专利名称：谐振用高功率脉冲晶闸管阀的电路结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电力电子器件的电路领域，特别涉及到一种谐振 用高功率脉冲晶闸管阀的电路结构。
背景技术：
以大功率电力电子元器件为基础的高压串联阀，或称之为晶闸管阀，以及其附属电路，是灵活交流输电(简称FACTS)的和高压直流输电(简称 HVDC)的核心部件，由于晶闸管是在硅整流元件基础上发展起来的一 种新型半导体器件，其外形分有螺旋形，平板形两种，它们都有3 个极，比硅整流元件多了一个电极一门极。不管外形怎样，决定它 强弱的是管芯，它是由P型硅和N型硅排列成的P,N^2N2四层结 构，有3个PN结J!、 J2、 J3，分别从J,结的P!区引出阳极，从J2 结的P2区引出控制极，从J3结的N2区引出阴极。由于其自身的脆弱性，运行可靠性还比较低，这极大地限制了 FACTS和HVDC的发 展，因此从电路结构的角度提高高压串联阀的运行可靠性及其在各 种电力系统状态下的生存能力，已成为一个关系到FACTS和HVDC 能否在电力系统中得到广泛应用的关键问题。过电流试验装置就是用来对FACTS和HVDC设备的高压晶闸 阀的过电流或者故障电流进行试验的装置，它能够检验阀耐受故障 电流、电压及其相关热效应能力。该装置中采用了高功率脉冲晶闸 管阀特殊的电路结构，使得这种过电流试验装置与传统的试验装置 有很多的不同，以往的试验电路难以使高压串联阀的运行得到可靠 性的保障，难以承受高压及几十千安以上脉冲大电流的冲击。现有的高压阀常常用于直流输电和柔性交流输电领域，但仅能 承受稳态电流，闭锁时保持高阻抗，并承受电压。而要满足闭锁不 承担电压，脉冲大电流等工作条件的高压晶闸管阀，在国内外文献 均未见相关报道。发明内容本实用新型需要解决的技术问题是，针对己有技术中高功率脉 冲晶闸管的电路结构，很难使晶闸管满足各种开关电磁暂态强度的 要求，难以耐受高的故障电流、电压及相关热效应能力，为了克服 这些不足之处，就需要重新设计晶闸管阀的电路结构，以提高晶闸 管阀的耐受能力。本实用新型的目的，在于提供一种谐振用高功率 脉冲晶闸管阀电路结构，该目的是采用以下技术方案来实现的，一 种谐振用高功率脉冲晶闸管阔电路结构，包含晶闸管阀过电流试验 基本电路，其特征在于，在所述过电流试验基本电路中增加了触发 电路，该触发电路是在晶闸管阀闭锁时产生连续的触发脉冲加到各个晶闸管的门极；增加了RC阻尼回路；电路中采用的高功率脉冲 晶闸管阀，是由两个阀段串联组成，每个阀段为12个或16个晶闸 管极串联而成。谐振用高功率脉冲晶闸管阀的电路结构中之所以采用特殊的触 发控制和触发电路，是利用在阀闭锁时产生连续的触发脉冲加到各个 晶闸管的门极，促使晶闸管内部载流子浓度重新分配，并在一定程度 上激发了两个等效PNP晶体管的正反馈过程，从而大大削弱了晶闸 管J2结的势垒电压，因此晶闸管虽然没有电流却可以保持端电压很 低。所述RC阻尼回路，是指增加了一个吸收过冲电压的保护装置 Va。增加特殊设计的RC阻尼回路，是为了满足高电流变化率开通和 高关断电压过冲的要求。特别增加的保护装置Va，是用来吸收谐振 可能带来的过冲电压。所述谐振用高功率脉冲晶闸管阀的机械结构，是由两个阀段串联 组成，这是根据晶闸管阀的电压电流强度要求，选取合适的晶闸管元 件，然后根据晶闸管的动静态特性并考虑杂散参数，优化配置晶闸管 阀的阻尼吸收电路和直流均压电路，使晶闸管阀满足各种开关电磁暂 态强度的要求，同时使晶闸管级上的电压分配比较均匀。本实用新型的有益效果是，该电路结构由于采用了特殊触发控制 方式及特殊RC阻尼回路，实现了晶闸管阀的电压控制功能，高电压 下晶闸管级上的电位分布均匀；使其不仅隔离和控制高电压，而且还 有能通过最高达45kA的脉冲大电流，并有灵活的多工作模式。在以前的工程应用中根本没有如此功能的高压晶闸管阀。该高功率脉冲晶闸管阀阀端间的工作电压最高110kV;电流45kA，频率150Hz 350Hz，谐振电流可以在任意过零点关断，之后 可以根据要求选择承受电压模式或者不承受电压模式；具有灵活的多工作模式。
图]a为已有晶闸管中的螺旋形外形结构图；图lb为己有晶闸管中的平板形外形结构图；图lc为晶闸管各电极连接符号图图1d为晶闸管内部结构示意图；图2为由两个阀段组成的脉冲晶闸管串联机械结构；图3a为晶闸管阀过流试验装置原理图； 图3b为加入保护装置Va的RC阻尼电路。
具体实施方式
参照图la、图lb，表示已有技术中的晶闸管外形结构，图中1 代表晶闸管，有两种外形，分别是螺旋线形1及平板形1'两种外形 结构，参照图lc，表示晶闸管各电极连接符号图，用K表示晶闸管 阴极，A表示阳极，G表示控制栅极，参照图ld，表示在晶闸管内 部结构图中各分层关系，从最底部的阳极到最顶部的阴极之间，共有 P,、 N" P2、 N2四层结构，有3个PN结J" J2、 J3所构成。参照图2， 表示由两个阀段串联的高功率脉冲晶闸管阀2的机械结构，这种阀的 连接结构能使晶闸管承受较高脉冲功率。参照图3a，表示晶闸管阀 过流试验装置.的原理图，图中表示出触发电路3.1及RC阻尼电路 3.2，参照图3b，该图表示所加入保护装置Va后的RC阻尼电路3.2， 在该电路中，Va的引入，增加了吸收过冲电压的功能。
权利要求1.一种谐振用高功率脉冲晶闸管阀电路结构，包含晶闸管阀过电流试验基本电路，其特征在于，在所述过电流试验基本电路中增加了触发电路，该触发电路是在晶闸管阀闭锁时产生连续的触发脉冲，加到各个晶闸管的门极；增加了特定的RC阻尼回路；所述高功率脉冲晶闸管阀，是由两个阀段串联组成，每个阀段为12个或16个晶闸管极串联而成。
2. 根据权利要求1所述谐振用高功率脉冲晶闸管阀电路结构， 其特征在于，所述RC阻尼回路中，增加了一个吸收过冲电压的保护 装置Va。
3. 根据权利要求1所述谐振用高功率脉冲晶闸管阀电路结构， 其特征在于，所述谐振用高功率脉冲晶闸管阀的机械结构，是由两个 阀段串联组成。
专利摘要一种谐振用高功率脉冲晶闸管阀电路结构，属于电力电子器件领域，包含晶闸管阀过电流试验基本电路，其特征在于，在所述过电流试验基本电路中增加了触发电路，该触发电路是在晶闸管阀闭锁时产生连续的触发脉冲，加到各个晶闸管的门极；增加了RC阻尼回路；所述高功率脉冲晶闸管阀，是由两个阀段串联组成，每个阀段为12个或16个晶闸管极串联而成。该电路结构由于采用了特殊触发控制方式及RC阻尼回路，实现了晶闸管阀的电压控制功能，高电压下晶闸管级上的电位分布均匀；使其不仅隔离和控制高电压，而且还有能通过最高达45kA的脉冲大电流，并具有灵活的多工作模式。
文档编号G01R31/00GK201126461SQ20072017020
公开日2008年10月1日 申请日期2007年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者查鲲鹏, 汤广福, 温家良, 艳 潘, 谢敏华, 贺之渊, 邓占峰, 晰 雷 申请人:中国电力科学研究院