电容性负载脉冲发生电路中开关器件的保护装置制造方法及图纸

描述了一种保护开关元件，特点是用来给电容性负载供给脉冲的可控硅开关元件，使之免遭因在上述负载中发生火花放电所引起的损伤的方法和装置。负载电压脉冲的特征在于在电压上升时期后跟随有一电压下降时期，这两时期被一个过渡时期所分隔开，在此过渡时期内开关元件遭到火花放电所造成的伤害的可能性最大。具体地说，在此开关元件最易遭到损伤的期间，不论是否发生不正常的火花放电，都有一门触发脉冲加于此元件，使之恢复导通状态。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及借助于一个选通半导体开关器件在电容性负载两端产生脉冲的电路。更具体地说，本专利技术是针对一种上述类型的脉冲发生器电路，而这种电路是用来给静电滤尘器提供能量的，并使用一个可控硅或相似的半导体开关元件来作为脉冲发生电路的一部分。静电滤尘器是用来从气体流中除去颗粒状物体的电气设备，这个气流是射向带有相反极性电荷的滤尘器电极之间的。滤尘器用于许多工业设施中，包括化工厂，尤其是用于发电厂和其它含有细粒的势源中。静电滤尘器近来已比过去更为频繁地得到了使用。这是因为对从排入大气中的气体内除去细粒的需求增加了。还应该明白，此处首先关注的静电滤尘器是高功率器件，典型耗电量为几十千瓦。因此，不但对于粒子的收集、效率，而且对于滤尘器运行的经济性和可靠性来说，适当地激励滤尘器是重要的。在过去，已经有了许多种滤尘器的设计。然而，每一种设计基本上按照一些已建立起来的、还算好的原则来工作的。滤尘器通常包括一对导电电极。一般，电极中的一个含有工作于地电位的一些平行的平面金属薄片，相互间有着相当小的、预先选定的距离间隔。此外，如后所述的一些导线的平板阵列构成第二电极，这些导线彼此电连接，并设置于导电薄片的中间，并和薄片平行。此平板阵列处于高电位。虽然有可能把线状电极接地，而给片状电极加高电位，但是为了安全，一般要避免这种工作方式。许多平行平板电极组装在一个外壳内，此外壳在滤尘器电极间的容积内限定出若干平行的气流通道。这些通道也被平板电极的结构和安排所限定，至少是部分地被限定。通常，商品滤尘器使用多个平板和线状栅极电极对。一个滤尘器典型的区域面积事实上可直至约30，000平方英尺(平板电极面积)。自然地，这样一种构形在线状和板状电极间呈现出一定的电容量。一个典型滤尘器区域的电容量在0.05至0.15微法之间的量极。虽然这样的一些滤尘器和工作看来是相对地简单，但是存在着一些会限制滤尘器粒子收集效率的现象。对于从一给定的滤尘器中除去气流内给定分量和给定类型的粒子来说，不同的激励滤尘器方法显著地影响消耗的电能和功率。必须指出，滤尘器通常工作在40，000至80，000伏特之间的峰值电压，而每一段可以支取约1.5安培电流。由此很易看出，滤尘器的功率通常为80千瓦。所以，在工厂中以静电滤尘器来去除粒状物体，电效率是一重大的经济因素。还有，对于在工厂中的连续工作，滤尘器和滤尘器的激励元件的可靠性是十分重要的。在正常工作下，在待处理的气体中的粒状物体应获得一个基本上在滤尘器阴极导线附近发生的感应电离效应引起的负电荷。随后，带电的尘埃粒子被吸引到滤尘器的阳极平板上，在阳极平板上积聚起一层阳极尘埃。由于此尘埃层的积累，在平板(即片状)电极上形成了一增厚的尘埃层。即使可以借助于振动、卷绕或相反弯曲阳极板来周期性地去除此尘埃层，但是随着此高电阻层的形成，效率仍然会降低。因此，效率高而又切实可行的激励滤尘器的方法是十分想要得到的，特别对于那些呈现出高电阻率尘埃粒子的收集更是如此，此高电阻率约为10-11欧姆-厘米或更高。例如，当燃烧用于电力工业中的低硫煤时，就会产生这样的尘埃。已经采用了许多种不同的途径来设计滤尘器激励电路并使之工作，以希望得到一种滤尘器工作方式，而这种工作方式是高效、可靠、可控和实现起来不昂贵的。此外，在此
内的专业人员，对于最佳滤尘器激励方法尚未取得广泛的一致意见。最近，各种各样的脉冲激励方法已得到了广泛的应用。用脉冲能量去激励一个大的电容性负载所固有的问题，正如大电容性滤尘器通常所出现的问题，是需要大量的能量去重复地把负载电容充至高电压。因为每一所加脉冲只在电容性负载上消耗比较小的能量，所以存储在负载中的未被例如电晕放电或弧光放电消耗掉的剩余能量的回收，是有着头等经济价值的。完成上述作用的转换电路一般采用一个被一反馈二极管所分路的可控硅，此二极管反向并联在可控硅的两端。在工作周期的某些时间内，需要利用此二极管来把无功能量传送给电源。这样一种安排的结果使得流经电容性负载的电流通常具有正弦波形。由触发可控硅来开始一个周期，此可控硅在正弦波的第一个半周内导通，流经可控硅的电流，上升到峰值，然后在负载上的电压达到峰值时下降到零。在正弦波的第二个半周期间，通过可控硅的电流被切断，器件实质上处于不导通状态，此时二极管把可控硅的电流旁路，电流的方向与正弦波第一个半周期间的方向相反。在二极管停止导通后直至加于其控制电极上的下一个触发脉冲到达以开始一个新的工作周期为止，此可控硅必须能阻断加于其上的正向高电压。在这些电容性负载，例如静电滤尘器工作期间，会不时发生火花放电。火花放电是如象在负载两端突然产生的电弧或短路那样造成的负载变压器次级瞬间的低阻抗状态。在加于滤尘器两端的电压脉冲上升或下降期间均可产生这样的火花放电。如果在电流流过二极管(负载两端的电压脉冲下降)期间发生火花放电，则迅速减小的电流很快导致流过二极管的电流反射，紧接着在可控硅两端的正向电压急骤上升。如果这种在可控硅两端正向电压的变化发生在可控硅的正向恢复或关断时间(后文中以tq来标记)内，则当可控硅不能阻断这样的正向高电压时，它就会在有可能遭到损伤或破坏的情况下被强迫导通。具体地说，如果门电流不是以在器件内部提供一足够大的导电沟道时可控硅被强迫导通，则造成一弱的接通，也就是说，大电流通过相对窄的导电沟道，将引起器件的过热和潜在的损伤。在这种场合下保护静电滤尘器中的可控硅开关的一个方法描述在专利第4，503，477号中，此专利建议，利用在火花放电发生后立即触发可控硅的方法，去保护给一电容性负载供电的脉冲发生器中的可控硅开关元件，使之在负载中产生火花放电时，免受损伤。按照此现有技术的说法，如果在脉冲衰减期间，在负载两端的电压的斜率超过一预置的正值，可控硅就被触发导通。此专利还描述了另一种用检测脉冲电流来检测出火花放电的方法，这种方法由负半周和正半周组成，而当在正常的正半周期间产生向负半周的漂移时，可控硅就被触发导通。在上述专利中披露的两种方法都有着重要的值得注意的地方，即应该在火花放电后的15微秒内去触发可控硅使之进入导通状态，这时间最好短于2微秒。然而，业已发现，即使在短于1微秒的周期内去触发可控硅使之导通，在脉冲发生器周期中仍有个别几次会产生失败。这主要是因为在上述时间间隔tq内器件的不确定特征所引起的。在从可控硅导通和优点来说，结合附图参阅下面的描述或许是最易明了的。图1是脉冲发生器电路的略图，此电路用叠加在一个负的直流电压上的脉冲电压去激励一个例如静电滤尘器的电容性负载;图2是根据本专利技术的陈述，在图1电路2工作期间的电流和电压图;图3以方框图的形式示出了一个电路，此电路体现了本专利技术的内容，用来控制图1电路中可控硅开关的点火;图4用来解说根据本专利技术的电路中的各种信号的时间关系。在图1中示出了一个给静电滤尘器提供脉冲的已知电路。此电路包括类似的第一和第二直流电源VA和VB。直流电源VA包括常用的、耦合到交流电源VI的变压器-整流器组合，并包括与变压器TS初级耦合的相位控制开关可控硅Q2。变压器TS的次级耦合到含有二极管D4的整流器，整流器通过导线10产生一个相对于导线11来说为负的直流电压。通过按照一已知的方式去控制加于可控硅Q2门电极上的控制信号，导线10上的直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
在负载两端产生一个电压脉冲的电路中，此负载电压脉冲的特征是：在一上升电压时期后跟着有一下降电压时期，所述两时期由一过渡时期分隔开，所述电路包括一开关元件，所述开关元件具有一控制电极，所述控制电极响应于一控制脉冲促使在此元件中流过一大电流，在所述过渡期间所述电流下降到零，此后在所述负载电压下降期间电流绕过所述元件而被分流，一种保护所述元件使之免遭由于在所述负载上产生火花放电所造成的损伤的改进装置的特征在于包括：加第一控制脉冲于所述控制电极以触发起所述负载电压脉冲的装置和在每一所述过渡时期出现时加第二控制脉冲于所述控制电极，以使得在所述过渡时期内所述元件实质上导通的装置。

【技术特征摘要】
书中把它们包括入内。权利要求1.在负载两端产生一个电压脉冲的电路中，此负载电压脉冲的特征是在一上升电压时期后跟着有一下降电压时期，所述两时期由一过渡时期分隔开，所述电路包括一开关元件，所述开关元件具有一控制电极，所述控制电极响应于一控制脉冲促使在此元件中流过一大电流，在所述过渡期间所述电流下降到零，此后在所述负载电压下降期间电流绕过所述元件而被分流，一种保护所述元件使之免遭由于在所述负载上产生火花放电所造成的损伤的改进装置的特征在于包括加第一控制脉冲于所述控制电极以触发起所述负载电压脉冲的装置和在每一所述过渡时期出现时加第二控制脉冲于所述控制电极，以使得在所述过渡时期内所述元件实质上导通的装置。2.在权利要求1中所述的组合，其特征还在于包括耦合到所述元件和计时器装置的一个振荡电路，用以在基于所述振荡电路特性的所述第一脉冲发生后的一个预先选择时间产生所述第二脉冲。3.在权利要求2中所述的组合，其特征在于其中所述元件包括一个被二极管所分流的可控硅开关，在所述负载电压脉冲下降期间所述二极管工作，以分流绕经过所述可控硅的电流。4.在权利要求1中所述的组合，其特征在于其中第二控制脉冲的产生不依赖于是否发生火花放电。5.权利要求4中所述的组合，其特征在于其中所述第二脉冲的产生不依赖于对所述过渡时期的检测。6.权利要求1中所述的组合，其特征在于其中所述负载是一静电滤尘器。7.权利要求6中所述的组合，其特征在于其中所述开关元件是一可控硅，而所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿布达拉马尔莫德伊塔尼，杰拉尔德约瑟夫卡尔森，彼得威廉迪茨，
申请(专利权)人：通用电气环境服务公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]