1.本实用新型涉及电力电子领域，尤其是一种低压混合式直流断路器。
背景技术：2.混合式直流断路器综合了常规机械开关与电力电子器件的优点，具有开断速度快、无弧光、寿命长、通态损耗小等优点，其可分为自然换流型与强制换流型两种类型。
3.图1为自然换流型混合式直流断路器的基本结构，其分断原理为：机械开关分断时产生电弧电压，使得固态开关导通，由于电弧电阻比固态开关的导通电阻大，电流从机械开关支路转换至固态开关，机械开关分断，随后关断固态开关，电流转移至吸收回路。由于目前全控型器件的单管额定电压和电流均有限，电力电子器件的串、并联技术还有待研究改进，故此类直流断路器多用于容量较小的情况。
4.图2为强制换流型混合式直流断路器的基本结构，强制换流型混合式直流断路器是利用反向的振荡电流叠加产生电流过零点，来开断电流，其固态开关多采用晶闸管等半控型器件组成。此类直流断路器可用于电压较高电流较大的开断场合，但需要配合振荡回路实现换流关断，故其控制性较差，关断时间也较长，同样也存在叠加电流过大，产生的电弧易损坏触头，缩短直流断路器寿命等问题。
5.本实用新型采用自然换流型拓扑结构实现微型、微小型开关，并针对其存在的以下问题作出改进：
6.1)出现短路故障时，主通流支路电流将急剧上升，即使主通流回路将电流转移到了转移支路，转移支路也难以关断巨大的电流；
7.2)断路器开关在失效情况下，事故可能进一步扩大，要能有效断开；
8.3)电路整体无法实现双向流通，利用率低。
技术实现要素：9.本实用新型为解决或部分解决自然换流型混合式直流断路器存在的问题，提出一种低压混合式直流断路器。
10.本实用新型的低压混合式直流断路器，包括主通流支路、电流转移支路、能量吸收支路和控制装置，所述主通流支路具有依次串联的接线端子port1、熔断器f1、快速机械开关s1、限流电感l1、接线端子port2，以及用于检测快速机械开关s1电流的电流检测传感器am1、用于主通流支路总电流的电流检测传感器am2；所述电流转移支路、能量吸收支路均并联于快速机械开关s1两端；所述控制装置用于接收各电流检测传感器的电参数，并控制快速机械开关51及电流转移支路的通断。
11.其中，所述电流转移支路为全控器件反串联结构。
12.其中，所述全控器件反串联结构中的开关管为igbt管。
13.其中，所述igbt管的额定电压电流为4500v/3000a。
14.其中，所述全控器件反串联结构中的两个igbt管以背靠背的形式压接在一起。
15.其中，所述电流转移支路为全控器件双向h桥式结构或全控器件反并联结构。
16.其中，所述能量吸收支路为rcd吸收回路。
17.其中，还包括与所述控制装置通信的人机交互设备。
18.其中，所述人机交互设备为电脑或触摸屏。
19.本实用新型在主通流支路中设计限流电感，有效防止短路电流急剧上升，使电流检测装置和控制装置有足够的响应时间，让系统安全停下来，在主通流支路中配置熔断器，即使控制系统失效或主触点粘黏，事故也不会进一步扩大，能有效断开。
20.所述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
21.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。
22.在附图中：
23.图1示出了现有技术中自然换流型混合式直流断路器的电气拓扑电路；
24.图2示出了现有技术中强制换流型混合式直流断路器的电气拓扑电路；
25.图3示出了本实用新型的低压混合式直流断路器电气结构拓扑图；
26.图4示出了h桥式双向固态开关拓扑结构；
27.图5示出了反并联双向固态开关拓扑结构；
28.图6示出了反串联双向固态开关拓扑结构；
29.图7示出了常规igbt管的模块外形。
具体实施方式
30.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
31.如图3所示，本实用新型的低压混合式直流断路器，包含控制装置、主通流支路1、电流转移支路2和能量吸收支路3。
32.所述主通流支路1由快速机械开关s1、电流检测传感器am1、am2、熔断器f1、限流电感l1和接线端子port1、port2组成，用于导通系统负荷电流。其中接线端子port1、熔断器f1、快速机械开关s1、限流电感l1、接线端子port2依次串联，电流转移支路2和能量吸收支路3均并联于快速机械开关s1两端，电流检测传感器am1用于检测快速机械开关s1上的电流，电流检测传感器am2用于主通流支路的总电流，所述控制装置用于接收各电流检测传感器的电参数，并根据电流大小实时控制快速机械开关s1及电流转移支路2的通断，并在检测到的电流超过设定的脱扣电流时，马上进入下文的分断逻辑。
33.由于断路器是一个要求非常可靠、也非常灵敏的器件，电路发生短路时，电流检
测、控制命令发送和开关断开执行都需要较长时间，此时电流可能已达数万安培，能够把几公斤的钢铁瞬间气化为等离子体，为确保安全，必须在及短的时间内控制住如此大的电流，这对产品的性能、工艺、质量等要求极为苛刻。为给电流检测、控制命令发送和开关断开执行留足时间，且确保分断前电流在可控范围内，本实用新型在主通流支路中串入了限流电感l1，限制主通流支路电流上升速率。
34.短路时，由于可能发生快速机械开关51触点粘黏或电流转移支路开关管被击穿的情况，导致没法正常分断电流，为了防止事故进一步扩大，同时进一步实现可控，在主通流支路1中增加了快速熔断器f1，确保断路器最终能断开，保证系统安全。
35.为实现电流既可以从port1流到port2也可以从port2流到port1，电流转移支路2需支持能量的双向流动。目前常规的双向固态开关主要有全控器件双向h桥式结构、全控器件反并联结构以及全控器件反串联结构三种拓扑结构方案，具体电气拓扑如图4-6所示。
36.其中，全控器件双向h桥式的结构如图4所示，需要四组二极管组件及一组全控型功率器件实现双向通流及分断，其中二极管组件d1、全控器件q1以及二极管组件d4实现正向通流回路，而二极管组件d3、全控器件q1以及二极管组件d2实现反向通流回路。
37.全控器件反并联结构如图5所示，需要两组二极管组件及两组全控功率器件实现双向通流及分断。正向通流时，开通全控器件q1以及二极管组件d1，此时全控器件t2关断；反向通流时，导通全控器件q2以及二极管组件d2，此时全控器件q1关断。
38.全控器件反串联结构如图6所示，正向通流时，导通全控器件q1以及二极管组件d2，此时全控器件t2关断；反向通流时，导通全控器件q2以及二极管组件d1，此时全控器件t1关断。
39.综上所述三种双向固态开关方案，依据可行性、功率器件数目、设计复杂程度、可靠性以及经济性等方面来考虑，三种不同拓扑结构的双向固态开关方案对比如表1所示：
40.表1 三种双向固态开关方案对比
[0041][0042]
说明：q为全控型开关器件。
[0043]
结合可行性、经济成本、控制难度以及体积等因素对比，全控型反串联的固态开关相对于其它两种双向固态断路器拓扑更具优势，因此选用全控器件反串联结构来作为本实用新型的电流转移支路2。
[0044]
进一步的，对全控器件反串联结构中的开关管选用额定电压电流为4500v/3000a的igbt管，以支持可靠的高速关断，并使单管额定电压和电流提至4500v/3000a，使断路器可工作于大功率环境。并且，由于市面上igbt管的结构如图7所示，因此，反串联结构可以采用两个igbt管以背靠背的形式进行压接在一起，实现电流转移支路模块化设计，并使断路器体积能够做小，实现微小化。
[0045]
所述能量吸收支路3是由rc+mov构成rcd吸收回路，用于抑制开断电压和吸收系统感性元件储存的能量。
[0046]
本实用新型中，还包括有人机交互设备，如电脑或触摸屏等，其于控制装置通信，用于进行上位机人机交互。
[0047]
本实用新型的断路器的控制方法如下：
[0048]
(1)断路器吸合逻辑
[0049]
控制部分主要是对三条并联支路进行检测和控制，当断路器接到吸合指令时，控制器首先控制电流转移支路导通，若电流检测正常，则控制主通流支路导通，待主通流支路稳定后再控制电流转移支路断开。用该控制方法，可有效防止在合闸时主通流支路机械触头因反作用力反弹，造成触头产生分断电弧而粘黏的情况，因为此时固态开关仍处于导通状态，反弹后的电弧电阻比固态开关的导通电阻大，电流从机械开关支路转换至固态开关，主通流支路没有电流，自然不会拉弧。
[0050]
(2)断路器分断逻辑
[0051]
当检测到过大电流或接到分断开指令时，控制器一边控制电流转移支路(固态开关)导通，同时也控制主通流支路机械开关s1断开。机械开关分断时产生电弧电压，由于电弧电阻比固态开关的导通电阻大，电流从机械开关支路转换至固态开关，机械开关分断，随后关断固态开关，电流转移至吸收回路。
[0052]
使用本实用新型的断路器，可以达到以下改进的技术效果：
[0053]
1、在主通流支路中设计限流电感，有效防止短路电流急剧上升，使电流检测装置和控制装置有足够的响应时间，让系统安全停下来。
[0054]
2、在主通流支路中配置熔断器，即使控制系统失效或主触点粘黏，事故也不会进一步扩大，能有效断开。
[0055]
3、电流转移支路采用两个带二极管的igbt反串联组成，具有双向可控通流功能，非常适合模块化、紧凑化设计。
[0056]
4、主通流支路触点在合闸时先控制电流转移支路导通，有效防止了触点因反作用力反弹造成触头产生分断电弧而粘黏的情况。
[0057]
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。