半控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及大功率直流開關(guān)領(lǐng)域，特別是涉及中壓(U > 500V)和高壓(U >1000V)大功率直流開關(guān)領(lǐng)域，主要針對大功率直流開關(guān)通斷瞬間的防電弧技術(shù)和對半控件無觸點開關(guān)的直流帶載關(guān)斷技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知:各類直流機械開關(guān)(有觸點開關(guān))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，若觸點兩端在接通前和斷開后的瞬間無電壓則不會有電弧發(fā)生。而在近年來興起的各類直流供電系統(tǒng)中，運行中不允許中斷直流供電的負(fù)載(如地鐵、有軌和無軌電車、電動列車、應(yīng)急電源的逆變器等)愈來愈多，這些負(fù)載在正常情況下由直流工作電源(附圖中的E01)供電，在直流工作電源突然因故停電時則應(yīng)急工作電源(附圖中的E02)必須瞬間接替工作電源繼續(xù)向負(fù)載供電，而應(yīng)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(chǎn)生嚴(yán)重電弧，同理，主觸點在帶載斷開應(yīng)急電源(緊急需要)時，其兩端在斷開瞬間也會因電壓的存在而產(chǎn)生嚴(yán)重的電弧，為避免電弧引發(fā)惡性事故和毀壞開關(guān)裝置，用于直流主回路通斷的開關(guān)裝置必須考慮滅弧措施，這就引起直流開關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大和成本大大提高。大功率電力電子開關(guān)(即無觸點開關(guān))器件和模塊問世后，由于其導(dǎo)通是擴散的結(jié)果而關(guān)斷(截止)是停止擴散的結(jié)果，其過程中不產(chǎn)生電弧，所以人們曾經(jīng)試圖采用此類無觸點開關(guān)代替各類機械開關(guān)，但電力電子開關(guān)大功率持續(xù)在線工作所造成的大量損耗又能形成嚴(yán)重的熱隱患，給系統(tǒng)設(shè)備的安全和可靠造成嚴(yán)重威脅，且半控型無觸點開關(guān)(晶閘管類)不能帶載關(guān)斷直流，全控型無觸點開關(guān)的控制極耐受干擾信號的能力較差，容易出現(xiàn)誤動作，影響系統(tǒng)可靠性和安全性，因此，電力電子開關(guān)無法替代有觸點開關(guān)在線工作，大功率帶載通斷直流電路一直成為直流開關(guān)領(lǐng)域內(nèi)棘手的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的問題是，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無電弧型大功率直流母線接觸裝置，又針對半控型無觸點開關(guān)不能關(guān)斷直流的難題提供一種動態(tài)反偏置電路，使半控型無觸點開關(guān)可以關(guān)斷直流，還通過智能控制來保證無觸點開關(guān)通道只在應(yīng)急直流電源投入或退出瞬間獨立承載負(fù)荷電流而其他時間不獨立承載電流，其基本結(jié)構(gòu)是:由機械開關(guān)(有觸點開關(guān))和電力電子開關(guān)(無觸點開關(guān))聯(lián)合構(gòu)成直流應(yīng)急電源輸出的雙通道，連接于直流應(yīng)急電源E02和直流輸出母線M+之間。
[0004]根據(jù)雙通道結(jié)構(gòu)中無觸點開關(guān)的不同選擇和用法，無電弧型大功率直流母線接觸裝置可以分為半控件(無觸點開關(guān)器件的控制極只對導(dǎo)通起作用而對截止不起作用)、全控件(無觸點開關(guān)的控制極即能控制導(dǎo)通也能控制截止)和復(fù)合件(無觸點主開關(guān)為半控型器件而無觸點控制開關(guān)為全控器型器件)三種類型，本專利所述的是半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、有觸點主開關(guān)K、無觸點主開關(guān)Tl及其動態(tài)反偏置控制電路構(gòu)成，其動態(tài)反偏置控制電路由無觸點控制開關(guān)T2、電壓源E、電容C及二極管D構(gòu)成。Tl的正極與K主觸點的入端連接后直接與應(yīng)急直流電源E02的正極母線(2M+)相接，Tl的負(fù)極與K主觸點的出端、T2的負(fù)極、D的正極及直流輸出母線的正極(M+)共點連接，二極管D的負(fù)極接電容C的正極和電壓源E的負(fù)極，電壓源E的正極接T2的正極，C的負(fù)極連直流輸出母線的負(fù)極(M-)。Tl和T2的控制極接控制器A，A還連接K的控制線圈、工作電源監(jiān)測儀表V和輸出負(fù)載。
[0005]本發(fā)明利用無觸點開關(guān)能無電弧通斷的優(yōu)勢而避開持續(xù)在線的熱隱患弊端，利用有觸點開關(guān)在線承載電流損耗低的優(yōu)勢而避開其帶載通斷產(chǎn)生電弧的弊端，通過控制使二者互相取長補短，保證應(yīng)急直流電源投入時Tl先導(dǎo)通而K的主觸點后閉合，保證應(yīng)急直流電源退出時K的主觸點先斷開而Tl后截止，Tl只在通或斷的瞬間獨立承載電流，即規(guī)避帶載通斷直流的電弧難題，又避免了 Tl持續(xù)獨立承載電流引發(fā)熱隱患事故的威脅，還通過動態(tài)反偏置電路控制使半控型無觸點開關(guān)Tl可以關(guān)斷帶載直流電路。
[0006]實施本專利使直流應(yīng)急電源E02在緊急情況下既能快速無電弧投入，又能快速無電弧退出，還因避免了 Tl的滿載熱在線工況而避開了熱隱患風(fēng)險。
【附圖說明】
[0007]圖1為直流母線接觸裝置為有觸點開關(guān)的直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其直流供電系統(tǒng)圖中配置的DCS為有觸點開關(guān)型，致命缺點是K2在通斷過程中產(chǎn)生電弧。
[0008]圖2為直流母線接觸裝置為無觸點開關(guān)的直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其直流供電系統(tǒng)圖中配置的DCS為無觸點開關(guān)型，致命缺點是在線發(fā)熱存在熱隱患，且存在不能關(guān)斷直流或容易誤動作等問題。
[0009]圖3為半控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其直流供電系統(tǒng)圖中配置的DCS為本專利所述的半控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置。
[0010]圖中:E01:直流工作電源，E02:直流應(yīng)急電源，DCS:直流母線接觸裝置。
【具體實施方式】
[0011]如圖3所示，半控件智能型大功率無電弧直流母線接觸裝置DCS由控制器A、有觸點主開關(guān)K、無觸點主開關(guān)Tl及其動態(tài)反偏置控制電路構(gòu)成，其動態(tài)反偏置控制電路由無觸點控制開關(guān)T2、電壓源E、電容C及二極管D構(gòu)成。其Tl的正極與K主觸點的入端及應(yīng)急直流電源E02的母線正極(2M+)共點連接，Tl的負(fù)極與K主觸點的出端、T2的負(fù)極、二極管D的正極及輸出母線的正極(M+)共點連接，二極管D的負(fù)極與電容C的正極、電壓源E的負(fù)極共點連接，電壓源E的正極連接無觸點控制開關(guān)T2的正極，C的負(fù)極連接放電母線的負(fù)極(M-)。Tl和T2的控制極接控制器A，A還連接K的控制線圈、直流工作電源EOl的監(jiān)測儀表V及輸出負(fù)載監(jiān)測端。
[0012]原理簡述:在控制器