專利名稱：采用半導(dǎo)體技術(shù)的快速切斷開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率電子，涉及一種采用半導(dǎo)體技術(shù)的快速切斷開(kāi)關(guān)，特別適用于由交流供電系統(tǒng)向負(fù)載提供不間斷電源。一個(gè)同類的切斷開(kāi)關(guān)由例如法國(guó)專利申請(qǐng)文件FR2666941A1所描述。
同類的切斷開(kāi)關(guān)用于將負(fù)載從向其供電的供電系統(tǒng)脫開(kāi)，它特別是可以作為不間斷電源使用。不間斷電源帶有一個(gè)輔助電源，當(dāng)負(fù)載與交流供電系統(tǒng)脫開(kāi)后，所述輔助電源借助于耦合裝置能夠與所述負(fù)載連接，這種輔助電源例如可以是電池，它的直流電壓通過(guò)一個(gè)整流器變?yōu)榻涣麟妷?，該電源還包括一個(gè)用作發(fā)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能量的柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組或旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
尤其是某些敏感的用戶如電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或醫(yī)院里的電子設(shè)備一般要求使用反應(yīng)時(shí)間在幾毫秒之內(nèi)的快速不間斷電源。當(dāng)每次出現(xiàn)瞬時(shí)的故障和短時(shí)間的電壓中斷時(shí)，完全可以被接通，因此用戶的交流電源總是不間斷的。這種用戶的功率需求在正常青況下不會(huì)超過(guò)幾十千瓦，因此可以使用功率晶體管或IGBT的器件作為切斷開(kāi)關(guān)。
對(duì)于具有大功率需求(例如0.5-2MW)的敏感用戶，目前相應(yīng)的措施是考慮采用旋轉(zhuǎn)的變換裝置。在這種情況下，利用一個(gè)發(fā)電機(jī)的動(dòng)能解決毫秒級(jí)的故障，如果故障持續(xù)的較長(zhǎng)，將利用動(dòng)態(tài)的耦合進(jìn)一步接通其他轉(zhuǎn)動(dòng)量。此外，還可以啟動(dòng)和接通一個(gè)柴油發(fā)電機(jī)，從而解除長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘之久的故障。多年來(lái)作為現(xiàn)有技術(shù)一直使用這種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，而且實(shí)踐證明這種方法基本上是可靠的。但是需要昂貴的機(jī)械設(shè)備投入，而且為了維持所述設(shè)備必要的持續(xù)運(yùn)行壽命需要高的維護(hù)開(kāi)支和較大的損耗，當(dāng)功率高于2MW時(shí)，必須并聯(lián)連接多個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。
采用已有的電子電路傳輸大功率是目前尚未解決的難題，這既有技術(shù)方面的問(wèn)題，又有經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種采用半導(dǎo)體技術(shù)的快速切斷開(kāi)關(guān)，它適用于很高的功率，工作可靠，需要盡可能少的維護(hù)量，并且使一個(gè)負(fù)載在毫秒級(jí)內(nèi)能夠與給其供電的交流供電系統(tǒng)脫開(kāi)。本發(fā)明的上述任務(wù)是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)施的一種用于將一個(gè)負(fù)載與向其供電的交流供電系統(tǒng)(R,S,T)分離的快速切斷開(kāi)關(guān)，其特征在于，該切斷開(kāi)關(guān)包括一個(gè)初級(jí)與所述供電系統(tǒng)(R,S,T)相連接的變壓器，變壓器的初級(jí)通過(guò)一個(gè)整流器電路連接到一個(gè)斷路晶體閘流管。
其中，與斷路晶體閘流管并聯(lián)連接一個(gè)由二極管和電容器串聯(lián)組成的串聯(lián)電路；并且，斷路晶體閘流管是硬控制的。
一種用于由交流供電系統(tǒng)(R,S,T)向負(fù)載供電的不間斷電源，包括一個(gè)切斷開(kāi)關(guān)，用于將負(fù)載從交流供電系統(tǒng)斷開(kāi)，一個(gè)輔助交流電源以及將該輔助交流電源與負(fù)載連接的裝置，其特征在于，所述切斷開(kāi)關(guān)包括一個(gè)初級(jí)與所述供電系統(tǒng)(R,S,T)相連接的變壓器，變壓器的次級(jí)通過(guò)一個(gè)整流器電路連接到一個(gè)斷路晶體閘流管。
其中，所述輔助交流電源借助于另一個(gè)變壓器與負(fù)載相連接，并且輔助交流電源還包括一個(gè)直流電源，它通過(guò)一個(gè)整流器被轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，整流器具有斷路晶體閘流管，后者是被硬特性控制的。
本發(fā)明的核心內(nèi)容是切斷開(kāi)關(guān)包括一個(gè)其初級(jí)與交流供電系統(tǒng)串聯(lián)連接的變壓器，該變壓器的次級(jí)與不受整流器電路控制的中間電路中的斷路晶體閘流管相連接，這種斷路晶體閘流管最好是硬控制(hart angesteuert)的。
輔助交流電壓源包括一個(gè)直流電壓源，它通過(guò)一個(gè)整流器被轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷骸１景l(fā)明的電源的一個(gè)值得推薦的結(jié)構(gòu)是在所述整流器中配備有硬控制的斷路晶體閘流管。
本發(fā)明的優(yōu)越之處在于，該電子切斷開(kāi)關(guān)能夠適用于很高的功率，它的切斷速度快，可以接通短時(shí)的電壓中斷和瞬間故障。使用硬特性控制的斷路晶體閘流管，可以降低安裝開(kāi)支消耗。
下面將參照附圖結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。附圖為

圖1本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖2本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的方框圖。
在各附圖中所使用的標(biāo)號(hào)和其含義均列在所附的統(tǒng)一的標(biāo)號(hào)表中，圖中相同的部件基本上采用相同的標(biāo)號(hào)表示。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，交流供電系統(tǒng)的三相分別用R、S、T表示，一個(gè)負(fù)載1連接到該三相交流供電系統(tǒng)上。這個(gè)負(fù)載是靈敏的大功率電子類負(fù)載，必須具有對(duì)故障和交流供電系統(tǒng)掉閘的保護(hù)措施。為此提供一個(gè)輔助電源2，它根據(jù)需要能夠連接到負(fù)載1上，三相變壓器11實(shí)現(xiàn)耦合連接。所述輔助電源2包括例如一個(gè)交流電源10，經(jīng)過(guò)一個(gè)整流器9和中間電路電容器8轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娫?，然后這個(gè)直流電壓通過(guò)整流器7再轉(zhuǎn)變成交流電壓，最后通過(guò)變壓器11連接到負(fù)載1上。
負(fù)載1可以與所述交流供電系統(tǒng)(R,S,T)斷開(kāi)，為此提供一個(gè)電子切斷開(kāi)關(guān)12，該開(kāi)關(guān)的作用必須使流過(guò)供電系統(tǒng)和用戶的電流能夠被快速和可靠地中斷。根據(jù)本發(fā)明，這種切斷開(kāi)關(guān)12包括一個(gè)初級(jí)與供電系統(tǒng)R,S,T相連接的變壓器3，而變壓器3的次級(jí)連接一個(gè)整流器9，其電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓，為了將負(fù)載1與供電系統(tǒng)斷開(kāi)，提供與所述整流器9的輸出端連接一個(gè)斷路晶體閘流管4。在正常運(yùn)行中，也就是說(shuō)，負(fù)載1的供電是由交流供電系統(tǒng)R,S,T饋送的，則開(kāi)關(guān)4是維持導(dǎo)通的，即變壓器3的次級(jí)短路，其初級(jí)與帶負(fù)載2的供電系統(tǒng)R,S,T相連接，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或中斷時(shí)，開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)。整流電路9的輸出電壓上升，變壓器次級(jí)側(cè)的短路被斷開(kāi)。接著負(fù)載1和供電系統(tǒng)之間的連接將被變壓器的開(kāi)路阻抗斷開(kāi)，于是輔助電源2向負(fù)載1供電。負(fù)載1和供電系統(tǒng)R,S,T斷開(kāi)后，機(jī)械切斷開(kāi)關(guān)13動(dòng)作，該供電系統(tǒng)完全分離。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，斷路晶體閘流管4有由一個(gè)二極管6和一個(gè)電容器5構(gòu)成的鉗位電路，這種鉗位電路用于傳送剩余能量到主電流回路。在供電系統(tǒng)側(cè)積蓄的電感能量可以被有效地分散，因此切斷開(kāi)關(guān)12每當(dāng)需要時(shí)和出現(xiàn)過(guò)流時(shí)均能被打開(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，如圖2所示，鉗位電路在電位上與輔助電源的直流電壓耦合，電容器5的電容量可以選擇得更小，或者完全不需要電容器5，因?yàn)檩o助電源2的中間電路8的電容已經(jīng)足夠了。當(dāng)然在這種情況下，變壓器3的變壓比必須與之相適應(yīng)。
顯然本發(fā)明對(duì)變壓器3提出了相當(dāng)高的要求，變壓器的設(shè)計(jì)必須滿足高水平，它在斷路晶體閘流管4導(dǎo)通的情況下必須滿負(fù)荷運(yùn)行，而在斷路晶體閘流管4截止時(shí)，能夠在任何時(shí)間點(diǎn)承受電壓而不會(huì)飽和。因此變壓器的電壓設(shè)計(jì)參數(shù)必須是常規(guī)變壓器的參數(shù)基本數(shù)據(jù)的兩倍。
斷路晶體閘流管4最好是硬特性控制的，斷路晶體閘流管4的反應(yīng)時(shí)間因此縮短，采用本發(fā)明的切斷開(kāi)關(guān)或者不間斷電源，尤其是適用于大功率的敏感的用戶。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)特別體現(xiàn)在切斷開(kāi)關(guān)動(dòng)作足夠快，借助于一個(gè)輔助機(jī)械式開(kāi)關(guān)13，可以“坦然地”將所連接的供電系統(tǒng)與其負(fù)載分離。
權(quán)利要求
1.一種用于將一個(gè)負(fù)載(1)與向其供電的交流供電系統(tǒng)(R,S,T)分離的快速切斷開(kāi)關(guān)，其特征在于，該切斷開(kāi)關(guān)(12)包括一個(gè)初級(jí)與所述系統(tǒng)(R,S,T)相連接的變壓器(3)，變壓器的次級(jí)通過(guò)一個(gè)整流器電路(9)連接到一個(gè)斷路晶體閘流管(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切斷開(kāi)關(guān)，其特征在于，與斷路晶體閘流管(4)并聯(lián)連接一個(gè)由二極管(6)和電容器(5)串聯(lián)組成的串聯(lián)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1,2所述的切斷開(kāi)關(guān)，其特征在于，斷路晶體閘流管(4)是硬控制的。
4.一種用于由交流供電系統(tǒng)(R,S,T)向負(fù)載(1)供電的不間斷電源，包括一個(gè)切斷開(kāi)關(guān)(12)，用于將負(fù)載(1)從交流供電系統(tǒng)斷開(kāi)，一個(gè)輔助交流電源(2)以及將該輔助交流電源與負(fù)載連接的裝置(11)，其特征在于，所述切斷開(kāi)關(guān)(12)包括一個(gè)初級(jí)與所述供電系統(tǒng)(R,S,T)相連接的變壓器(3)，變壓器的次級(jí)通過(guò)一個(gè)整流器電路(9)連接到一個(gè)斷路晶體閘流管(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不間斷電源，其特征在于，所述輔助交流電源(2)借助于另一個(gè)變壓器(11)與負(fù)載(1)相連接，并且輔助交流電源(2)還包括一個(gè)直流電源(8,9)，它通過(guò)一個(gè)整流器(7)被轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟妷?，整流?7)具有斷路晶體閘流管，后者是被硬特性控制的。
全文摘要
本發(fā)明一種用于將負(fù)載從向其供電的交流供電系統(tǒng)斷開(kāi)的切斷開(kāi)關(guān)。這個(gè)切斷開(kāi)關(guān)包括一個(gè)其初級(jí)與所述供電系統(tǒng)(R,S,T)相連接的變壓器,變壓器的次級(jí)通過(guò)一個(gè)整流器電路連接到一個(gè)斷路晶體閘流管。在正常運(yùn)行中,斷路晶體閘流管保持閉合,由交流供電系統(tǒng)(R,S,T)向負(fù)載供電。當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或中斷時(shí),斷路晶體閘流管斷開(kāi),負(fù)載和供電系統(tǒng)之間的連接因變壓器的開(kāi)路阻抗而斷開(kāi)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK1230051SQ9910543
公開(kāi)日1999年9月29日 申請(qǐng)日期1999年3月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月20日
發(fā)明者P·達(dá)勒, H·格呂寧 申請(qǐng)人:亞瑞亞.勃朗勃威力有限公司