一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及涉及的是一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路。 属于高压异步电动机领域。
【背景技术】
[0002] 交流异步电动机广泛地应用于国民经济的各个领域，交流异步电动机连接电源直 接起动时，会产生过大的起动电流，通常达到额定电流的5-8倍，甚至更高。对于经常起动 的电动机，若起动电流过大，将会导致电动机发热现象严重，降低电动机的使用寿命。同时 交流异步电动机起动时的转矩冲击较大，一般可达额定转矩的两倍以上。而过大的转矩冲 击又将造成机械应力冲击，损害传动机械，如造成栗系统管道、阀门的损伤，影响电动机本 身及其拖动设备的使用寿命。异步电动机软起动器可减小电动机硬起动引起的电网电压 降，使之不影响与其共网的其它电气设备的正常运行。同时可减小电动机的冲击电流和电 磁干扰。随着电力电子技术的提高和功率器件的发展以及铜、铁等原材料价格的大幅上涨， 晶闸管串联式高压软起动装置越来越被市场所认可。为了提高电力电子软起动器的电压等 级，一般都是采用耐压等级较高的晶闸管构成主电路。对于更高电压等级的应用场合，因为 半导体元件电压耐量的制约，不可避免的采用串联方案。晶闸管工作在串联状态时，由于其 内在因素和外在因素的偏差，串联支路器件间的电压分配非常重要。电压分配不均容易导 致器件损坏，限制晶闸管串联使用的合理性和安全可靠性。为此，适当的均压措施，是确保 串联晶闸管工作安全可靠的关键技术。
【发明内容】
[0003] 本实用新型提出的是一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路，其目 的为了克服现有技术的不足，
[0004] 本实用新型的技术解决方案：一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电 路，其特征是包括反向串联晶闸管组和正向串联晶闸管组，其中反向串联晶闸管组与正向 串联晶丨U管组串接。
[0005] 本实用新型的有益效果是：在串联晶闸管两端并联静态均压电阻来保证晶闸管的 静态均压，在串联晶闸管两端并联阻容吸收电路来保证晶闸管的动态均压，可以更加可靠 的解决串联晶闸管因各种内因（内部参数不一致等）和外因（触发时间不同步等）不同造成 的分压不均问题。通过互补导通开关的作用，在串联晶闸管两端交替施加正向电压和反向 电压，在驱动电路的作用下，可以得到串联晶闸管在开通和关断过程中的电压波形的连续 变化，从中观察出均压电路在串联晶闸管两端起到的良好效果。通过具体的均压参数计算， 可以得出合适的静态均压电阻值和动态均压阻容吸收电路的电阻值和电容值，以保证均压 效果最优化。相比于传统均压电路，本实用新型对均压参数的取值更加准确，均压电路的合 理设计，使得串联晶闸管均压得到良好的效果。
【附图说明】
[0006] 图1是晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路的拓扑结构框图；
[0007] 图2是晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路的电路设计图；
[0008] 图3是本实用新型的实施案例Saber仿真图；
[0009] 图4和图5是本实用新型的实施案例Saber仿真输出波形图。
【具体实施方式】
[0010] 如图2所示，一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路，其特征是包 括反向串联晶闸管组和正向串联晶闸管组，其中反向串联晶闸管组与正向串联晶闸管组串 接。
[0011] 所述反向串联晶闸管组包括第一晶闸管SCR1、第二晶闸管SCR2、第一静态均压电 阻RU第二静态均压电阻R2、第二静态均压电阻R2、第一动态均压电容Cl;其中第一晶闸管 SCRl与第二晶闸管SCR2反向串联，第一晶闸管SCR1、第二晶闸管SCR2、第一静态均压电阻 RU第二静态均压电阻R2并联，第二静态均压电阻R2与第一动态均压电容Cl串接。
[0012] 所述正向串联晶闸管组包括包括第三晶闸管SCR3、第四晶闸管SCR4、第三静态均 压电阻R3、第四静态均压电阻R4、第二动态均压电容C2 ;其中第三晶闸管SCR3与第四晶闸 管SCR4反向串联，第三晶闸管SCR3、第四晶闸管SCR4、第三静态均压电阻R3、第四静态均压 电阻R4并联，
[0013] 第四静态均压电阻R4与第二动态均压电容C2串接。
[0014] 如图1所示，一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路。包括正向直 流电源1，反向直流电源2,互补导通开关3,晶闸管串联电路4,晶闸管驱动电路5,静态均压 电路6,动态均压电路7和负载8。
[0015] 电路工作时，在互补导通开关3作用下，正向直流电源1接入电路，与晶闸管串联 电路4和负载8构成闭合回路，在晶闸管驱动电路5的作用下，串联晶闸管在开通过程中承 受正向电压。在互补导通开关3作用下，正向直流电源1断开，反向直流电源2接入电路， 与晶闸管串联电路4和负载8构成闭合回路，在晶闸管驱动电路5的作用下，串联晶闸管在 关断过程中承受反向电压。在静态均压电路6和动态均压电路7作用下，串联晶闸管实现 均压。
[0016] 在晶闸管静态均压电路设计中，在晶闸管外加一定电压，在阻断状态时，总有一定 的漏电流，由于晶闸管的漏电流不可能完全相同，因此每个晶闸管两端承受的电压也各不 相同。本实用新型通过在晶闸管两端并联静态均压电阻A来保证晶闸管的静态均压。静态 均压电阻的取值为：
[0017]
[0018] 其中，1?为晶闸管额定电压；
[0019] 为静态重复平均电流；
[0020] 近似为漏电流峰值。
[0021] 在晶闸管动态均压电路设计中，当晶闸管关断时，由于每个晶闸管的特性不完全 一致，反向恢复电荷小的晶闸管先恢复阻断特性，反向恢复电荷大的晶闸管后恢复阻断特 性，其反向恢复电流将对先关断的晶闸管阻容回路充电，使得串联晶闸管间电压分布不均 匀，本实用新型通过在晶闸管两端并联阻容吸收电路解决动态均压问题。开通过程中，开通 慢的晶闸管将瞬时承受较高的电压，关断过程中，先关断的晶闸管将承受全部的换流反向 电压，可能导致晶闸管反向击穿。因此，需要给晶闸管并联上电容C。为了防止晶闸管导通 瞬间，电容放电造成过大的电流变化率，还应该在电容C上串联上电阻R，限制电流的迅速 变化。电容的容值采用反向恢复电荷法计算求得，具体计算过程如下。晶闸管关断过程中， 其电流过零时并不立即恢复其阻断状态，而是由于反向恢复电荷的存在，晶闸管中形成一 个反向恢复电流4s。反向恢复电荷由下式得出：
[0022]
[0023] 其中，養为反向阻断恢复时间；
[0024] _为反向恢复电流。
[0025] 反向恢复电荷值决定了串联晶闸管组中每个晶闸管所承受的阻断电压值，当晶闸 管反向流过反向漏电流勒时，即恢复了反向阻断特性，此时关断过程结束。电容值的计算 采用下式求得：
[0026]
[0027] 其中，％为串联晶闸管工作电压峰值；
[0028] n为串联晶闸管个数；
[0029] K为动态均压系数；
[0030] 为晶闸管反向恢复电荷之差。
[0031] 实施案例
[0032] 本实用新型可通过Saber仿真软件进行建模与仿真，为了简化仿真电路，采用两 个晶闸管来模拟晶闸管串联电路。图3对正向直流电源1，反向直流电源2,互补导通开关 3,晶闸管串联电路4,晶闸管驱动电路5,静态均压电路6,动态均压电路7和负载8进行了 建模仿真。
[0033] 图3中v_dc分别为正向直流电源和反向直流电源，v_pulse为PffM脉冲发生器，v_ pulse和swl_14构成互补导通开关，用来驱动晶闸管导通。Vl和V2构成串联晶闸管，晶闸 管并联电阻&构成静态均压电路，晶闸管并联阻容吸收回路R和C构成动态均压电路。根 据上述参数计算公式选取静态均压电阻1为100kQ，计算得吸收回路电容C为80yF，动 态均压电阻为20Q。当正向直流电源200V工作时，由PffM脉冲发生器触发串联晶闸管导 通，开通过程中串联晶闸管承受正向压降。当反向直流电源1000V工作时，晶闸管处于关断 过程，关断过程中串联晶闸管承受反向电压。分别以影响串联晶闸管分压不均的一种内因 和外因为例，内因上设定晶闸管V2的射结短路电阻略小于Vl的射结短路电阻，外因上设定 V2的驱动信号比Vl延时Iys，在均压电路的作用下，这两种情况中的串联晶闸管在开通 和关断过程中承受的电压基本相同。
[0034] 图4为本实施案例在内因不同条件下的串联晶闸管关断过程中电压波形，由波形 可知，设定V2的射结短路电阻略小于Vl的射结短路电阻，串联晶闸管承受的电压几乎相 同。
[0035] 图5为本实施案例在外因不同条件下的串联晶闸管开通过程中电压波形，由波形 可知，设定V2的驱动信号比Vl延时Iys，串联晶闸管承受的电压几乎相同，本设计方法可 行。
【主权项】
1. 一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路，其特征是包括反向串联晶 闸管组和正向串联晶闸管组，其中反向串联晶闸管组与正向串联晶闸管组串接。2. 根据权利要求1所述的一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路，其 特征是所述反向串联晶闸管组包括第一晶闸管（SCR1)、第二晶闸管（SCR2)、第一静态均 压电阻（R1)、第二静态均压电阻（R2)、第二静态均压电阻（R2)、第一动态均压电容（Cl); 其中第一晶闸管（SCRl)与第二晶闸管（SCR2)反向串联，第一晶闸管（SCR1)、第二晶闸管 (SCR2)、第一静态均压电阻（R1)、第二静态均压电阻（R2)并联，第二静态均压电阻（R2)与 第一动态均压电容（Cl)串接。3. 根据权利要求1所述的一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路，其 特征是所述正向串联晶闸管组包括包括第三晶闸管（SCR3 )、第四晶闸管（SCR4)、第三静态 均压电阻（R3)、第四静态均压电阻（R4)、第二动态均压电容（C2);其中第三晶闸管（SCR3) 与第四晶闸管（SCR4 )反向串联，第三晶闸管（SCR3 )、第四晶闸管（SCR4 )、第三静态均压电 阻、第四静态均压电阻并联，第四静态均压电阻与第二动态均压电容串接。
【专利摘要】本实用新型是一种晶闸管串联式高压异步电动机软起动器均压电路，其特征是包括反向串联晶闸管组和正向串联晶闸管组，其中反向串联晶闸管组与正向串联晶闸管组串接。本实用新型与传统设计相比，最大的优点在于通过对所设计的均压电路中静态均压参数和动态均压参数合理取值，使得串联晶闸管在开通和关断过程中承受的电压基本一致，可以使高压电动机软起动器串联晶闸管均压问题得以很好地解决，具有较好的实用性。
【IPC分类】H02P1/26, H02M1/06
【公开号】CN204886749
【申请号】CN201520423256
【发明人】郭鹏, 王宏华, 冯进通, 徐周, 尹祥顺, 李军民
【申请人】河海大学, 扬中市丰顺电器有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年6月18日