用於大電感負載的晶閘管過壓保護裝置的製作方法

2023-08-02 06:14:26 1

專利名稱：用於大電感負載的晶閘管過壓保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於用壓敏元件作信號檢測，勿需外加電源，對用於大電感負載的晶閘管進行過壓保護的技術領域。
晶閘管作為可控的電力電子元件被廣泛應用到變流裝置中，無論是交、直流電動機的傳動裝置，還是大功率變流器，都利用了晶閘管的可控性，組成了各種不同的整流器或逆變器，由於晶閘管的廣泛應用，相應的晶閘管過電壓保護元器件的開發就顯得十分重要。
當採用晶閘管構成向大電感負載(如直流電動機或發電機勵磁繞組)提供整流時(如

圖1)，一旦交流進線開關K斷開，或其它原因使主迴路突然開路，由於電感L中電流不能突變，就產生一個強大的感應電勢E＝L×di／dt，這個電壓往往會高出設備的額定電壓5～10倍，將晶閘管組KP1擊穿，造成晶閘管永久性損壞。
當採用晶閘管構成交－直－交電流型逆變器時(如圖2所示)由於交直交迴路中的去偶電感L很大，主迴路突然開路或系統產生振蕩時，(此種情況經常發生)，將會在電感L兩端產生很高的感應電勢EL＝L×di／dt，擊穿晶閘管KP1或KP2。
基於上述情況，現有技術中對晶閘管採取保護的方式有多種多樣，常用的是提高晶閘管的耐壓等級，但由於上述感應電勢非常大，靠提高晶閘管的耐壓難以解決擊穿問題，且隨著耐壓等級的提高，成本也隨之升高，設備亦更複雜。與本實用新型最相關的現有技術是聯邦德國AEG公司設計的晶閘管過壓保護器件(如圖3A、B所示)，交流電經主開關K由晶閘管KP1整流向電感L供電，過壓保護元件由檢測脈衝放大電路I和保護用晶閘管KP2組成，KP2並接在電感L兩端。檢測脈衝放大電路I主要包括採樣－濾波－放大－比較－整形－放大－輸出至KP2控制極，並且採用外加電源。當主迴路突然開路時，檢測脈衝放大電路向KP2提供一個脈衝信號，使KP2導通迅速將電感L兩端的感應電勢EL＝L×di／dt拉至零電位以保護晶閘管KP1不被擊穿。此過壓保護元件有較好的保護性能，但存在體積大，需外加電源、傳輸慢，價格昂貴的缺點，而且不適合逆變器使用。
本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，設計一種採用壓敏元件作為信號檢測，電晶體(晶閘管)作為脈衝功率放大的過壓保護裝置，以保護用於大電感負載的晶閘管，且不用外加電源。
實現上述目的的主要技術構成是該過壓保護裝置包括電源、晶閘管KP1和與之並聯的電感L以及與電感並聯的保護用晶閘管KP2，其特徵在於該過壓保護裝置還包括有由限流電阻RX、壓敏器件YM、隔離二極體D3相串聯的電壓檢測迴路以及由電阻R1、功率放大器件KP3組成的脈衝放大電路；電壓檢測迴路的輸入端A接晶閘管KP2的正極，輸出端B接功率放大器件的控制極，功率放大器件KP3的輸出端G接晶閘管KP2的控制極。功率放大器件KP3可以選用晶閘管，電晶體及MOS管。
本裝置在主迴路電源切斷時，對電感產生的感應電動勢L×di／dt十分敏感，當L×di／dt超過晶閘管KP1要求保護的電壓值時，立即發出一觸發脈衝驅動晶閘管KP2導通，在極短的時間內將過電壓降至零，以達到保護晶閘管KP1的目的。
以下結合附圖對本實用新型產品作進一步詳細描述。
圖1是現有技術中晶閘管向勵磁繞組供電的電路圖。
圖2是現有技術中採用晶閘管構成交－直－交電流型逆變器的電路圖。
圖3A是西德AEG公司設計的晶閘管過壓保護原理圖。
圖3B是圖3A中檢測脈衝放大器I的原理框圖。
圖4是本實用新型的電路原理圖。
圖5是本實用新型用於超高壓時的電路原理圖。
本實用新型的具體結構如圖4所示，電源經過晶閘管KP1向電感L供電，在電感L旁再並聯一個保護用晶閘管KP2以保護晶閘管KP1不被損壞，這部分電路與圖3所示現有技術相同；本實用新型不同於現有技術的關鍵在於電壓檢測和脈衝放大電路，其具體電連接關係是晶閘管KP2的正極A端接分別由電阻RX、壓敏元件YM、二極體DS相串聯而成的電壓檢測迴路，電壓檢測迴路的輸出端B即二極體DS的負極接放大用晶閘管KP3的控制極G(這裡晶閘管KP3也可用晶體三極體、MOS管代替，相應的B端連接三極體或MOS管的基極，同樣可起放大作用)，晶閘管KP3的正極通過限流電阻R1接A端，其負極接晶閘管KP2的控制極。
正常工作時，交流電源經過晶閘管KP1整流後向電感L供直流電，在電感L兩端產生的感應電動勢為下正上負，(且感應電動勢的數值在額定範圍內，不會擊穿晶閘管KP1。當主迴路突然開路時，由於電感L中電流不突變，則在電感L兩端產生一個強大的感應電勢EL，其極性變為下負上正)。由於壓敏元件YM與電感直接連接，當感應電勢EL達到所需要的電壓保護值時，壓敏元件YM率先導通，電流經採樣電阻RX、壓敏元件YM及隔離二極體DS流向晶閘管KP3的控制極，控制KP3導通，KP3一導通便形成一個較強的脈衝信號觸發晶閘管KP2導通，KP2導通後，迅速將電感L兩端的感應電勢E1降至零，亦即將晶閘管KP1兩端的電壓拉至零，保護KP1不被擊穿。
當本實用新型用於超高壓情形時，由於單只晶閘管的耐壓不可能做的很高，需由幾隻保護器串聯使用。電路結構應作適當調整，如圖5所示，即將圖4電路中的電壓檢測迴路和脈衝放大電路設置兩組以上，並且在每個功率放大器件KP3旁並聯一個電阻R，電阻R的作用是起到靜態均壓作用。
由於並聯有電阻R，這樣在多組脈衝放大電路中存在一個靜態電流，為提高本實用新型的靈敏度，脈衝放大電路與晶閘管KP2之間設置一隔離變壓器B』。其工作原理與圖4大致相同，不同之處在於脈衝放大電路是通過隔離變壓器B′控制晶閘管KP2的導通。二級管D起導向作用。
由於本實用新型採用了當主電路突然開路時，對電感兩端形成強大感應電勢十分敏感的壓敏元件，保護動作快，在1～3us內即可完成檢測並發出信號，由於不需提供控制電源，以過壓源為能量；因此非常適合在由晶閘管及各類電力電子元件構成的整流器和逆變器對大電感負載供電的系統中做為過壓保護器件。
權利要求1.一種用於大電感負載的晶閘管過壓保護裝置，包括電源、晶閘管KP1和與之並聯的電感L，以及與電感L並聯的保護用晶閘管KP2，其特徵在於該保護裝置還包括有由限流電阻Rx，壓敏器件YM，隔離二極體D3相串聯而成的電壓檢測迴路；以及由電阻RL，功率放大器件KP3組成的脈衝放大電路；電壓檢測迴路的輸入端A接晶閘管KP2的正極，輸出端B接功率放大器件KP3的控制極，功率放大器件KP3的輸出端G接晶閘管KP2的控制極。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於功率放大器件為晶閘管KP3，其控制極接電壓檢測迴路的輸出端，正極通過電阻RL接電感L的正極，負極接晶閘管KP2的控制極。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於功率放大器件採用晶閘管、電晶體或MOS管。
4.根據權利要求1、2、3所述的裝置，其特徵在於電壓檢測迴路由兩組以上限流電阻RX，壓敏器件YM、隔離二極體D3組成的電壓檢測迴路串聯而成；脈衝放大電路由兩個以上功率放大器件KP3和限流電阻R2組成，在每個功率放大器件旁並聯電阻R；脈衝放大電路與晶閘管KP2之間設置有隔離變壓器B′，隔離變壓器B′輸出端與晶閘管KP2之間設有導向二極體D。
專利摘要本實用新型是一種用於大電感負載的晶閘管過壓保護器件，包括電源、晶閘管KP
文檔編號H02H7/122GK2080254SQ9120045
公開日1991年7月3日 申請日期1991年1月14日 優先權日1991年1月14日
發明者楊國權 申請人:楊國權