專利名稱：基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器，是高壓直流供電系統(tǒng)通斷控制的關(guān)鍵技術(shù)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前直流供電系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，直流斷路器是直流供電系統(tǒng)的必不可少的關(guān)鍵器件，然而，直流系統(tǒng)不具備交流系統(tǒng)過零點(diǎn)的特征，因此在斷開直流負(fù)載時(shí)，斷路器的觸頭之間的空氣很容易被電離而產(chǎn)生電弧，電壓越高電離現(xiàn)象越明顯，極易損壞觸點(diǎn)并導(dǎo)致繼電器不能斷開負(fù)載。因此，當(dāng)前的直流斷路器主要有應(yīng)用在低壓(數(shù)十伏)的機(jī)械式繼電器，和應(yīng)用在高壓(數(shù)千伏以上)的真空開關(guān)管，其中，機(jī)械式繼電器耐壓較低，真空開關(guān)管體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，兩者作為控制上百伏到上千伏區(qū)間的直流的斷路器都不適
口 ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種體積小，通斷速度快，無漏電流，使用安全可靠的基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器。本發(fā)明的雙開關(guān)式的高壓直流斷路器包括半導(dǎo)體開關(guān)管、開關(guān)管控制光耦、開關(guān)管控制電阻、隔離電源、繼電器控制電阻、繼電器控制光耦和雙刀雙擲繼電器，開關(guān)管控制光耦中發(fā)光二極管的輸出端與繼電器控制光耦中發(fā)光二極管的輸出端相連，開關(guān)管控制光耦中發(fā)光二極管的輸入端與開關(guān)管控制電阻的一端相連，開關(guān)管控制電阻的另一端為半導(dǎo)體開關(guān)管控制端，繼電器控制光稱中發(fā)光二極管的輸入端與繼電器控制電阻的一端相連，繼電器控制電阻的另一端為雙刀雙擲繼電器控制端，開關(guān)管控制光耦中晶體管的集電極與隔離電源的一個(gè)輸出端及繼電器控制光耦中晶體管的集電極共同相連，開關(guān)管控制光耦中晶體管的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)管的柵極相連，繼電器控制光耦中晶體管的發(fā)射極與雙刀雙擲繼電器中的螺線圈的一端相連，螺線圈的另一端與隔離電源的另一個(gè)輸出端、半導(dǎo)體開關(guān)管的源極以及雙刀雙擲繼電器的一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)相連，雙刀雙擲繼電器的另一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)為直流電源輸入端負(fù)極，半導(dǎo)體開關(guān)管的漏極為直流電源輸入端正極，雙刀雙擲繼電器一個(gè)靜觸點(diǎn)為直流電源輸出端正極，另一個(gè)靜觸點(diǎn)為直流電源輸出端負(fù)極，隔離電源的一個(gè)輸入端接控制電源正極，另一個(gè)輸入端接控制電源負(fù)極。本發(fā)明結(jié)合了機(jī)械式繼電器電氣隔離的優(yōu)點(diǎn)和半導(dǎo)體開關(guān)管快速通斷數(shù)百伏直流的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百伏乃至上千伏直流電流通斷。本發(fā)明與傳統(tǒng)的單純的機(jī)械式繼電器相比，其具有更高的通斷電壓等級(jí)能力，更快的通斷速度和更長(zhǎng)的使用壽命；與半導(dǎo)體開關(guān)管相比，其可實(shí)現(xiàn)電氣隔離，沒有漏電流；與真空開關(guān)管相比，其具有更小的體積，更快的通斷速度。因水下環(huán)境的直流供電系統(tǒng)要求具有較高電壓通斷能力、沒有漏電流、通斷速度快、體積小、更長(zhǎng)的使用壽命等特點(diǎn)，本發(fā)明所具有的特點(diǎn)很適合應(yīng)用在水下直流供電系統(tǒng)，可促進(jìn)水下供電網(wǎng)絡(luò)乃至海底觀測(cè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、海洋探測(cè)與研究、水下作業(yè)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有重大意義。


圖1是基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器示意圖。圖2是斷路器狀態(tài)與控制信號(hào)的關(guān)系圖。圖中:1、半導(dǎo)體開關(guān)管，2、開關(guān)管控制光耦，3、開關(guān)管控制電阻，4、隔離電源，5、繼電器控制電阻，6、繼電器控制光耦，7、雙刀雙擲繼電器。具體實(shí)施方法
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。如圖1所示，基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器包括半導(dǎo)體開關(guān)管1、開關(guān)管控制光耦2、開關(guān)管控制電阻3、隔離電源4、繼電器控制電阻5、繼電器控制光耦6和雙刀雙擲繼電器7，開關(guān)管控制光耦2中發(fā)光二極管的輸出端b與繼電器控制光耦6中發(fā)光二極管的輸出端b相連，開關(guān)管控制光耦2中發(fā)光二極管的輸入端a與開關(guān)管控制電阻3的一端相連，開關(guān)管控制電阻3的另一端Pl為半導(dǎo)體開關(guān)管控制端，繼電器控制光耦6中發(fā)光二極管的輸入端a與繼電器控制電阻5的一端相連，繼電器控制電阻5的另一端P2為雙刀雙擲繼電器控制端，開關(guān)管控制光耦2中晶體管的集電極c與隔離電源4的一個(gè)輸出端c及繼電器控制光耦6中晶體管的集電極c共同相連，開關(guān)管控制光耦2中晶體管的發(fā)射極d與半導(dǎo)體開關(guān)管I的柵極g相連，繼電器控制光耦6中晶體管的發(fā)射極d與雙刀雙擲繼電器7中的螺線圈的一端相連，螺線圈的另一端與隔離電源4的另一個(gè)輸出端d、半導(dǎo)體開關(guān)管I的源極s以及雙刀雙擲繼電器7的一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)c相連，雙刀雙擲繼電器7的另一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)d為直流電源輸入端負(fù)極，半導(dǎo)體開關(guān)管I的漏極d為直流電源輸入端正極，雙刀雙擲繼電器7的一個(gè)靜觸點(diǎn)e為直流電源輸出端正極，另一個(gè)靜觸點(diǎn)f為直流電源輸出端負(fù)極，隔離電源4的一個(gè)輸入端a接控制電源正極Vcc,另一個(gè)輸入端b接控制電源負(fù)極SGND。上述的半導(dǎo)體開關(guān)管可以是MOSFET開關(guān)管或者IGBT開關(guān)管，可根據(jù)被控制的電壓等級(jí)和電流等級(jí)而選擇不同耐壓等級(jí)和不同過電流等級(jí)，以實(shí)現(xiàn)在不同的應(yīng)用條件下獲得最優(yōu)成本控制。上述的雙刀雙擲繼電器7可根據(jù)被控制的電壓等級(jí)和電流等級(jí)而選擇不同隔離電壓等級(jí)和不同過電流等級(jí)的常開型繼電器，以實(shí)現(xiàn)在不同的應(yīng)用條件下獲得最優(yōu)成本控制。所述的開關(guān)管控制光耦2和繼電器控制光耦6可根據(jù)體積和隔離電壓要求選擇不同型號(hào)的光稱器件。本發(fā)明的雙開關(guān)式的高壓直流斷路器中的開關(guān)管控制光耦和繼電器控制光耦均由一個(gè)隔離電源供電，隔離電源的電壓可根據(jù)半導(dǎo)體開關(guān)管和雙刀雙擲繼電器的要求選擇10伏到15伏的輸出。開關(guān)管控制電阻和繼電器控制電阻分別對(duì)開關(guān)管控制光耦和繼電器控制光耦的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行限流。半導(dǎo)體開關(guān)管串聯(lián)在高壓直流電源輸電線的正端，雙刀雙擲繼電器有兩個(gè)通路，其中一個(gè)通路串聯(lián)在高壓直流電源輸電線的正端且級(jí)聯(lián)在半導(dǎo)體開關(guān)管后面，另外一個(gè)通路串聯(lián)在的高壓直流電源輸電線的負(fù)端，雙刀雙擲繼電器的兩個(gè)通路的輸出分別為高壓直流電源輸電線的輸出正端和輸出負(fù)端，半導(dǎo)體開關(guān)管的通斷由開關(guān)管控制光耦控制，雙刀雙擲繼電器的兩路通路的通斷由繼電器控制光耦控制。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由單片機(jī)或者工控機(jī)對(duì)該斷路器進(jìn)行控制，一個(gè)10伏到15伏的直流電源連接到該斷路器隔離電源的Vcc端口和SGND端口，單片機(jī)或者工控機(jī)的兩路控制信號(hào)分別連接到半導(dǎo)體開關(guān)管控制端口 Pl和雙刀雙擲繼電器控制端口 P2。如圖2所示，當(dāng)需要閉合該斷路器時(shí)，首先將P2端電平置高，此時(shí)斷路器內(nèi)部的雙刀雙擲繼電器7閉合，然后間隔Tl時(shí)間后將Pl端電平置高，此時(shí)半導(dǎo)體開關(guān)管I閉合，實(shí)現(xiàn)高壓直流電源輸電線路的導(dǎo)通；當(dāng)需要斷開該斷路器時(shí)，首先將Pl端電平置低，此時(shí)半導(dǎo)體開關(guān)管I斷開，然后間隔T2時(shí)間后將P2端電平置低，此時(shí)斷路器內(nèi)部的雙刀雙擲繼電器7斷開，實(shí)現(xiàn)高壓直流電源輸電線路的斷開。其中，時(shí)間間隔Tl和T2取決于雙刀雙擲繼電器的開啟速度和關(guān)斷速度，通常為I毫秒到20毫秒。
權(quán)利要求
1.基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器，其特征在于包括半導(dǎo)體開關(guān)管(I)、開關(guān)管控制光耦(2)、開關(guān)管控制電阻(3)、隔離電源(4)、繼電器控制電阻(5)、繼電器控制光耦(6)和雙刀雙擲繼電器(7)，開關(guān)管控制光耦(2)中發(fā)光二極管的輸出端(b)與繼電器控制光耦(6)中發(fā)光二極管的輸出端(b)相連,開關(guān)管控制光f禹(2)中發(fā)光二極管的輸入端(a)與開關(guān)管控制電阻(3)的一端相連，開關(guān)管控制電阻(3)的另一端(Pl)為半導(dǎo)體開關(guān)管控制端，繼電器控制光稱(6)中發(fā)光二極管的輸入端(a)與繼電器控制電阻(5)的一端相連,繼電器控制電阻(5)的另一端(P2)為雙刀雙擲繼電器控制端，開關(guān)管控制光耦(2)中晶體管的集電極(c)與隔離電源(4)的一個(gè)輸出端(c)及繼電器控制光耦(6)中晶體管的集電極(c)共同相連，開關(guān)管控制光耦(2)中晶體管的發(fā)射極(d)與半導(dǎo)體開關(guān)管(I)的柵極(g)相連，繼電器控制光耦￠)中晶體管的發(fā)射極(d)與雙刀雙擲繼電器(7)中的螺線圈的一端相連，螺線圈的另一端與隔離電源(4)的另一個(gè)輸出端(d)、半導(dǎo)體開關(guān)管(I)的源極(s)以及雙刀雙擲繼電器(7)的一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)(c)相連，雙刀雙擲繼電器(7)的另一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)(d)為直流電源輸入端負(fù)極，半導(dǎo)體開關(guān)管(I)的漏極(d)為直流電源輸入端正極，雙刀雙擲繼電器(7) —個(gè)靜觸點(diǎn)(e)為直流電源輸出端正極，另一個(gè)靜觸點(diǎn)(f)為直流電源輸出端負(fù)極，隔離電源(4)的一個(gè)輸入 端(a)接控制電源正極(Vcc)，另一個(gè)輸入端(b)接控制電源負(fù)極(SGND)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器，其特征在于所述的半導(dǎo)體開關(guān)管(I)是MOSFET開關(guān)管或者IGBT開關(guān)管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙開關(guān)式的高壓直流斷路器，其特征在于所述的雙刀雙擲繼電器(7)是常開型繼電器。
全文摘要
本發(fā)明公開的雙開關(guān)式的高壓直流斷路器包括半導(dǎo)體開關(guān)管、開關(guān)管控制光耦、開關(guān)管控制電阻、隔離電源、繼電器控制電阻、繼電器控制光耦和雙刀雙擲繼電器。半導(dǎo)體開關(guān)管串聯(lián)在高壓直流電源輸電線的正端，雙刀雙擲繼電器有兩個(gè)通路，其中一個(gè)通路串聯(lián)在高壓直流電源輸電線的正端且級(jí)聯(lián)在半導(dǎo)體開關(guān)管后面，另外一個(gè)通路串聯(lián)在的高壓直流電源輸電線的負(fù)端，雙刀雙擲繼電器的兩個(gè)通路的輸出分別為高壓直流電源輸電線的輸出正端和輸出負(fù)端，半導(dǎo)體開關(guān)管的通斷由開關(guān)管控制光耦控制，雙刀雙擲繼電器的兩路通路的通斷由繼電器控制光耦控制。該斷路器體積小，通斷速度快，無漏電流，使用安全可靠。
文檔編號(hào)H01H9/54GK103208386SQ20131010649
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者陳燕虎, 楊燦軍, 張鋒, 裴躍飛, 李德駿, 金波 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)