專利名稱：超快速組合式限流熔斷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于電網(wǎng)過載及短路保護的限流熔斷器，尤其涉及一種超快速組合式限流熔斷器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)現(xiàn)代化程度的日益提高，各種大功率半導體器件得到了廣泛的應(yīng)用，系統(tǒng)的供電靈活性和電能品質(zhì)大大提高，與此同時也帶來了半導體器件的過載及短路保護問題。以目前各類變頻器和變流器中普遍應(yīng)用的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)為例，該器件是一種新型復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件，具有驅(qū)動功率小、飽和壓降低的優(yōu)點，但其最顯著的缺點便是承受過流能力較差，在數(shù)倍額定電流下的失效時間僅為毫秒級?，F(xiàn)有快速熔斷器在數(shù)倍額定電流下的分斷時間通常在幾十毫秒以上，斷路器的動作時間則長達數(shù)百毫秒，均與保護需求相差甚遠。電子控制式限流器采用電子電路快速檢測故障電流，通過炸藥驅(qū)動的分斷機構(gòu)迅速切除故障，能夠起到保護作用，但是其體積大成本高，且存在誤動和拒動的風險，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型旨在解決上述背景技術(shù)的不足，提供一種安全有效、體積小巧、成本低廉的超快速組合式限流熔斷器。半導體器件在過載和短路情況下失效的主要原因是電流的熱效應(yīng)，本實用新型通過超快速分斷，能夠抑制過流峰值、縮短故障持續(xù)時間，從而大大降低故障電流的焦耳積分，有效保護半導體器件。為實現(xiàn)上述功能，本實用新型包括主熔斷器、消弧熔斷器以及扼流線圈，消弧熔斷器與扼流線圈串聯(lián)后與主熔斷器并聯(lián)。所述主熔斷器包括外殼、兩個接線端子和跨接在端子之間的熔體。所述熔體材料采用銀、銅或者鋁，外形為矩形或變截面形，熔體采用電阻焊、釬焊或者壓接的方式與接線端子相連接。所述消弧熔斷器包括外殼、熔斷體和接線端子，熔斷體兩端焊接在接線端子上并封裝在外殼內(nèi)部，熔斷體與外殼之間填充有石英砂。所述扼流線圈包括繞線柱、線圈和接線端子，繞線柱采用絕緣材料，兩端壓有接線端子，線圈纏繞在繞線柱上，兩端焊接在接線端子上。本實用新型通過對主熔斷器、消弧熔斷器和扼流線圈進行綜合優(yōu)化設(shè)計，能夠在額定電流下保持較低溫升和功耗，而在過載和短路電流下又能在數(shù)個毫秒內(nèi)分斷，從而解決了現(xiàn)有快速熔斷器在大功率場合通流能力和限流能力之間的矛盾；另一方面，相對于電子控制式限流器而言，該方案省去了電流傳感器、邏輯控制單元、爆炸分斷機構(gòu)和外部電源等環(huán)節(jié)，直接利用短路電流的熱效應(yīng)作為故障判據(jù)和分斷能量，不僅提高了可靠性，同時也大大減小了體積、降低了成本，有著廣闊的工程應(yīng)用前景和良好的經(jīng)濟效益。
圖I是本實用新型的電路原理圖；圖2是本實用新型的外觀結(jié)構(gòu)圖；圖3是主熔斷器結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實用新型的限流過程示意圖；圖5是本實施例的限流實驗波形；圖中，I-主熔斷器，2-消弧熔斷器，3、4_扼流線圈，5、6_消弧熔斷器接線端子，7、8-主熔斷器接線端子，9-主熔斷器外殼，10-主熔斷器熔體，11-主熔斷器上電流，12-消弧熔斷器上電流，13-限流實驗主回路電流，14-限流實驗樣機兩端電壓。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明如圖I所示，本實用新型包括主熔斷器I、消弧熔斷器2以及扼流線圈3，消弧熔斷器2與扼流線圈3、4串聯(lián)后與主熔斷器I并聯(lián)。如圖2所示，消弧熔斷器2的兩個接線端子5、6分別通過扼流線圈3、4與主熔斷器I的兩個接線端子7、8相連，整個熔斷器通過接線端子7、8與外部電路相連。如圖3所示，主熔斷器I包括外殼9、兩個接線端子7、8和跨接在端子之間的熔體10。由于熔體10較短，且接線端子提供了良好的散熱條件，因此熔體10的電流密度可以數(shù)倍于普通快速熔斷器，主熔斷器I在較低溫升功耗下具有較小的弧前I2t值。如圖4所示，本實用新型的工作原理及限流過程如下(以直流系統(tǒng)為例)正常工作時，由于扼流線圈3、4的作用，額定電流Ie幾乎全部由主熔斷器I承擔；發(fā)生過載或短路時U1時刻)，電流迅速上升，當故障電流的I2t值達到主熔斷器I的弧前I2t值時(t2時刻)，主熔斷器I熔斷起弧，故障電流在電弧電壓作用下開始向消弧熔斷器2和扼流線圈3支路轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移完成后(t3時刻)主熔斷器I內(nèi)電弧熄滅，經(jīng)過一段時間消弧熔斷器2熔斷起弧(t4時刻)，產(chǎn)生高于系統(tǒng)電壓的弧壓(扼流線圈3的作用是防止主熔斷器I上的電弧重燃)，故障電流到達最大值Im并開始下降，直到電路完全分斷(t5時刻)。圖5所示為本實施例的一次樣機限流實驗波形圖，樣機額定參數(shù)為500A/640V，實驗預(yù)期短路電流峰值為4kA，時間常數(shù)10ms。實驗結(jié)果表明樣機弧前時間約為6ms，主回路電流13被限制在I. 5kA，樣機兩端電壓14峰值約為2200V。根據(jù)產(chǎn)品的“時間-電流”特性曲線，同規(guī)格普通快速熔斷器的弧前時間約為20ms，此時電流已經(jīng)到達峰值4kA?？梢钥闯?，本實用新型在同等電壓電流等級下，弧前時間僅為普通快速熔斷器的3/10，截流值也要明顯小于普通快速熔斷器，限流效果顯著。
權(quán)利要求1.超快速組合式限流熔斷器，包括一個主熔斷器(I)，其特征在于它還包括一個消弧熔斷器(2)和兩個扼流線圈(3、4)，所述消弧熔斷器(2)與扼流線圈(3、4)串聯(lián)后與所述主熔斷器⑴并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快速組合式限流熔斷器，其特征在于正常工況下，額定電流幾乎全部由所述主熔斷器(I)承擔；發(fā)生過載或短路時，所述主熔斷器(I)能在故障初期熔斷，迫使電流轉(zhuǎn)移至所述消弧熔斷器(2)所在支路；所述消弧熔斷器(2)在電流轉(zhuǎn)移完成后一個毫秒內(nèi)熔斷并產(chǎn)生高于系統(tǒng)電壓的弧壓，電流逐漸下降至零；所述扼流線圈(3、4)能夠抑制線路中電流的變化率和過電壓，防止所述主熔斷器(I)被擊穿。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快速組合式限流熔斷器，其特征在于所述主熔斷器(I)包括外殼(9)，兩個接線端子(7、8)和熔體(10)，所述熔體(10)跨接在所述接線端子(7、8)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超快速組合式限流熔斷器，其特征在于所述熔體(10)與所述接線端子(7、8)之間的連接方式為壓接、釬焊或者電阻焊。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超快速組合式限流熔斷器，其特征在于所述熔體(10)的形狀為矩形或者變截面形，材料為銀、銅或者鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超快速組合式限流熔斷器，其特征在于所述消弧熔斷器(2)的熔斷體采用大孔徑、細狹徑和薄熔體結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型涉及一種超快速組合式限流熔斷器，主要用于解決現(xiàn)有快速熔斷器和斷路器無法在過載及短路情況下有效保護大功率半導體器件(如IGBT)等問題。其解決方案是超快速組合式限流熔斷器，包括主熔斷器、消弧熔斷器以及扼流線圈，消弧熔斷器與扼流線圈串聯(lián)后與主熔斷器并聯(lián)。本實用新型相對于現(xiàn)有快速熔斷器和斷路器而言，能夠顯著縮短故障分斷時間，大大降低故障電流的焦耳積分，從而達到保護大功率半導體器件的目的；相對于現(xiàn)有電子控制式限流器而言，具有體積小、成本低和可靠性高等優(yōu)點，可在各行業(yè)電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。
文檔編號H01H85/00GK202523661SQ20122006143
公開日2012年11月7日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者戴謀 申請人:戴謀