一种短路电流阻断电路的制作方法

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种短路电流阻断电路。

背景技术：

当电网发生短路故障后，为了限制故障范围的进一步扩大，保证系统的安全可靠运行，需要采取措施快速、有效的限制或阻断短路电流。

传统方法是采用熔断器或断路器等器件来阻断短路电流，但熔断器属于一次性产品，熔断后需要及时更换，而断路器动作需要一定时间，不能满足某些敏感负载的要求。近年来，随着电力电子器件、新材料和控制芯片的不断发展，各种新型故障限流器相继出现，包括电力电子型(又名固态型)、超导材料型、爆破型等。然而现有的故障限流器仅能限制短路电流，需配合断路器使用，并不能完全满足对电网故障时快速阻断短路电流的需求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于针对电网故障时快速阻断短路电流的需求，从而提出一种短路电流阻断电路，与以往电力电子型故障限流器相比，本发明响应速度快，不仅能限制短路电流，更能完全阻断短路电流，可当作断路器使用。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种短路电流阻断电路，包括一个电感l1、一个电容c1、两个二极管d1、d2，和六个晶闸管t1、t2、t3、t4、t5、t6，其特征在于：

(1)电感l1与电容c1串联连接；

(2)晶闸管t1与二极管d1并联连接，且晶闸管t1的阳级连接二极管d1的阴极，晶闸管t1的阴极连接二极管d1的阳极；

(3)晶闸管t2与二极管d2并联连接；且晶闸管t2的阳级连接二极管d2的阴极，晶闸管t2的阴极连接二极管d2的阳极；

(4)晶闸管t4与晶闸管t5并联与电感l1并联连接，且晶闸管t4的阳极、晶闸管t5的阴极与电感l1的一个端子连接，晶闸管t4的阴极、晶闸管t5的阳极与电感l1的另一个端子连接；

(5)二极管d1的阳极与晶闸管t4的阳极连接；

(6)电容c1与二极管d2连接；

(7)晶闸管t3阳极与二极管d2阴极连接，晶闸管t3阴极与二极管d1阴极连接；

(8)晶闸管t6阳极与二极管d2阳极连接，晶闸管t6阴极与二极管d1阳极连接。

进一步地，所述电路具有两个端口p1和p2。

进一步地，电感l1和电容c1工作在串联工作状态，其参数取值满足：

其中，ω为p1、p2之间电流的频率。

进一步地，当电路串联在交流电源线中，不启动阻断功能时，晶闸管t1、t2的控制极信号为高电平，晶闸管t3、t4、t5、t6控制极信号为低电平，此时电流沿着p1-d1-l1-c1-d2-p2或者p2-t2-c1-l1-p1的路径流通，由于l1、c1工作与串联谐振状态，阻断电路基本不产生压降。

进一步地，当电路串联在交流电源线中，启动阻断功能后，晶闸管t1、t2的控制极信号为低电平，晶闸管t3、t4、t5、t6控制极信号为高电平，此时电感l1被短路，若存在p1流向p2的电流，则电流流通路径为p1-d1-t4-c1-d2-p2，若存在p2流向p1的电流，则电流流通路径为p2-t3-t4-c1-t6-p1；即不论p1、p2之间电流方向如何，均通过t4给电容c1单方向充电，最终使得电容c1电压足够高，阻断p1、p2间电流。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明电路串联在交流电源线中，当未发生短路故障时，本发明电路工作于正常模式，其中电感电容处于谐振状态，基本不产生压降，不影响原电路性能；(2)当发生短路故障后，本发明电路通过控制相应晶闸管的导通和判断，迅速处于阻断状态，可快速阻断短路电流。(3)本发明电路可当作断路器使用，而其它故障限流器只能限制故障电流，不能阻断故障电流，需配合断路器使用。

附图说明

图1为本发明电路拓扑结构示意图。

图2为本发明电路在未启动阻断功能时的等效电路图。

图3为本发明电路在启动阻断功能后的等效电路图。

图4为本发明电路未启动阻断功能时输入输出电压波形，其中，(a)为输入电压波形即p1处电压波形；(b)为输出电压波形即p2处电压波形。

图5为采用本发明电路，在电网发生短路故障，启动阻断功能后输入输出波形，其中，(a)为输入电压波形；(b)为输出电压波形，(c)为输入侧电流波形。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1为本发明一种短路电流阻断电路的拓扑结构示意图，主要包括一个电感l1、一个电容c1、两个二极管(d1、d2)和六个晶闸管(t1、t2、t3、t4、t5、t6)，各元件的连接关系如图1所示。其中：

(1)电感l1与电容c1串联连接；

(2)晶闸管t1与二极管d1并联连接，且晶闸管t1的阳级连接二极管d1的阴极，晶闸管t1的阴极连接二极管d1的阳极；

(3)晶闸管t2与二极管d2并联连接；且晶闸管t2的阳级连接二极管d2的阴极，晶闸管t2的阴极连接二极管d2的阳极；

(4)晶闸管t4与晶闸管t5并联与电感l1并联连接，且晶闸管t4的阳极、晶闸管t5的阴极与电感l1的一个端子连接，晶闸管t4的阴极、晶闸管t5的阳极与电感l1的另一个端子连接；

(5)二极管d1的阳极与晶闸管t4的阳极连接；

(6)电容c1与二极管d2连接；

(7)晶闸管t3阳极与二极管d2阴极连接，晶闸管t3阴极与二极管d1阴极连接；

(8)晶闸管t6阳极与二极管d2阳极连接，晶闸管t6阴极与二极管d1阳极连接。

所述的短路电流阻断电路，具有两个端口p1和p2。

电感l1和电容c1工作在串联工作状态，其参数取值满足：

其中ω为p1、p2之间电流的频率。

当本发明电路串联在交流电源线中，不启动阻断功能时，晶闸管t1、t2的控制极信号为高电平，晶闸管t3、t4、t5、t6控制极信号为低电平。此时电流沿着p1-d1-l1-c1-d2-p2或者p2-t2-c1-l1-p1的路径流通，由于l1、c1工作与串联谐振状态，阻断电路基本不产生压降。

当本发明电路串联在交流电源线中，启动阻断功能后，晶闸管t1、t2的控制极信号为低电平，晶闸管t3、t4、t5、t6控制极信号为高电平。此时电感l1被短路，若存在p1流向p2的电流，则电流流通路径为p1-d1-t4-c1-d2-p2，若存在p2流向p1的电流，则电流流通路径为p2-t3-t4-c1-t6-p1；即不论p1、p2之间电流方向如何，均通过t4给电容c1单方向充电，最终使得电容c1电压足够高，阻断p1、p2间电流。

图2为本发明的短路电流阻断电路在未启动阻断功能时的等效电路图。此时图1中的晶闸管t1、t2的控制极信号为高电平，晶闸管t3、t4、t5、t6控制极信号为低电平，本发明电路可等效为图2所示结构，其中电感l1、电容c1工作于串联谐振状态。

图3为本发明一种短路电流阻断电路在启动阻断功能后的等效电路图。此时晶闸管t1、t2的控制极信号为低电平，晶闸管t3、t4、t5、t6控制极信号为高电平，本电路可等效为图3所示结构，是一个半控整流电路，不论电流方向如何，均可以通过给电容充电阻断电流流通。

图4是本发明电路未启动阻断功能时的输入输出电压波形，其中，(a)为输入电压波形即p1处电压波形；(b)为输出电压波形即p2处电压波形。可以看到图4(b)波形与图4(a)的波形基本一致；即未启动阻断功能时本电路对原线路基本无影响。

图5采用本发明电路，在电网发生短路故障，启动阻断功能后输入输出波形，其中，(a)为输入电压波形；(b)为输出电压波形，(c)为输入侧电流波形。线路在0.1s处发生故障，从图5(a)可以看到输入电压短暂波动后迅速恢复正常，即基本不影响给其它线路供电，从图5(b)可以看到输出电压在短路故障发生后迅速减小到0；从图5(c)可以看到输入侧电流因发生短路增大后又迅速减小到0，即本电路迅速阻断了短路电流。

发明的结果：本发明中给出了一种短路电流阻断电路，并利用专业的电源仿真软件saber对该电路进行了仿真验证。从仿真结果可以看到，该方案在线路故障时能迅速的阻断短路电流，同时不影响线路正常工作时的电压，相比于保护装置，本发明电路响应速度快，控制方法灵活，具有较好的应用前景。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。