大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种大功率GTO船舶交流电源装置，尤其涉及一种大功率GTO船舶交流电源装置的门极控制电路，属于船舶电器设备技术领域。

背景技术：

为确保船舶自动化系统的安全与可靠运行，对需要交流电源连续供电的船舶特殊设备，采用船用GTO交流电源装置供电时，在GTO门极加正信号使其导通的触发电流通常为毫安级，只要该触发电流前沿有一定的陡度即可，和GTO的容量大小关系不大。但加在门极上关断GTO的负信号电流和GTO阳极电流大小相关，由关断增益β_off值所决定，β_off等于被关断的最大阳极电流I_ATO与门极最大负电流－I_GM之比，即：β_off＝I_ATO/|－I_GM︱，β_off值为几倍至几十倍。当阳极电流为I_A时，要关断GTO需加在门极上的负电流－I_G必须符合|－I_G︱≥IA/β_off，且－I_G后沿要缓，一般驱动电路需提供给门极的负电流至少为GTO阳极电流的20％以上。由此可见，用门极正、负信号控制GTO导通、关断的通用电路虽然较多，例如通常采用电容器或电感器放电产生负电流关断GTO的方式，对关断小功率GTO比较适用，如果要关断大功率GTO，则要求电容器或电感器有相应大的容量，才能确保提供给门极的负电流有足够的脉冲幅度和后沿较缓，而要达到该要求，需要采用大容量的电容器或电感器，并增加功率放大管、普通晶闸管和脉冲变压器等组成驱动电路进行控制，使得门极电路变得复杂，也增加了体积、重量和成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路，在GTO门极加正、负信号控制GTO导通、关断，无需采用电容器或电感器充、放电，电路简单可靠，成本低。

本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

一种大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路，包括主配电板、应急配电板、充放电板、可关断晶闸管GTO、逆变器1、第一断路器1Q、第二断路器2Q、第三断路器3Q、第四断路器4Q、第一接触器1KM、第二接触器2KM、第一熔断器1F、第二熔断器2F、第三熔断器3F、第四熔断器4F、第一变阻器1R、第二变阻器2R、中间继电器K，所述主配电板依次经第一断路器1Q的主触点、第一接触器1KM的主触点与交流输出端相连，向交流输出端提供交流电源，所述应急配电板依次经第二断路器2Q的主触点、第二接触器2KM的主触点与交流输出端相连，向交流输出端提供交流电源，所述第一熔断器1F、第二接触器2KM常闭触点、第一接触器1KM的线圈依次串联，该串联电路的两端连接于第一断路器1Q的主触点与第一接触器1KM的主触点之间的任两根电源线上，所述第二熔断器2F、第一接触器1KM常闭触点、第二接触器2KM的线圈依次串联，该串联电路的两端连接于第二断路器2Q的主触点与第二接触器2KM的主触点之间的任两根电源线上，所述充放电板经第三断路器3Q主触点、可关断晶闸管GTO与逆变器1的直流端相连，所述逆变器1的交流端经第四断路器4Q与交流输出端相连，所述第三熔断器3F的一端经第三断路器3Q主触点与充放电板的负极相连，所述第一接触器1KM的常开触点和第二接触器2KM的常开触点并联，该并联电路的一端与第三熔断器3F的另一端相连，并联电路的另一端依次连接第二变阻器2R、中间继电器K的常开触点后与可关断晶闸管GTO的门极相连，所述第四熔断器4F的一端经第三断路器3Q主触点与充放电板的正极相连，所述第四熔断器4F的另一端串联第一接触器1KM的常闭触点、第二接触器2KM的常闭触点、第一变阻器1R、中间继电器K的常闭触点后与可关断晶闸管GTO的门极相连，所述中间继电器K的线圈两端连接于逆变器1的直流端。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路，还包括电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F，所述电容C1、电容C2、电容C3三角形连接，所述电感L1、电感L2、电感L3的一端分别连接在电容C1和电容C2之间、电容C2和电容C3之间、电容C3和电容C1之间，所述电感L1、电感L2、电感L3的另一端分别和第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F的一端连接，所述第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F的另一端分别与交流输出端的三相连接。

前述大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路，还包括快速二极管V和电阻器3R、电容器C4，所述快速二极管V的阳极与可关断晶闸管GTO的阳极相连，快速二极管V的阴极经电容器C4后接可关断晶闸管GTO的阴极，所述电阻器3R并联于快速二极管V的两端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路，实现在GTO门极加正、负信号控制GTO导通、关断，无需采用电容器或电感器充、放电，电路简单可靠，成本低。

附图说明

图1是本实用新型的大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路图；

图2是两路互动的大功率GTO船舶交流电源装置电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路，包括主配电板、应急配电板、充放电板、可关断晶闸管GTO、逆变器1、第一断路器1Q、第二断路器2Q、第三断路器3Q、第四断路器4Q、第一接触器1KM、第二接触器2KM、第一熔断器1F、第二熔断器2F、第三熔断器3F、第四熔断器4F、第一变阻器1R、第二变阻器2R、中间继电器K，所述主配电板依次经第一断路器1Q的主触点、第一接触器1KM的主触点与交流输出端相连，向交流输出端提供交流电源，所述应急配电板依次经第二断路器2Q的主触点、第二接触器2KM的主触点与交流输出端相连，向交流输出端提供交流电源，所述第一熔断器1F、第二接触器2KM常闭触点、第一接触器1KM的线圈依次串联，该串联电路的两端连接于第一断路器1Q的主触点与第一接触器1KM的主触点之间的任两根电源线上，所述第二熔断器2F、第一接触器1KM常闭触点、第二接触器2KM的线圈依次串联，该串联电路的两端连接于第二断路器2Q的主触点与第二接触器2KM的主触点之间的任两根电源线上，所述充放电板经第三断路器3Q主触点、可关断晶闸管GTO与逆变器1的直流端相连，所述逆变器1的交流端经第四断路器4Q与交流输出端相连，所述第三熔断器3F的一端经第三断路器3Q主触点与充放电板的负极相连，所述第一接触器1KM的常开触点和第二接触器2KM的常开触点并联，该并联电路的一端与第三熔断器3F的另一端相连，并联电路的另一端依次连接第二变阻器2R、中间继电器K的常开触点后与可关断晶闸管GTO的门极相连，所述第四熔断器4F的一端经第三断路器3Q主触点与充放电板的正极相连，所述第四熔断器4F的另一端串联第一接触器1KM的常闭触点、第二接触器2KM的常闭触点、第一变阻器1R、中间继电器K的常闭触点后与可关断晶闸管GTO的门极相连，所述中间继电器K的线圈两端连接于逆变器1的直流端。

本实用新型大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路还包括电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F，所述电容C1、电容C2、电容C3三角形连接，所述电感L1、电感L2、电感L3的一端分别连接在电容C1和电容C2之间、电容C2和电容C3之间、电容C3和电容C1之间，所述电感L1、电感L2、电感L3的另一端分别和第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F的一端连接，所述第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F的另一端分别与交流输出端的三相连接。

本实用新型大功率GTO船舶交流电源装置门极控制电路还包括快速二极管V和电阻器3R、电容器C4，所述快速二极管V的阳极与可关断晶闸管GTO的阳极相连，快速二极管V的阴极经电容器C4后接可关断晶闸管GTO的阴极，所述电阻器3R并联于快速二极管V的两端。

第一断路器1Q、第二断路器2Q、第三断路器3Q、第四断路器4Q常态在合闸状态，主要作用为短路与过载保护，断路器可按其所在线路的有关参数合理选配。第一接触器1KM、第二接触器2KM主要用于交流电路控制，其额定电压、额定频率与额定电流可参照负载相关参数选配。可关断晶闸管GTO主要用于直流电路控制，其阳极可关断电流的最大值I_ATO应按不小于负载额定电流的2.5倍选取，GTO的阳极尖峰电压Vp应按不小于线路额定电压的2倍选取。逆变器的直流输入电压与充放电板提供的电压相同，其容量与交流输出的相数、电压、频率，可按负载对电源的要求选设。

当主配电板与应急配电板都有电时，第一接触器1KM、第二接触器2KM自动吸合，先有电的先吸合并直接向交流负载供电，后有电的交流接触器被闭锁，处在热备用状态。当先向交流负载供电的这一路失电时，其交流接触器释放，另一路热备用的交流接触器自动吸合，直接向交流负载供电。

当主配电板与应急配电板都失电时(第一接触器1KM、第二接触器2KM自动切换的过程，可视为主电源和应急电源都短暂失电的状态)，第一接触器1KM、第二接触器2KM均失电释放，正电源经熔断器4F→2KM的常闭辅助触头→1KM的常闭辅助触头→第一变阻器1R→中间继电器K的常闭辅助触头至GTO门极，使其触发导通，中间继电器K得电吸合，中间继电器K的常闭辅助触头断开至GTO门极的正电源，中间继电器K的额定电压与充放电板提供的直流电压相同，第一变阻器1R的阻值与功率宜大于GTO产品说明书上所要求的门极触发电流进行设定。

当主配电板或应急配电板其中之一恢复供电后，第一接触器1KM、第二接触器2KM自动吸合，其常闭辅助触头断开、常开辅助触头接通，负电源经熔断器3F→第一接触器1KM、第二接触器2KM的常开辅助触头→第二变阻器2R→中间继电器K的常开辅助触头至GTO门极，使其关断，中间继电器K失电释放，其常开辅助触头断开至门极的负电源。图中的中间继电器K的多个常开辅助触头并联使用系为扩大触头载流能力，第二变阻器2R的阻值与功率应按GTO产品说明上所提供的I_ATO和β_off值为依据进行设定。

所述由快速二极管V和电阻器3R、钽电容或电解电容器C4组成的缓冲电路，用于限制GTO在关断过程或故障时阳极电压V_A与电流I_A的变化，限制dv_A/dt、di_A/dt可对GTO进行保护。快速二极管V的额定电压与GTO相同，其额定电流约为I_ATO的20％左右，电阻器3R阻值约为20—50Ω，功率约为10—50W，电容器C4的额定电压与GTO相同，容量约为1-5uf，缓冲电路中各元件参数与关断电流成正比关系。并联在逆变器交流输出侧的补偿电容模块(由电容C1、电容C2、电容C3、电感L1、电感L2、电感L3、第五熔断器5F、第六熔断器6F、第七熔断器7F组成)，用于防止GTO负载电流低于擎住电流时出现自关断现象，而且可以在电源互动过程中可能出现短暂断电时避免负载失电与提高功率因数。

由于GTO导通和关断的时间为微秒级，第一接触器1KM、第二接触器2KM、中间继电器K的动作时间是亳秒级，所以大功率GTO在船舶互动交流电源装置中的控制电路能确保其导通和关断的可靠性。

如图2所示为两路互动的大功率GTO船舶交流电源装置电路图，两路互动是指应急配电板供电的应急电源和充放电板供电的公用直流电源互动。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。