雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲骷捌涫褂梅椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲鳎貏e是涉及一種帶有轉(zhuǎn)移電流電路的雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲鳌?br>【背景技術(shù)】
[0002]由高速機(jī)械開關(guān)與大功率半導(dǎo)體器件組成的混合式斷路器具有通流容量大、關(guān)斷速度快、限流能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為大容量系統(tǒng)開斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。典型的零電流型結(jié)構(gòu)混合式斷路器利用串聯(lián)在轉(zhuǎn)移電流電路中的預(yù)充電電容放電產(chǎn)生的反向脈沖電流來抵制高速機(jī)械開關(guān)中的電流，進(jìn)而在高速機(jī)械開關(guān)中創(chuàng)造一個(gè)電流過零點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，但是開斷結(jié)束后預(yù)充電電容電壓等于系統(tǒng)電壓，給電容充電的充電單元必須能承受較高的系統(tǒng)電壓，增加了充電單元的制造成本、難度和體積，成為限制該種混合式斷路器推廣的原因之一。
[0003]專利文獻(xiàn)CN103346531公開了一種雙向分?jǐn)嗟幕旌鲜綌嗦菲?，所述斷路器包括主電流電路，轉(zhuǎn)移電流電路、過電壓限制電路，控制系統(tǒng)，以及系統(tǒng)的接入端S1和接入端S2，并且主電流電路、轉(zhuǎn)移電流電路以及過電壓限制電路并聯(lián)，
[0004](1)所述主電流電路由高速機(jī)械開關(guān)和功率半導(dǎo)體器件A0串聯(lián)組成，其中:
[0005]所述接入端S1連接所述高速機(jī)械開關(guān)的一端，以便實(shí)現(xiàn)所述接入端S1與所述主電流電路一端的連接；所述高速機(jī)械開關(guān)的另一端與所述功率半導(dǎo)體器件A0的一端相連；所述功率半導(dǎo)體器件A0的另一端則連接所述接入端S2，以便實(shí)現(xiàn)所述接入端S2與所述主電流電路的另一端的連接；
[0006](2)所述轉(zhuǎn)移電流電路包括功率半導(dǎo)體器件A1組成的電路1，電感L_0和功率半導(dǎo)體器件A2串聯(lián)組成的電路2，電感L_1和功率半導(dǎo)體器件A3串聯(lián)組成的電路3，功率半導(dǎo)體器件A4組成的電路4以及一預(yù)先充有一定電壓的預(yù)充電電容器C，并且所述電路1與所述電路4串聯(lián)，所述電路2則與所述電路3串聯(lián)，
[0007](A)所述電路1和所述電路4串聯(lián)組成轉(zhuǎn)移電流電路支路14，且所述支路14與所述主電流電路并聯(lián)，并且:所述接入端S1連接所述功率半導(dǎo)體器件A1的一端，以便實(shí)現(xiàn)與所述支路14的一端的連接；所述功率半導(dǎo)體器件A1的另一端則與所述功率半導(dǎo)體器件A4的一端連接以便實(shí)現(xiàn)所述電路1和所述電路4的串聯(lián)；所述功率半導(dǎo)體器件A4的另一端則與所述接入端S2連接，以便實(shí)現(xiàn)所述支路14的另一端與所述接入端S2的連接，從而實(shí)現(xiàn)所述支路14與所述主電流電路的并聯(lián)；
[0008](B)所述電路2和所述電路3串聯(lián)組成轉(zhuǎn)移電流電路支路23，且所述支路23與所述主電流電路并聯(lián)，并且:所述接入端S1連接所述電感L_0的一端，以便實(shí)現(xiàn)與所述支路23的一端的連接；所述電感L_0的另一端則連接所述功率半導(dǎo)體器件A2的一端；所述功率半導(dǎo)體器件A2的另一端則連接所述電感L_1的一端，以便實(shí)現(xiàn)所述電路2與所述電路3的串聯(lián)；所述電感1^_1的另一端則與所述功率半導(dǎo)體器件A3的一端連接；所述功率半導(dǎo)體器件A3的另一端則與所述接入端S2連接，以便實(shí)現(xiàn)所述支路23的另一端與所述接入端S2的連接，從而實(shí)現(xiàn)所述支路23與所述主電流電路的并聯(lián)；(C)所述電路1和所述電路4之間的端點(diǎn)，與所述電路2和所述電路3之間的端點(diǎn)，這兩個(gè)端點(diǎn)之間則連接所述預(yù)充電電容器C;(D)所有功率半導(dǎo)體器件均為雙向?qū)ǖ墓β拾雽?dǎo)體器件；(3)所述控制系統(tǒng)測(cè)量流經(jīng)所述接入端S1或S2的電流、流經(jīng)所述主電流電路的電流、流經(jīng)所述轉(zhuǎn)移電流電路中所述電路1和電路4的電流、流經(jīng)所述過電壓限制電路的電流、所述高速機(jī)械開關(guān)的開關(guān)兩端的電壓和所述高速機(jī)械開關(guān)的開關(guān)位移，當(dāng)系統(tǒng)電流方向從S1到S2時(shí)，通過測(cè)量所述主電流電路的電流幅值和變化率以及所述轉(zhuǎn)移電流電路中電路1的電流幅值和變化率控制所述高速機(jī)械開關(guān)和轉(zhuǎn)移電流電路中的功率半導(dǎo)體器件A1至A4動(dòng)作，當(dāng)系統(tǒng)電流方向從S2到S1時(shí)，通過測(cè)量所述主電流電路的電流幅值和變化率以及所述轉(zhuǎn)移電流電路中電路4的電流幅值和變化率控制所述高速機(jī)械開關(guān)和轉(zhuǎn)移電流電路中的功率半導(dǎo)體器件A1至A4動(dòng)作。
[0009]該專利可以限制斷路器兩端的過電壓上升速率，并且由于開斷過程中電容電流經(jīng)過了兩次轉(zhuǎn)移，斷路器開斷完成后預(yù)充電電容上的電壓方向與動(dòng)作前的預(yù)充電電壓方向一致，省去了電容的充電過程，混合式斷路器具有雙向?qū)ê头謹(jǐn)喙δ?。但該專利?duì)預(yù)充電電容的性能體積要求比較高，而且不利于斷路器的開斷可靠性；高速機(jī)械開關(guān)在整個(gè)過程中容易起弧，降低了斷路器的可靠性和安全性；該專利的電路和功率半導(dǎo)體器件也比較多使得斷路器的反應(yīng)時(shí)間較長，降低了斷路器的靈敏性和可靠性，且提高了斷路器的成本。
[0010]在【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種可以完成快速分?jǐn)嚯娏鞯碾p向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲鳌Ｍㄟ^使用不包括電容和電感器的轉(zhuǎn)移電流電路，避免了電容預(yù)充電及其由于充電單元的電壓等級(jí)原因?qū)е碌膶?duì)電容的高要求，本發(fā)明轉(zhuǎn)移電流電路使用橋式結(jié)構(gòu)，僅用一組單向具有可關(guān)斷能力功率半導(dǎo)體器件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的雙向分?jǐn)?，可以有效降低斷路器控制?fù)雜程度與制造成本且提高了斷路器的可靠性；由于單向功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)導(dǎo)通壓降，電壓較低，合閘過程不會(huì)出現(xiàn)電弧，使得高速機(jī)械開關(guān)分閘不會(huì)產(chǎn)生電??；本發(fā)明的斷路器使用具有全控功能的功率半導(dǎo)體器件分?jǐn)嚯娏鞯幕旌鲜街绷鲾嗦菲鞅痊F(xiàn)有技術(shù)具有分?jǐn)嗨俣雀?，更利于分?jǐn)囝~定電流的優(yōu)勢(shì)，本發(fā)明的斷路器的反應(yīng)時(shí)間短，提高了斷路器的靈敏性和可靠性。
[0012]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲靼ㄖ麟娏麟娐贰⑥D(zhuǎn)移電流電路、過電壓限制電路以及第一接入端和第二接入端，所述主電流電路、轉(zhuǎn)移電流電路和過電壓限制電路并聯(lián)，所述主電流電路由高速機(jī)械開關(guān)和功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)組成，其中，所述第一接入端連接高速機(jī)械開關(guān)的一端，所述高速機(jī)械開關(guān)的另一端連接功率半導(dǎo)體器件的一端，所述功率半導(dǎo)體器件的另一端連接所述第二接入端。
[0014]所述轉(zhuǎn)移電流電路包括第一功率半導(dǎo)體器件、第二功率半導(dǎo)體器件、第三功率半導(dǎo)體器件、第四功率半導(dǎo)體器件以及第五功率半導(dǎo)體器件組成。
[0015]所述第一功率半導(dǎo)體器件與第四功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)形成的轉(zhuǎn)移電流電路第一支路與所述主電流電路并聯(lián)，其中，所述第一接入端連接所述第一功率半導(dǎo)體器件的一端，所述第一功率半導(dǎo)體器件的另一端與第四所述功率半導(dǎo)體器件的一端連接，所述第四功率半導(dǎo)體器件的另一端與所述第二接入端連接。
[0016]所述第二功率半導(dǎo)體器件與所述第三功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)形成的轉(zhuǎn)移電流電路第二支路與所述主電流電路并聯(lián)，其中，所述第一接入端連接所述第二功率半導(dǎo)體器件的一端，所述第二功率半導(dǎo)體器件的另一端與所述第三功率半導(dǎo)體器件的一端連接，所述第三功率半導(dǎo)體器件的另一端與所述第二接入端連接。
[0017]所述第一功率半導(dǎo)體器件和所述第四功率半導(dǎo)體器件之間的第一端點(diǎn)連接可關(guān)斷電流的第五功率半導(dǎo)體器件的一端，所述第五功率半導(dǎo)體器件的另一端連接所述第二功率半導(dǎo)體器件和所述第三功率半導(dǎo)體器件之間的第二端點(diǎn)。
[0018]所述功率半導(dǎo)體器件為雙向?qū)ǖ墓β拾雽?dǎo)體器件，第一、第二、第三、第四和第五功率半導(dǎo)體器件為單向?qū)ǖ墓β拾雽?dǎo)體器件，其中所述功率半導(dǎo)體器件和所述第五功率半導(dǎo)體器件可關(guān)斷電流。
[0019]優(yōu)選地，當(dāng)所述雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲餍枰_斷時(shí)，所述主電流電路中的所述高速機(jī)械開關(guān)分閘，然后通過測(cè)量所述主電流電路的電流幅值和變化率確定所述功率半導(dǎo)體器件以及所述主電流電路中的所述第一、第二、第三、第四和第五功率半導(dǎo)體器件是否動(dòng)作以及相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)序。
[0020]優(yōu)選地，所述過電壓限制電路包括壓敏電阻、氧化鋅閥片組成的避雷器中的一個(gè)或任意多個(gè)的組合。
[0021]優(yōu)選地，所述第一、第二、第三、第四、和第五功率半導(dǎo)體器件是IGBT、GT0中的任意一個(gè)或者多個(gè)的組合。
[0022]優(yōu)選地，所述第一、第二、第三和第四功率半導(dǎo)體器件為不可控或半控型功率半導(dǎo)體器件或其組合。
[0023]優(yōu)選地，所述高速機(jī)械開關(guān)為基于電磁斥力的高速機(jī)械開關(guān)、基于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械開關(guān)或基于爆炸驅(qū)動(dòng)的高速機(jī)械開關(guān)。
[0024]優(yōu)選地，所述第一、第二、第三、第四和第五功率半導(dǎo)體器件中的一個(gè)或者多個(gè)為全控型功率半導(dǎo)體器件。
[0025]優(yōu)選地，所述過電壓限制電路在所述雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲髡＿\(yùn)行情況下處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流小于1 μΑ ;所述過電壓限制電路的導(dǎo)通電壓閾值為所述雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲魉幍南到y(tǒng)電壓的1.5倍。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種使用所述的雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲鞯耐度敕椒òㄒ韵虏襟E。
[0027]第一步驟中，將所述的雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲鬟B接第一和第二接入端，所述高速機(jī)械開關(guān)斷開，所述功率半導(dǎo)體器件關(guān)斷。
[0028]第二步驟中，第一、第三和第五功率半導(dǎo)體器件導(dǎo)通，橋式斷路器中的電流全部從轉(zhuǎn)移電流電路支路流過。
[0029]第三步驟中，導(dǎo)通所述功率半導(dǎo)體器件且所述高速機(jī)械開關(guān)合閘，當(dāng)電流全部轉(zhuǎn)移至主電流電路后，第一、第三和第五功率半導(dǎo)體器件導(dǎo)通自動(dòng)關(guān)斷。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種使用所述的雙向分?jǐn)嗟臉蚴綌嗦菲鞯姆謹(jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E。
[0031]第一步驟中，當(dāng)發(fā)生短路故