[实用新型]一种人工过零技术主电路拓扑结构

说明书

本实用新型公开了一种人工过零技术主电路拓扑结构，包括并联的主电流通路和电流转移电路，所述的主电流通路由机械开关S与饱和变压器T的初级线圈L1依次串联构成，所述的电流转移电路由预充电电容C、控制开关FV与饱和变压器T的次级线圈L2依次串联构成，所述的电容C与机械开关S的连接端为预充电负极；本实用新型饱和变压器T的初级线圈和次级线圈在电流转移过程中励磁磁势方向相反，能在机械开关S电流过零前附近迅速退出饱和状态，使转移回路的电感量显著增加，大幅减小机械开关S电流零点附近的电流变化率，提高机械开关S的大电流分断可靠性。

技术领域

本实用新型属于断路器技术领域，具体涉及一种基于人工过零技术的主电路拓扑结构。

背景技术

基于人工过零技术实现的典型断路器技术方案如图1所示，通过LC电流转移电路提供的反向高频电流与主机械开关S中的短路电流叠加而快速产生电流过零点，实现电路的快速分断。尤其是针对直流电流分断，利用人工过零技术能快速有效的制造直流电流过零点，由于技术简单成熟，是当前中高压直流断路器的重要发展方向。

为了实现主机械开关S电流快速过零、并减小整个断路器的体积，在典型人工过零型断路器方案中，LC转移电路工作在高频脉冲状态，通常机械开关电流过零时的电流变化率极高，不利于弧后介质的可靠恢复，容易导致大电流分断失败。为了提高大电流分断可靠性，一方面可以通过增大换流电容C和电感L来降低机械开关电流零点附近的电流变化率，但在满足大电流分断能力要求的前提下，换流电容C和电感L的体积会大幅增加。

另一方面通过在机械开关S支路串联饱和电抗器Ls来降低电流零点附近的电流变化率，如图2所示。当绕制在铁芯上的线圈Ls电流较大时，铁芯磁饱和导致磁导率降低，因此线圈电感量很小；当线圈Ls电流减小到零点附近时，铁芯退出饱和使磁导率升高，从而显著增大线圈电感量。但由于实际铁芯存在磁滞特性，在线圈Ls电流减小过程中会沿着磁滞回线退磁，无法使电流零点附近的磁导率明显升高，线圈电感量也没有明显变大，常规的饱和电抗器无法在机械开关电流过零前显著减缓电流减小速度，只能在电流过零后实现对电流减小速度的限制，如图5所示。能够在电流零点前有效减小电流变化率的饱和电抗器需要经过特殊设计，并且体积十分巨大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足，设计一种人工过零技术主电路拓扑结构结构，本实用新型能在满足体积要求的前提下，大幅减小机械开关S电流过零前的电流变化率，显著提高机械开关S的大电流分断可靠性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种人工过零技术主电路拓扑结构，包括并联的主电流通路和电流转移电路，所述的主电流通路由机械开关S与饱和变压器T的初级线圈L1依次串联构成，所述的电流转移电路由预充电电容C、控制开关FV与饱和变压器T的次级线圈L2依次串联构成，所述的电容C与机械开关S的连接端为预充电负极。

所述的一种人工过零技术主电路拓扑结构，其饱和变压器T的初级线圈L1和次级线圈L2同名端电流方向相反，所述的初级线圈L1和次级线圈L2的匝数比为N1:N2，其中N1>N2，所述的饱和变压器T在机械开关S的最大转移电流点I0附近开始深度饱和，所述的饱和变压器T具有磁滞特性。

本实用新型的有益效果是：通过在电流转移过程中实现饱和变压器T的初级线圈和次级线圈励磁磁势的相互抵消，使其在机械开关S电流过零前迅速退出饱和状态，在满足体积要求的前提下，有效增加转移回路电流零点附近的电感量，大幅减小机械开关S电流过零前的电流变化率，显著提高机械开关S的大电流分断可靠性。

附图说明

图1是现有技术中典型的人工过零型断路器主电路拓扑方案；

图2是现有改进的人工过零技术主电路拓扑方案；

图3是本实用新型的人工过零技术主电路拓扑方案；

图4是饱和变压器的磁滞特性示意图；