全部短路电流，且短路电流在逐渐上升。步骤5，当短路电流对电容充电的电压值达到了能量耗散电路的导通阈值，能量耗散电路导通；电流开始向过电压限制电路转移，由于过电压限制电路的电压钳位作用，断路器两端电压上升幅度很小。步骤6，转移电流支路中的电流全部转移至过能量耗散电路，此时断路器两端的电压达到最高值，为开断过程中断路器两端过电压峰值。此后，能量耗散电路中的电流将开始下降，断路器两端的电压也开始缓慢下降，当系统电流小于能量耗散电路的最小导通电流时。能量耗散电路关闭，能量耗散电路两端电压迅速下降。步骤7，能量耗散电路中的电流为0，感应转移模块中的电容器重新充电，断路器开断完成，断路器两端的电压降为系统电压。优选地，所述过能量耗散电路在断路器正常运行情况下处于截止状态，漏电流小于1μA；所述能量耗散电路的导通电压阈值为所述断路器所处的系统电压的1.5倍。优选地，所述能量耗散电路的最小导通电流为1mA。本专利技术还提出一种基于桥式感应转移的直流断路器的使用方法，所述方法包括如下步骤：正常工作状态下，电流从所述主电流电路流过；此时，所述转移电流电路均处于关断状态，所述转移电流电路没有电流通过，所述转移电流电路中的电容上无电压，所述感应转移模块电路中的支路电容保持预充电状态，所述过能量耗散电路没有电流流过。当系统需要进行开断时，控制所述主电流电路中的所述机械开关进行分闸动作，由于所述机械开关存在机械延时，此时所述机械开关触头仍处于闭合状态；然后通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率确定所述主电流电路中的开关器件以及转移电流电路中第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、第三功率半导体器件、第四功率半导体器件是否动作以及相应的动作时序。本专利技术具有如下有益效果：一、并联的桥式放电电容电路和感应电感电路实现对电流的快速分断，可以有效降低断路器控制体积大小与制造成本。二、利用桥式感应转移模块实现电流快速地双向转移和分断，而且主回路电容不用预充电，实现二次充电电路和主回路的隔离，转移速度快。三、主回路电容仅需要单向充电，可以降低电容体积和成本，并且开断可靠性高。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明；图1是断路器本体结构示意图；图2是本专利技术断路器工作时的一种结构示意图；图3是本专利技术断路器工作在另一种电流方向时的一种示意图；图4是分断电流时转移电流电路电流标志示意图；图5(a)-(e)是分断电流时各电路电流流向图；图6是分断电流时电路中电流变化曲线图；图7是本专利技术的一种具体实施实例图；图8是本专利技术的一种具体实施实例图；图9是本专利技术的一种具体实施实例图；图10是本专利技术的一种具体实施实例图；图11是本专利技术的一种具体实施实例图；图12是本专利技术的一种具体实施实例图；图13是本专利技术的一种具体实施实例图；图14是本专利技术的一种具体实施实例图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上
、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。以下结合附图1-14来说明本专利技术的具体实施方式。图1为断路器本体结构示意图，包括主电流电路、转移电流电路、以及能量耗散电路。为了更好的说明断路器分断过程，本文给出了断路器电流从系统接入端S1到系统接入端S2的结构示意图，如图2所示。如图1、2和3，本实施例提出了一种基于低压桥式感应转移的直流断路器，所述断路器包括主电流电路，转移电流电路以及能量耗散电路，且转移电流电路包含有感应转移模块，主电流电路、转移电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于桥式感应转移的直流断路器，其特征在于，所述断路器包括相互并联的主电流电路，能量耗散电路以及转移电流电路；所述主电流电路是由机械开关或机械开关和电力电子器件的组合；所述转移电流电路包含电容(C)和第一电感(L1)组成的串联电路、支路电感(L0)和桥式支路串联组成的闭合电路，所述第一电感(L1)和支路电感(L0)耦合组成一个互感器；所述桥式支路由第一功率半导体器件(B1)、第二功率半导体器件(B2)、第三功率半导体器件(B3)、第四功率半导体器件(B4)和支路电容组成；所述第一功率半导体器件(B1)和第四功率半导体器件(B4)串联后与所述第二功率半导体器件(B2)和第三功率半导体器件(B3)串联组成的电路并列；所述第一功率半导体器件(B1)和第四功率半导体器件(B4)间具有第一端点，所述第二功率半导体器件(B2)和第三功率半导体器件(B3)间具有第二端点，所述支路电容接于所述第一端点与第二端点之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于桥式感应转移的直流断路器，其特征在于，所述断路器包括相互并联的主电流电路，能量耗散电路以及转移电流电路；所述主电流电路是由机械开关或机械开关和电力电子器件的组合；所述转移电流电路包含电容(C)和第一电感(L1)组成的串联电路、支路电感(L0)和桥式支路串联组成的闭合电路，所述第一电感(L1)和支路电感(L0)耦合组成一个互感器；所述桥式支路由第一功率半导体器件(B1)、第二功率半导体器件(B2)、第三功率半导体器件(B3)、第四功率半导体器件(B4)和支路电容组成；所述第一功率半导体器件(B1)和第四功率半导体器件(B4)串联后与所述第二功率半导体器件(B2)和第三功率半导体器件(B3)串联组成的电路并列；所述第一功率半导体器件(B1)和第四功率半导体器件(B4)间具有第一端点，所述第二功率半导体器件(B2)和第三功率半导体器件(B3)间具有第二端点，所述支路电容接于所述第一端点与第二端点之间。2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，优选的，所述机械开关为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述第一功率半导体器件(B1)、第二功率半导体器件(B2)、第三功率半导体器件(B3)、第四功率半导体器件(B4)为不可控或者具有半控功能的功率半导体器件或者其组合。4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述功率半导体器件包括但不局限于电力二极管、晶闸管、IGCT、IGBT和GTO中的任意一个或者任意多个的组合。5.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述的支路电感(L0)、第一电感(L1)为空心电感器或含磁芯的电感器，由一个或多个电感串联或并联组成。6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：所述能量耗散电路的为压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器的一个或任意多个的组合。7.一种基于桥式感应转移的直流断路器的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤0，系统正常运行，电流全部从主电流电路流过；步骤1，系统发生短路故障，主电流电路电流开始上升，当超过系统短路阈值时，控制系统动作，机械开关开始动作；步骤2，所述机械开关的机械触头间建立起足...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴益飞，吴翊，杨飞，荣命哲，胡杨，纽春萍，易强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61