專利名稱：一種三旁通大功率整流電源及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源裝置及其控制方法，具體涉及一種應用于大功率變流工業(yè)應用領域的具有三旁通功能的整流電路及其控制方法。
背景技術：
整流電源是利用半導體器件的固有特性把交流電轉(zhuǎn)化成直流電，提供大直流電流、直流電壓的裝置。在大功率變流工業(yè)應用和科研試驗中，經(jīng)常有電感很大的感性負載或儲能型負載；為了確保整流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和系統(tǒng)負載的安全，在系統(tǒng)正常關閉或系統(tǒng)發(fā)生故障時必須對負載中儲存的大量能量進行安全轉(zhuǎn)移泄放。常用的方法是利用給儲能負載建立泄能回路讓能量自動釋放，該泄能回路常稱為旁通回路。目前在大功率整流電路的工業(yè)應用中，負載能量轉(zhuǎn)移或者泄放的方式中比較典型·的一般分為兩類一類是采用二極管或者可控半導體器件旁通續(xù)流方式；另一類是采用接觸器、斷路器等開關裝置組成機械開關旁通電路。在現(xiàn)有技術中主要有以下幾篇文獻與本發(fā)明方案相近
文獻I為周君、陳滋健、錢立秀、江磊于2009年7月發(fā)表在《電力電子技術》第43卷第7期的論文《基于晶閘管的PSM模塊Crowbar控制研究》。該論文提出了基于晶閘管的脈沖分級調(diào)制PSM模塊Crowbar控制方法。在論文中描述了系統(tǒng)故障狀態(tài)下晶閘管續(xù)流工作原理，以及快速熔斷器切斷主電路與負載的保護機制。文獻2為劉鵬飛、胡佑群、王躋、邢云龍、佘岳于2011年11月發(fā)表在《電氣制造》2011年第11期的論文《應用于低電壓穿越下Crowbar保護電路的分析》。在該論文中提出了一種旁路電阻型Crowbar電路，該電路是在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時，通過功率開關器件(IGBT)將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路中，這就為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流提供了一個旁路，從而達到限制大電流、保護勵磁變流器的作用。在上述文獻I和文獻2中都提出了一些系統(tǒng)故障狀態(tài)下保護整流主電路的方法，采用晶閘管或者IGBT作為旁通電路的開關器件。受器件的影響，這種方法泄能電流較小或者時間短，不適用于磁體負載等大電感負載系統(tǒng)中的負載泄能保護和主電路保護。在現(xiàn)有技術I中提到的基于晶閘管的PSM (Pulse Skip Modulation,脈沖分級調(diào)制)模塊的Crowbar旁通方法，這種方法是在系統(tǒng)嚴重故障情況下及時撤除高壓以保護系統(tǒng)設備和人員安全。與傳統(tǒng)引燃管Crowbar保護相比，中性束加速極電源系統(tǒng)在每個PSM模塊上并聯(lián)晶閘管作為快速旁路開關，在Crowbar動作后通過串聯(lián)快速直流熔斷器迅速切斷電網(wǎng)與負載的連接。其主要缺點有(1)大電感負載在運行中，正常停機或者故障停機時負載電流很大，基于晶閘管的PSM模塊的Crowbar旁通方法電路是一次性的，當快速熔斷器熔斷時，系統(tǒng)只能更換器件才能再次運行，應用成本高，可維護性差。(2)當磁體等大電感負載電流非常大時，晶閘管器件的承受電流能力有限，工作時間不長，需要非常多的元件并聯(lián)才能滿足大電流釋放的要求，結構非常復雜，制造難度大，控制可靠性不高，成本較高。文獻2提出了一種旁路電阻型Crowbar電路，該電路是在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時，通過功率開關器件將旁路電阻連接到轉(zhuǎn)子回路中，這就為電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流提供了一個旁路，從而達到限制大電流、保護勵磁變流器的作用。該方法是將電網(wǎng)故障期間所產(chǎn)生的大電流旁通到IGBT和旁路電阻支路中，在電流特別大(達到幾十或者幾百千安)且電壓達到數(shù)千伏的大功率系統(tǒng)中，基于目前的半導體器件水平，單個IGBT無法同時滿足旁通支路電流和電壓等級要求，如果多個IGBT串并聯(lián)適用則系統(tǒng)的旁通穩(wěn)定性會降低，且成本將大大增加。旁路電阻在功率，體積，散熱等方面設計也困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三旁通大功率整流電源及其控制方法，該裝置及其控制方法可以在整流電路正常關閉時或故障時為大電感負載提供超大電流快速旁通轉(zhuǎn)移，在保護負載的同時也保護了整流電路，防止了負載能量對整流電路的沖擊，應用安全，可靠性極
聞。 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種三旁通大功率整流電源的技術實現(xiàn)方案，一種三旁通大功率整流電源，包括整流電路、晶閘管快速旁通支路、機械開關旁通支路和控制系統(tǒng)。晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路均并聯(lián)在整流電路的直流側，并位于負載的前端?？刂葡到y(tǒng)分別與整流電路、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路相連，控制系統(tǒng)實時檢測整流電路、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路的狀態(tài)。當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路、機械開關旁通支路均處于不工作狀態(tài)；當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載需要正常泄能時，控制系統(tǒng)切除大功率整流電源的電源，并通過整流電路的任意一條整流臂、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路形成能量泄放回路，保證大功率整流電源和負載中存儲的能量充分消耗，保護負載和大功率整流電源。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法技術方案的進一步改進，在負載泄能放電的過程中，控制系統(tǒng)控制整流電路的任意一條整流臂、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路旁通。在接收到控制命令后，整流電路的整流臂、外部晶閘管快速旁通首先開通，而在機械開關旁通支路開通之后，由機械開關旁通支路來承擔負載中電流的續(xù)流，形成能量泄放回路。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法技術方案的進一步改進，晶閘管快速旁通支路的晶閘管并聯(lián)數(shù)根據(jù)晶閘管快速旁通支路的開通時間和負載的初始電流進行選擇。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法技術方案的進一步改進，機械開關旁通支路中的機械開關根據(jù)負載的整個放電時間和經(jīng)過晶閘管快速旁通支路旁通泄能后的電流進行選擇。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法技術方案的進一步改進，三旁通大功率整流電源還包括總控屏和負載系統(tǒng)?？偪仄僚c控制系統(tǒng)相連，負載系統(tǒng)與總控屏相連，當負載系統(tǒng)發(fā)生故障時，負載系統(tǒng)通過總控屏向控制系統(tǒng)發(fā)出整流電路、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路旁通命令。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法技術方案的進一步改進，在晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路之間設置有邏輯聯(lián)鎖裝置。邏輯聯(lián)鎖裝置在晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路需要旁通時，發(fā)出聯(lián)鎖信號，防止晶閘管快速旁通支路的晶閘管未開通前，機械開關旁通支路的機械開關閉合。本發(fā)明還另外具體提供了一種三旁通大功率整流電源控制方法的技術實現(xiàn)方案，一種三旁通大功率整流電源控制方法，包括以下步驟
控制系統(tǒng)實時檢測整流電路、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路的狀態(tài)；當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路、機械開關旁通支路均處于不工作狀態(tài)；當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載需要正常泄能時，控制系統(tǒng)切除大功率整流電源的電源，并通過整流電路的任意一條整流臂、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路形成能量泄放回路，完成旁通的過程，保證大功率整流電源和負載中存儲的能量充分消耗，保護負載和大功率整流電源。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源控制方法技術方案的進一步改進，當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載需要正常泄能時，還包括以下步驟
在負載泄能放電的過程中，控制系統(tǒng)控制整流電路的任意一條整流臂、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路旁通。在接收到控制命令后，整流電路的整流臂、外部晶閘管快速旁通首先開通，而在機械開關旁通支路開通之后，由機械開關旁通支路來承擔負載中電流的續(xù)流，形成能量泄放回路。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源控制方法技術方案的進一步改進，三旁通大功率整流電源控制方法還包括以下步驟
三旁通大功率整流電源還包括總控屏和負載系統(tǒng)，當負載系統(tǒng)發(fā)生故障時，負載系統(tǒng)通過總控屏向控制系統(tǒng)發(fā)出整流電路、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路旁通命令。作為本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源控制方法技術方案的進一步改進，晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路旁通的過程還包括以下步驟
三旁通大功率整流電源還包括邏輯聯(lián)鎖裝置，邏輯聯(lián)鎖裝置在晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路需要旁通時，向晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路發(fā)出聯(lián)鎖信號，防止晶閘管快速旁通支路的晶閘管未開通前，機械開關旁通支路的機械開關閉合。通過實施上述本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法的技術方案，具有以下技術效果
(1)本發(fā)明可以在整流電路正常關閉時或故障時，為大電感負載提供超大電流(幾十千安)快速旁通轉(zhuǎn)移，在保護負載的同時也保護了整流電路，防止了負載能量對整流電路的沖擊;
(2)本發(fā)明具有三旁通功能的整流電路為超大電流感性負載提供了一種穩(wěn)定可靠的供電和保護方式；大電感負載，如強磁場中的磁體線圈，聚變領域的超導磁體等是敏感和脆弱的負載，且價格昂貴，本發(fā)明解決了大電感負載大量能量釋放的問題；
(3)本發(fā)明整流電路的某條晶閘管整流臂和外置晶閘管旁通在設計上作為互為備用回路，即使其中一路損壞，也可以保證負載能量的快速續(xù)流，安全性高；
(4)本發(fā)明晶閘管旁通和機械開關旁通的時序配合，避免了機械開關閉合時的高壓拉弧現(xiàn)象，增加了機械開關的使用壽命；
(5)本發(fā)明具有三旁通功能的大功率整流電源同時兼顧負載大電流能量續(xù)流響應速度快，續(xù)流電流大的優(yōu)點，應用安全、可靠性高；
(6)本發(fā)明具有三旁通功能的大功率整流電源采用晶閘管旁通支路具備快速響應的特點，彌補了機械開關導通時間上的缺陷，采用機械開關作為機械開關旁通支路，能承受超整流電路中的超大負載電流。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明三旁通大功率整流電源一種具體實施方式
的電路原理框圖；
圖2是本發(fā)明三旁通大功率整流電源一種具體實施方式
的系統(tǒng)控制結構框 圖中I-整流電路，2-晶閘管快速旁通支路，3-機械開關旁通支路，4-控制系統(tǒng)，5-負載，6-總控屏，7-負載系統(tǒng)，8-整流臂。
具體實施例方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如附圖I和附圖2所示，給出了本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法的具體實施例，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。如附圖I所示的一種三旁通大功率整流電源的具體實施方式
，采用整流電路I的任意一條整流臂8、晶閘管快速旁通支路2、機械開關旁通支路3相結合的三旁通電路設計，應用于大功率整流電源系統(tǒng)。本發(fā)明一方面可以保證旁通回路動作的快速性，另一方面可以保證大量能量的有效釋放，從而保證了大功率整流電源系統(tǒng)和負載5的安全，可應用于負載5為大電感特性的大功率電源系統(tǒng)中。三旁通大功率整流電源包括整流電路I、晶閘管快速旁通支路2、機械開關旁通支路3和控制系統(tǒng)4。整流電路I可以采用如三相全控橋結構的整流電路。晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3均并聯(lián)在整流電路I的直流側，并位于負載5的前端。晶閘管快速旁通支路2進一步包括晶閘管，機械開關旁通支路3進一步包括機械開關?？刂葡到y(tǒng)4分別與整流電路I、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3相連?？刂葡到y(tǒng)4實時檢測整流電路I、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3的狀態(tài)。當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路2、機械開關旁通支路3均處于不工作狀態(tài)。當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載5需要正常泄能時，控制系統(tǒng)4切除大功率整流電源的電源，并通過整流電路I的任意一條整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3形成能量泄放回路，保證大功率整流電源和負載5中存儲的能量充分消耗，保護負載5和大功率整流電源。本發(fā)明三旁通大功率整流電源的工作原理是當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路2、機械開關旁通支路3均處于不工作狀態(tài)。當本發(fā)明所在的大功率整流系統(tǒng)發(fā)生故障或者感性負載5需要正常泄能時切除大功率整流電源。同時通過整流電路I的某條晶閘管整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3形成能量泄放回路，保證大功率整流電源及負載5中所存儲的能量充分消耗，達到保護負載5和大功率整流電源的目的。在負載5泄能放電的過程中，控制系統(tǒng)4控制整流電路I的任意一條整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3旁通。在接收到控制命令后，整流電路I的整流臂8、外部的晶閘管快速旁通支路2首先開通。而在機械開關旁通支路3開通之后，由機械開關旁通支路3來承擔負載5中電流的續(xù)流，形成能量泄放回路。本發(fā)明帶三旁通功能的大功率整流電源關鍵在于旁通回路的設計。旁通回路的設計要考慮以下幾個方面的因素
(O大功率整流電源的泄能響應速度；
(2)負載5需要通過旁通電路釋放的電流大??；
(3)負載5電流的放電時間。放電時間的大小和負載5的阻抗有關，負載5放電過程的瞬時電流I可以用以下公式表示
=Ι^⑴
式子中，負載5的電阻值和電感值分別為R和L，負載5需要放電電流的起始值Itl，放電時間為t。通過公式(1)，計算可以獲得大電感負載5的放電曲線。從曲線中可以看出，負載5中的電流需要通過旁通電路釋放，大約到T時間以后電流可以下降到初始電流Itl的10%，可以認為負載5和大功率整流電源安全。在負載5泄能放電過程中，控制系統(tǒng)4同時發(fā)出命令給整流電路I的晶閘管整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3。由于機械開關旁通支路3的開關動作時間為50-80ms，在接收到控制命令之后大功率整流電源整流電路I的某條晶閘管整流臂8、晶閘管快速旁通支路2首先開通，晶閘管的開通響應時間為微秒級。由于晶閘管等半導體器件本身的I2t特性的限制，晶閘管快速旁通支路2無法長時間承受浪涌電流，故在機械開關旁通支路3開通之后主要由機械開關來承擔負載5中電流的續(xù)流，形成泄能的旁通回路。鑒于機械開關旁通支路3的機械開關開通時間一般在50-80ms以內(nèi)，因此可以設置晶閘管快速旁通支路2的晶閘管開通時間為Tl=IOOms(該值可以根據(jù)電源的需求進行調(diào)整)，在Tl時間以后由機械開關旁通支路3進行泄能續(xù)流。采用Tl時間和負載初始電流Itl對晶閘管快速旁通支路2進行晶閘管并聯(lián)數(shù)的選擇和校驗。晶閘管并聯(lián)數(shù)的選擇和校驗標準為根據(jù)負載5電流的衰減特性(見公式I)和放電時間Tl計算出在Tl時間段內(nèi)晶閘管快速旁通支路2中晶閘管累計的電流平方時間值(I2t)，通過對比晶閘管的電流平方時間值
(I2t)來確定實際設計晶閘管并聯(lián)數(shù)，計算公式/ =。通過整個負載5的
電流放電時間T和經(jīng)過Tl時間晶閘管旁通泄能后的電流I1對機械開關旁通支路3進行設計選型。設計選型的標準為根據(jù)負載5電流的衰減特性(見公式I)計算在Tl-T時間段內(nèi)機械旁通支路3累計的電流平方時間值(I2t)，以此來確定機械旁通支路的通流量參數(shù)，計算公式如下
(2)
本發(fā)明米用以 DSP (Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器)+CPLD (ComplexProgrammable Logic Device,復雜可編程邏輯器件)為控制核心的本地控制系統(tǒng)4對大功率整流電源的整流電路I和包括晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3在內(nèi)的旁通電路進行邏輯控制，主要控制系統(tǒng)框圖如附圖2所示。在整個大功率整流電源和負載5正常運行過程中，晶閘 管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3始終處于備用狀態(tài)，控制系統(tǒng)4實時檢測整流電路I、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3的狀態(tài)。當控制系統(tǒng)4檢測到大功率整流電源故障或者感性負載5需正常泄能時，將在毫秒級內(nèi)同時發(fā)出旁通啟動命令后給整流電路I的整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3?；诎雽w器件的快速響應特性，整流電路I某條整流臂8上的晶閘管回路和外部的晶閘管快速旁通支路2將在毫秒級時間內(nèi)先開通，為負載5提供大電流續(xù)流回路。因機械開關旁通支路3的阻抗遠小于晶閘管快速旁通支路2，待機械開關旁通支路3開通之后負載5的能量主要通過機械開關旁通支路3形成續(xù)流回路。大功率整流電源的整流電路I的任意晶閘管整流臂8和外置的晶閘管快速旁通支路2在設計上作為互為備用回路，即使其中某一路損壞，也可以保證負載5能量的快速續(xù)流，安全性聞。三旁通大功率整流電源還包括總控屏6和負載系統(tǒng)7。總控屏6與控制系統(tǒng)4相連，負載系統(tǒng)7與總控屏6相連。當負載系統(tǒng)7發(fā)生故障時，負載系統(tǒng)7通過總控屏6向控制系統(tǒng)4發(fā)出整流電路I、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3旁通命令。在晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3之間設置有邏輯聯(lián)鎖裝置。邏輯聯(lián)鎖裝置在晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3需要旁通時，發(fā)出聯(lián)鎖信號，防止晶閘管快速旁通支路2的晶閘管未開通前，機械開關旁通支路3的機械開關閉合。保證機械開關旁通支路3的機械開關不帶電壓閉合，不會引起高壓拉弧現(xiàn)象。一種三旁通大功率整流電源控制方法的具體實施方式
，包括以下步驟
控制系統(tǒng)4實時檢測整流電路I、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3的狀態(tài)；當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路2、機械開關旁通支路3均處于不工作狀態(tài)；當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載5需要正常泄能時，控制系統(tǒng)4切除大功率整流電源的電源，并通過整流電路I的任意一條整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3形成能量泄放回路，完成旁通的過程，保證大功率整流電源和負載5中存儲的能量充分消耗，保護負載5和大功率整流電源。本發(fā)明采用大功率整流電源整流電路I本身的整流臂8、外部的晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3通過控制系統(tǒng)4的配合，實現(xiàn)對負載5和整流電源雙重保護。大功率整流的整流電路I本身的整流臂8和晶閘管快速旁通支路2是利用晶閘管響應速度快的可控半導體特性設計的快速續(xù)流電路。而機械開關旁通支路3是利用機械開關可耐超大電流的特性，讓負載5儲能主要從機械開關續(xù)流泄放。具有三旁通功能的大功率整流裝置的三個旁通支路之間采用軟硬件控制，密切配合，續(xù)流響應時間快，續(xù)流能量大，控制穩(wěn)
定可靠。當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載5需要正常泄能時，還進一步包括以下步驟
在負載5泄能放電的過程中，控制系統(tǒng)4控制整流電路I的任意一條整流臂8、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3旁通。在接收到控制命令后，整流電路I的整流臂8、外部晶閘管快速旁通首先開通，而在機械開關旁通支路3開通之后，由機械開關旁通支路3來承擔負載5中電流的續(xù)流，形成能量泄放回路。三旁通大功率整流電源控制方法還進一步包括以下步驟
三旁通大功率整流電源還包括總控屏6和負載系統(tǒng)7。當負載系統(tǒng)7發(fā)生故障時，負載系統(tǒng)7通過總控屏6向控制系統(tǒng)4發(fā)出整流電路I、晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通·支路3旁通命令。晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3旁通的過程還進一步包括以下步驟
三旁通大功率整流電源還包括邏輯聯(lián)鎖裝置，邏輯聯(lián)鎖裝置在晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3需要旁通時，向晶閘管快速旁通支路2和機械開關旁通支路3發(fā)出聯(lián)鎖信號，防止晶閘管快速旁通支路2的晶閘管未開通前，機械開關旁通支路3的機械開關閉合。本發(fā)明提出的三旁通電路適用于具有感性負載特性(如磁體負載、電解鋁中長母線負載)的大功率整流系統(tǒng)，特別是電流(幾十千安)和電壓等級(幾千伏)都很高的大功率整流電源系統(tǒng)。三旁通電路響應時間快，根據(jù)晶閘管開關特性，采用晶閘管做快速旁通控制器件，支路旁通控制時間可達到微秒級。本發(fā)明大功率整流電源由于采用三種旁通支路并聯(lián)可承受大電流的流通，能夠滿足超大電流或者超大功率系統(tǒng)的負載電流旁通和主電路保護。在機械開關旁通支路3工作時，采用晶閘管旁通和機械開關旁通在開通時間上的時序差別，有效地避免了機械開關旁通高壓拉弧的風險。另外晶閘管快速旁通支路2的元件選型方便，整個三旁通大功率整流電源成本低，電路原理簡單，控制方式直接簡單。本發(fā)明一種三旁通大功率整流電源及其控制方法的技術方案，具有如下優(yōu)點
(1)本發(fā)明三旁通大功率整流電源可以在大功率整流電源正常關閉時或故障時，為大電感負載5提供超大電流(幾十千安)快速旁通轉(zhuǎn)移，在保護負載5的同時也保護了電源的主電路，防止了負載5能量對大功率電源的沖擊；
(2)本發(fā)明具有三旁通功能的大功率整流電源為超大電流感性負載5提供了一種穩(wěn)定可靠的供電和保護方式；大電感負載5，比如強磁場中的磁體線圈，聚變領域的超導磁體等是敏感和脆弱的負載5，且價格昂貴，本發(fā)明解決了大電感負載5大量能量釋放的問題；
(3)本發(fā)明三旁通大功率整流電源的某條晶閘管整流臂和外置晶閘管旁通在設計上作為互為備用回路，即使其中一路損壞，也可以保證負載能量的快速續(xù)流，安全性高；
(4)本發(fā)明晶閘管旁通和機械開關旁通的時序配合，避免了機械開關閉合時的高壓拉弧現(xiàn)象，增加了機械開關的試用壽命；
(5)本發(fā)明具有三旁通功能的大功率整流裝置同時兼顧負載大電流能量續(xù)流響應速度快，續(xù)流電流大的優(yōu)點，應用安全、可靠性高；(6)本發(fā)明采用晶閘管旁通支路具備快速響應的特點，彌補了機械開關導通時間上的缺陷；米用機械開關作為機械開關芳通支路，能承受超大功率整流電源系統(tǒng)中超大負載電流。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)?！?br> 權利要求
1.一種三旁通大功率整流電源，其特征在于，包括整流電路(I)、晶閘管快速旁通支路(2 )、機械開關旁通支路(3 )和控制系統(tǒng)(4 )，所述晶閘管快速旁通支路(2 )和機械開關旁通支路(3)均并聯(lián)在整流電路(I)的直流側，并位于負載(5)的前端；所述控制系統(tǒng)(4)分別與整流電路(I )、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)相連，控制系統(tǒng)(4)實時檢測整流電路(I)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)的狀態(tài)；當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路(2)、機械開關旁通支路(3)均處于不工作狀態(tài)；當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載(5)需要正常泄能時，控制系統(tǒng)(4)切除大功率整流電源的電源，并通過整流電路(I)的任意一條整流臂(8)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)形成能量泄放回路，保證大功率整流電源和負載(5)中存儲的能量充分消耗，保護負載(5)和大功率整流電源。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種三旁通大功率整流電源，其特征在于在負載(5)泄能放電的過程中，控制系統(tǒng)(4)控制整流電路(I)的任意一條整流臂(8)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)旁通，在接收到控制命令后，整流電路(I)的整流臂(8)、外部晶閘管快速旁通首先開通，而在機械開關旁通支路(3)開通之后，由機械開關旁通支路(3)來承擔負載(5 )中電流的續(xù)流，形成能量泄放回路。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的一種三旁通大功率整流電源，其特征在于所述晶閘管快速旁通支路(2)的晶閘管并聯(lián)數(shù)根據(jù)晶閘管快速旁通支路(2)的開通時間和負載(5)的初始電流進行選擇。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種三旁通大功率整流電源，其特征在于所述機械開關旁通支路(3)中的機械開關根據(jù)負載(5)的整個放電時間和經(jīng)過晶閘管快速旁通支路(2)旁通泄能后的電流進行選擇。
5.根據(jù)權利要求1、2、4中任一權利要求所述的一種三旁通大功率整流電源，其特征在于所述三旁通大功率整流電源還包括總控屏(6)和負載系統(tǒng)(7)，所述總控屏(6)與控制系統(tǒng)(4)相連，所述負載系統(tǒng)(7)與總控屏(6)相連，當負載系統(tǒng)(7)發(fā)生故障時，負載系統(tǒng)(7)通過總控屏(6)向控制系統(tǒng)(4)發(fā)出整流電路(I)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)旁通命令。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種三旁通大功率整流電源，其特征在于在所述晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)之間設置有邏輯聯(lián)鎖裝置，邏輯聯(lián)鎖裝置在晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)需要旁通時，發(fā)出聯(lián)鎖信號，防止晶閘管快速旁通支路(2)的晶閘管未開通前，機械開關旁通支路(3)的機械開關閉合。
7.一種三旁通大功率整流電源控制方法，其特征在于，包括以下步驟 控制系統(tǒng)(4)實時檢測整流電路(I)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)的狀態(tài)；當大功率整流電源正常運行時，晶閘管快速旁通支路(2)、機械開關旁通支路(3)均處于不工作狀態(tài)；當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載(5)需要正常泄能時，控制系統(tǒng)(4)切除大功率整流電源的電源，并通過整流電路(I)的任意一條整流臂(8)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)形成能量泄放回路，完成旁通的過程，保證大功率整流電源和負載(5)中存儲的能量充分消耗，保護負載(5)和大功率整流電源。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種三旁通大功率整流電源控制方法，其特征在于，當大功率整流電源發(fā)生故障或者負載(5)需要正常泄能時，還進一步包括以下步驟在負載(5)泄能放電的過程中，控制系統(tǒng)(4)控制整流電路(I)的任意一條整流臂(8)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)旁通，在接收到控制命令后，整流電路(O的整流臂(8)、外部晶閘管快速旁通首先開通，而在機械開關旁通支路(3)開通之后，由機械開關旁通支路(3)來承擔負載(5)中電流的續(xù)流，形成能量泄放回路。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的一種三旁通大功率整流電源控制方法，其特征在于，所述三旁通大功率整流電源控制方法還進一步包括以下步驟 三旁通大功率整流電源還包括總控屏(6)和負載系統(tǒng)(7)，當負載系統(tǒng)(7)發(fā)生故障時，負載系統(tǒng)(7)通過總控屏(6)向控制系統(tǒng)(4)發(fā)出整流電路(I)、晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)旁通命令。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種三旁通大功率整流電源控制方法，其特征在于晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)旁通的過程還進一步包括以下步驟 三旁通大功率整流電源還包括邏輯聯(lián)鎖裝置，邏輯聯(lián)鎖裝置在晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)需要旁通時，向晶閘管快速旁通支路(2)和機械開關旁通支路(3)發(fā)出聯(lián)鎖信號，防止晶閘管快速旁通支路(2)的晶閘管未開通前，機械開關旁通支路(3)的機械開關閉合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三旁通大功率整流電源及其控制方法，裝置包括整流電路、晶閘管快速旁通支路、機械開關旁通支路和控制系統(tǒng)，晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路均并聯(lián)在整流電路的直流側，并位于負載的前端?？刂葡到y(tǒng)分別與整流電路、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路相連。當裝置發(fā)生故障或者負載需要正常泄能時，控制系統(tǒng)切除裝置的電源，并通過整流電路的任意一條整流臂、晶閘管快速旁通支路和機械開關旁通支路形成能量泄放回路。本發(fā)明可以在整流電路正常關閉時或故障時為大電感負載提供超大電流快速旁通轉(zhuǎn)移，在保護負載的同時也保護了電源，防止了負載能量對電源的沖擊，應用安全，可靠性高。
文檔編號H02H7/125GK102882396SQ201210409518
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權日2012年10月24日
發(fā)明者陳潔蓮, 張敏, 郭民, 陳元初, 陶洪亮, 周成, 曾秋生, 吳強, 黃燕艷, 趙道德, 卡格德爾·魯卡, 田華貴, 張玉平, 黃一平, 王海軍, 唐亞軍, 潘小雷, 柳浩 申請人:株洲變流技術國家工程研究中心有限公司