[实用新型]复合式无电弧型大功率直流母线接触装置

说明书

技术领域

本专利涉及大功率直流开关领域，特别是涉及中压(U＞500V)和高压(U＞1000V)大功率直流开关领域，主要针对大功率直流开关通断瞬间的防电弧技术和对半控件无触点开关的直流带载关断技术。

背景技术

众所周知：各类直流机械开关(有触点开关)在带载接通前的瞬间和刚刚带载断开的瞬间所形成的电弧都是触点两端电压所形成的电场击穿空气(电离)造成的，若在接通前和断开后的瞬间触点两端无电压则不会有电弧发生。而在近年来兴起的各类直流供电系统中，运行中不允许中断直流供电的负载(如地铁、有轨和无轨电车、电动列车、应急电源的逆变器等)愈来愈多，这些负载在正常情况下由直流工作电源(图1中的E01)供电，而在直流工作电源突然因故停电时则直流应急电源(图1中的E02)必须瞬间接替工作电源继续向负载供电，而应急电源接通前的瞬间，其主触点的入、出两端存在额定电压，因此其接通过程难免产生严重电弧，不仅如此，在负载未解除的情况下若因特殊需要而瞬间切断应急电源的供电，则主触点两端也会因电压的存在而产生严重的电弧，为避免电弧引发恶性事故和毁坏开关装置，用于直流主回路通断的开关装置必须考虑灭弧措施，这就引起直流开关设备结构复杂、体积庞大和成本大大提高。大功率电力电子开关(即无触点开关)器件和模块问世后，由于其导通是扩散的结果而关断(截止)是停止扩散的结果，其过程中不产生电弧，所以人们曾经试图采用此类无触点开关代替各类机械开关，但电力电子开关大功率持续在线工作所造成的大量损耗又能形成严重的热隐患，给系统设备的安全和可靠造成严重威胁，且半控型无触点开关(晶闸管类)不能带载关断直流，全控型无触点开关的控制极耐受干扰信号的能力较差，容易出现误动作，影响系统可靠性和安全性，因此，电力电子开关无法替代有触点开关在线工作，大功率带载通断直流电路一直成为直流开关领域内棘手的课题。

发明内容

本实用新型要解决的问题是，针对大功率直流电路带载通断所存在的灭弧难题提供一种无电弧型大功率直流母线接触装置，又针对半控型无触点开关不能关断直流的难题提供一种动态反偏置电路，使半控型无触点开关可以关断直流，还通过控制器的控制来保证无触点开关通道只在应急直流电源投入或退出瞬间承载负荷电流而其他时间不承载电，其基本结构是：由机械开关(有触点开关)通道和电力电子开关(无触点开关)通道构成直流应急电源输出的双通道结构，连接于直流应急电源E02和直流输出母线M+之间。

根据双通道结构中无触点开关的不同选择和用法，无电弧型大功率直流母线接触装置可以分成半控式(无触点开关器件的控制极只对导通起作用而对截止不起作用)、全控式(无触点开关的控制极即能控制导通也能控制截止)和复合式(既有半控器件也有全控器件)三种类型，本专利所述的是复合式无电弧型大功率直流母线接触装置(即附图3中的“DCS”)，其特征在于：由控制器A、机械开关K、半控型电力电子开关T1及全控型动态反偏置电路构成， T1与K并接正极连接直流应急电源E02的2M+端，负极连接输出母线M+端，全控型动态反偏置电路由全控型电力电子开关T2、电压源E、电容C及二极管D构成，T2正极与D正极同接输出母线M+端，T2负极连接电压源E正极，D负极接E的负极和电容C的正极，电容C的负极接入输出母线M-端，控制器A同时连接T1与T2控制极、K的控制线圈、仪表V及输出负载的控制端。

本实用新型以防电弧为目的，利用无触点开关带载通断无电弧的优势而避开持续在线的热隐患弊端，利用有触点开关在线承载电流损耗低的优势而避开其带载通断产生电弧的弊端，通过控制使二者互相取长补短，保证应急直流投入时T1先导通而K的主触点后闭合，保证直流应急电源退出时K的主触点先断开而T1后截止，T1只在通或断的瞬间独立承载电流，即规避带载通断直流的电弧难题，又避免了T1持续独立承载电流引发热隐患事故的威胁，还通过动态反偏置电路控制使半控型无触点开关T1可以关断带载直流电路。

实施本专利使直流应急电源E02在紧急情况下既能快速无电弧投入，又能速无电弧退出，还因避免了T1的满载热在线工况而避开了热隐患风险。

附图说明

图1所示的直流供电系统图中配置的DCS为有触点开关型，其致命缺点是K2在通断过程中产生电弧。

图2所示的直流供电系统图中配置的DCS为无触点开关型，其致命缺点是在线发热存在热隐患，且存在不能关断直流或容易误动作等问题。

图3所示的直流供电系统图中配置的DCS为本专利所述的复合式无电弧型大功率直流母线接触装置。