一種基于igct的直流網壓突變試驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，包括輔助電源、控制器、IGCT開關單元和網壓突變電阻，所述輔助電源與IGCT開關單元的驅動電源端相連，所述控制器與IGCT開關單元的驅動控制端相連，所述IGCT開關單元和被試驗的負載變流器及其供電電源三者串聯形成回路，所述IGCT開關單元和網壓突變電阻并聯連接，所述IGCT開關單元由至少一個IGCT器件構成。本實用新型具有通斷不受線路中電流的影響、突變時間準確、模擬各種網壓突變情況精確、安全可靠性好的優點。
【專利說明】—種基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及網壓突變試驗設備，具體涉及一種基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置。
【背景技術】
[0002]在城軌變流器試驗中，需要模擬供電直流電網電壓突然變化的工況，網壓突變裝置常用于機車的網壓突變試驗中，例如使得城軌變流器供電直流電網電壓突然減少(或增大)，經過Ims?100ms后直流電網電壓恢復正常。現有技術的網壓突變裝置是利用2個直流接觸器來實現網壓突變線路的切換，但是直流接觸器的開通和關斷時間較長(1ms級)，且直流接觸器的開通關斷時間也會受線路中的電流的影響，較難控制網壓中斷試驗的網壓中斷時間。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種通斷不受線路中電流的影響、突變時間準確、模擬各種網壓突變情況精確、安全可靠性好的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置。
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:
[0005]一種基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，包括輔助電源、控制器、IGCT開關單元和網壓突變電阻，所述輔助電源與IGCT開關單元的驅動電源端相連，所述控制器與IGCT開關單元的驅動控制端相連，所述IGCT開關單元和被試驗的負載變流器及其供電電源三者串聯形成回路，所述IGCT開關單元和網壓突變電阻并聯連接，所述IGCT開關單元由至少一個IGCT器件構成。
[0006]優選地，所述IGCT開關單元由一條IGCT支路或者兩條以上的IGCT支路并聯連接構成，且任意一個所述IGCT支路由一個IGCT器件或者兩個以上的IGCT器件串聯連接構成。
[0007]優選地，所述控制器上連接有用于與上位機相連的通信接口模塊。
[0008]優選地，所述控制器還連接有用于采集負載變流器的電壓及電流信號的信號采集模塊。
[0009]優選地，所述IGCT開關單元的IGCT器件上的冷卻模塊，所述冷卻模塊為風冷式冷卻器或水冷式冷卻器，所述冷卻模塊通過接觸器與輔助電源的輸出端相連。
[0010]優選地，所述接觸器的合/分閘線圈連接有中間繼電器，所述接觸器的合/分閘線圈、中間繼電器的觸點兩者串聯連接形成回路，所述接觸器的主觸點串聯連接有第一斷路器，所述冷卻模塊依次通過所述接觸器的主觸點、第一斷路器與輔助電源的輸出端相連，所述中間繼電器的合/分閘線圈與控制器相連。
[0011]優選地，所述輔助電源包括AC380V輸出端和AC220V輸出端，所述冷卻模塊依次通過所述接觸器的主觸點、第一斷路器與輔助電源的AC380V輸出端相連；所述輔助電源的AC220V輸出端分別設有第二斷路器、濾波器、控制電源模塊和與構成IGCT開關單元的IGCT器件一一對應的驅動電源模塊，所述濾波器的輸入端通過第二斷路器與輔助電源的AC220V輸出端相連，所述濾波器的輸出端分別與所述接觸器的合/分閘線圈的控制回路、控制電源模塊以及驅動電源模塊相連，所述控制電源模塊的輸出端分別與控制器、通信接口模塊相連，所述驅動電源模塊的輸出端分別與構成IGCT開關單元中對應的IGCT器件的驅動電源端相連。
[0012]本實用新型基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置具有下述優點:
[0013]1、本實用新型包括控制器、輔助電源、IGCT開關單元和網壓突變電阻，IGCT開關單元和被試驗的負載變流器及其供電電源串聯形成回路，IGCT開關單元和網壓突變電阻并聯連接，IGCT開關單元由一條IGCT支路或者兩條以上的IGCT支路并聯連接構成，且任意一個IGCT支路由一個IGCT器件或者兩個以上的IGCT器件串聯連接構成，IGCT器件的控制端分別與控制器相連，輔助電源的輸出端分別與控制器以及IGCT開關單元中各個IGCT器件的驅動端相連，由于通過IGCT開關單元替代現有技術的直流接觸器來實現線路的通斷控制，能夠通過改變IGCT開關單元和網壓突變電阻兩者的電阻來控制負載變流器及其供電電源之間的突變電壓幅值，相對直流接觸器而言能夠實現短時間的導通和關斷(1us級導通、關斷時間)且能夠精確的控制網壓突變的時間，而且IGCT開關單元中各個IGCT器件的通斷不受線路中電流的影響，具有突變時間準確、模擬各種網壓突變情況精確、安全可靠性好的優點。
[0014]2、本實用新型的IGCT開關單元由一條IGCT支路或者兩條以上的IGCT支路并聯連接構成，且任意一個IGCT支路由一個IGCT器件或者兩個以上的IGCT器件串聯連接構成，IGCT開關單元的結構靈活多變，而且通過IGCT支路和IGCT器件的數量增加，能夠有效提高IGCT開關單元的耐沖擊能力和使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型實施例的框架結構示意圖。
[0016]圖2為本實用新型實施例的IGCT開關單元所在的高壓電路部分的電路原理示意圖。
[0017]圖3為本實用新型實施例的輔助電源及通信接口模塊的電路原理示意圖。
[0018]圖4為本實用新型實施例的控制器及部分的電路原理示意圖。
[0019]圖5為本實用新型實施例應用于直流網壓突變試驗的核心模塊的框架結構示意圖。
[0020]圖例說明:1、輔助電源；2、控制器；3、IGCT開關單元；4、網壓突變電阻；5、通信接口模塊；6、信號采集模塊；7、冷卻模塊；8、負載變流器；9、供電電源。
【具體實施方式】
[0021]下文中結合被試驗的負載變流器8及其供電電源9，對本實施例基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置的詳細結構進行進一步說明。其中，供電電源9為最大電壓至2000V、最大電流2000A的直流電源。
[0022]如圖1所示，本實施例基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置包括輔助電源1、控制器2、IGCT開關單元3和網壓突變電阻4，輔助電源I與IGCT開關單元3的驅動電源端相連，控制器2與IGCT開關單元3的驅動控制端相連，IGCT開關單元3和被試驗的負載變流器8及其供電電源9三者串聯形成回路，IGCT開關單元3和網壓突變電阻4并聯連接，IGCT開關單元3由至少一個IGCT器件(集成門極換流晶體管)構成。本實施例通過IGCT開關單元3替代直流接觸器來實現線路的通斷控制，能夠通過改變IGCT開關單元3和網壓突變電阻4兩者的電阻來控制負載變流器8及其供電電源9之間的突變電壓幅值，相對直流接觸器而言能夠實現短時間的導通和關斷(1us級導通、關斷時間)且能夠精確的控制網壓突變的時間，而且IGCT器件的通斷不受線路中電流的影響，具有突變時間準確、模擬各種網壓突變情況精確、安全可靠性好的優點。
[0023]本實施例中，控制器2、通信接口模塊5采用PLC實現。毫無疑問，控制器2也可以根據需要采用其他微處理器實現，通信接口模塊5也可以根據需要采用其他通信模塊實現。
[0024]如圖1所示，控制器2上連接有用于與上位機相連的通信接口模塊5。在通信接口模塊5的硬件基礎上，通過上位機向控制器2發送指令，通過控制器2即可實現對IGCT開關單元3中各IGCT器件的遠程控制，從而使得直流網壓突變試驗更加方便快捷。
[0025]如圖1所示，控制器2還連接有用于采集負載變流器8的電壓及電流信號的信號采集模塊6。通過信號采集模塊6采集負載變流器8的電壓和電流信號，然后控制器2通過通信接口模塊5將采集的電壓和電流信號輸出給上位機，通過上位機能夠遠程方便地查看負載變流器8的電壓和電流信號，從而能夠實現對負載變流器8的過壓和過流保護，安全可靠性更好，而且使得直流網壓突變試驗更加方便快捷。
[0026]如圖1所示，IGCT開關單元3的IGCT器件上的冷卻模塊7，冷卻模塊7為風冷式冷卻器或水冷式冷卻器，冷卻模塊7通過接觸器KMl與輔助電源I的輸出端相連。通過冷卻模塊7能夠為IGCT開關單元3的IGCT器件進行散熱降溫，從而確保IGCT開關單元3的IGCT器件的穩定可靠，能夠進一步提高本實施例的突變時間準確、模擬各種網壓突變情況精確。
[0027]如圖2所示，本實施例的IGCT開關單元3由兩條IGCT支路并聯連接構成，且任意一個IGCT支路由兩個IGCT器件串聯連接構成，例如左側的IGCT支路由IGCT#1和IGCT#2串聯連接構成，右側的IGCT支路由IGCT#3和IGCT#4串聯連接構成。需要說明的是，IGCT開關單元3可以根據需要由一條IGCT支路或者更多的IGCT支路并聯連接構成，且任意一個IGCT支路可以根據需要由一個IGCT器件或者更多的IGCT器件串聯連接構成，從而能夠使得IGCT開關單元3的具體實現結構靈活多變，而且通過IGCT支路和IGCT器件的數量增力口，能夠有效提聞IGCT開關單兀3的耐沖擊能力和使用壽命。
[0028]如圖2和圖3所示，本實施例接觸器KMl的合/分閘線圈連接有中間繼電器KA1，接觸器KMl的合/分閘線圈、中間繼電器KAl的觸點兩者串聯連接形成回路，接觸器KMl的主觸點串聯連接有第一斷路器QF2，冷卻模塊7依次通過接觸器KMl的主觸點、第一斷路器QF2與輔助電源I的輸出端(A100?C100，AC380V)相連，中間繼電器KAl的合/分閘線圈與控制器2相連，通過控制器2能夠實現對中間繼電器KAl的遠程控制，使得冷卻模塊7的控制更加靈活方便。本實施例中，負載變流器8還并聯連接有電涌保護裝置R2，電涌保護裝置R2用于保護負載變流器8。
[0029]如圖3所示，輔助電源I包括AC380V輸出端和AC220V輸出端，冷卻模塊7依次通過接觸器的主觸點、第一斷路器與輔助電源I的AC380V輸出端(A100?C100)相連；輔助電源I的AC220V輸出端(L、N)分別設有第二斷路器QF11、濾波器Z1、控制電源模塊Gl和與構成IGCT開關單元3的IGCT器件一一對應的驅動電源模塊G2?G5，濾波器Zl的輸入端通過第二斷路器QFll與輔助電源I的AC220V輸出端(L、N)相連，濾波器Zl的輸出端分別與接觸器KMl的合/分閘線圈的控制回路(圖3中，中間繼電器KAl的觸點用于控制接觸器KMl的合/分閘線圈，中間繼電器KAl的合/分閘線圈由控制器2來控制)、控制電源模塊Gl以及驅動電源模塊G2?G5相連，驅動電源模塊G2?G5的輸出端分別與IGCT開關單元3的驅動電源端VlGl?V4G4相連。
[0030]本實施例考慮到供電電源9為最大電壓至2000V、最大電流2000A的直流電源，因此將本實施例通過柜體進行封裝，而且柜體上設有兩個柜門，在每一個柜門上設有電磁門鎖DCSl及DCS2、限位開關SI及SI，控制器2 (PLC2)的輸出端還連接有用于控制電磁門鎖DCSl及DCS2的電磁鎖合/分閘開關KA2。
[0031]參見圖3，控制電源模塊Gl為DC24V電源模塊，驅動電源模塊G2?G5為DC36V電源模塊。AC220V電源通過斷路器QFll輸入后，經濾波器Zl濾波后送各路控制電源，分別包括:(1)控制電源模塊G1，用于為通信接口模塊5 (PLC1的L+引腳)、控制器2 (PLC2的L+引腳)、電磁門鎖DCSlJ及DCS2，電磁門鎖DCSlJ以及DCS2并聯后與電磁鎖合/分閘開關KA2的開關支路相連，電磁鎖合/分閘開關KA2的線圈支路則與控制器2 (PLC2)相連。
(2)驅動電源模塊G2?G5，用于為IGCT開關單元3的驅動電源端VlGl?V4G4提供四路控制電源。(3)接觸器KMl的合/分閘線圈的控制回路電源。
[0032]如圖4所示，限位開關SI和S2分別與控制器2(PLC2)的INl和IN2引腳相連，控制器2 (PLC2)通過限位開關SI和S2檢測柜門的開關狀態，同時控制器2 (PLC2)的IN3?IN8引腳與信號采集模塊6相連以采集負載變流器8的電壓和電流信號；控制器2 (PLC2)最終將柜門的開關狀態檢測信號、負載變流器8的電壓和電流信號一起通過通信接口模塊5輸出給上位機，上位機則根據負載變流器8的電壓和電流信號、限位開關SI和S2檢測的柜門開關狀態來控制電磁鎖合/分閘開關KA2的狀態，從而實現門聯鎖保護。
[0033]參見圖4，控制器2 (PLC2)的L+和控制電源模塊Gl相連，控制器2 (PLC2)的0UT3弓丨腳連接有中間繼電器KAl的合/分閘線圈，控制器2 (PLC2)的0UT4弓丨腳連接有電磁鎖合/分閘開關KA2的線圈支路。IGCT開關單元3的驅動電源端VlGl?V4G4分別與驅動電源模塊G2?G5的輸出端相連，控制器2 (PLC2)的OUTl引腳和13引腳作為3的控制引腳，用于輸出PWM信號，通過PWM信號控制IGCT開關單元3中各個IGCT器件的通斷狀態。
[0034]如圖5所示，本實施例基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置的IGCT開關單元3和網壓突變電阻4為并聯連接關系，IGCT開關單元3斷開時，供電電源9、網壓突變電阻4、負載變流器8形成回路，IGCT開關單元3導通時，供電電源9、IGCT開關單元3、負載變流器8形成回路，網壓突變電阻4被短路，本實施例基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置的關鍵點為控制IGCT開關單元3的關斷和導通狀態，從而控制加在負載變流器8的兩端電壓突變。
[0035]本實施例基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置的應用方法步驟如下:
[0036]I)判斷直流網壓突變試驗的類型，如果直流網壓突變試驗類型為網壓突增，則跳轉執行步驟2 ;如果直流網壓突變試驗類型為網壓突減，則跳轉執行步驟5 ；
[0037]2)關斷IGCT開關單元3，使得供電電源9、網壓突變電阻4、負載變流器8形成回路，供電電源9在網壓突變電阻4上產生壓降后再加在負載變流器8的兩端，使得負載變流器8兩端的電壓減少；
[0038]3)導通IGCT開關單元3并開始計時，供電電源9、IGCT開關單元3、負載變流器8形成回路，使得供電電源9在網壓突變電阻4上產生的壓降被切除、負載變流器8兩端的電壓增加(電壓增加值取決于網壓突變電阻4的兩端壓降)；
[0039]4)經過預設的網壓突變時間(約為Ims?1000ms)后，關斷IGCT開關單元3，使得供電電源9、網壓突變電阻4、負載變流器8形成回路，使得供電電源9在網壓突變電阻4上產生壓降，加在負載變流器8兩端的電壓恢復，網壓突增試驗完畢并退出；
[0040]5)導通IGCT開關單元3，使得供電電源9、IGCT開關單元3、負載變流器8形成回路，使得供電電源9的電壓直接加在負載變流器8的兩端；
[0041]6)關斷IGCT開關單元3并開始計時，使得供電電源9、網壓突變電阻4、負載變流器8形成回路，供電電源9在網壓突變電阻4上產生壓降后再加在負載變流器8的兩端，使得負載變流器8兩端的電壓減少(電壓減少值取決于網壓突變電阻4的兩端壓降)；
[0042]7)經過預設的網壓突變時間(約為Ims?1000ms)后，導通IGCT開關單元3，使得供電電源9、IGCT開關單元3、負載變流器8形成回路，使得供電電源9的電壓直接加在負載變流器8的兩端，加在負載變流器8兩端的電壓恢復，網壓突減試驗完畢并退出。
[0043]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:包括輔助電源(I)、控制器(2)、IGCT開關單元(3)和網壓突變電阻(4)，所述輔助電源(I)與IGCT開關單元(3)的驅動電源端相連，所述控制器(2)與IGCT開關單元(3)的驅動控制端相連，所述IGCT開關單元(3)和被試驗的負載變流器(8)及其供電電源(9)三者串聯形成回路，所述IGCT開關單元(3)和網壓突變電阻(4)并聯連接，所述IGCT開關單元(3)由至少一個IGCT器件構成。
2.根據權利要求1所述的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:所述IGCT開關單元(3)由一條IGCT支路或者兩條以上的IGCT支路并聯連接構成，且任意一個所述IGCT支路由一個IGCT器件或者兩個以上的IGCT器件串聯連接構成。
3.根據權利要求2所述的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:所述控制器(2)上連接有用于與上位機相連的通信接口模塊(5)。
4.根據權利要求3所述的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:所述控制器(2 )還連接有用于采集負載變流器(8 )的電壓及電流信號的信號采集模塊(6 )。
5.根據權利要求4所述的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:所述IGCT開關單元(3)的IGCT器件上的冷卻模塊(7)，所述冷卻模塊(7)為風冷式冷卻器或水冷式冷卻器，所述冷卻模塊(7)通過接觸器與輔助電源(I)的輸出端相連。
6.根據權利要求5所述的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:所述接觸器的合/分閘線圈連接有中間繼電器，所述接觸器的合/分閘線圈、中間繼電器的觸點兩者串聯連接形成回路，所述接觸器的主觸點串聯連接有第一斷路器，所述冷卻模塊(7)依次通過所述接觸器的主觸點、第一斷路器與輔助電源(I)的輸出端相連，所述中間繼電器的合/分閘線圈與控制器(2)相連。
7.根據權利要求6所述的基于IGCT的直流網壓突變試驗裝置，其特征在于:所述輔助電源(I)包括AC380V輸出端和AC220V輸出端，所述冷卻模塊(7)依次通過所述接觸器的主觸點、第一斷路器與輔助電源(I)的AC380V輸出端相連；所述輔助電源(I)的AC220V輸出端分別設有第二斷路器、濾波器、控制電源模塊和與構成IGCT開關單元(3)的IGCT器件一一對應的驅動電源模塊，所述濾波器的輸入端通過第二斷路器與輔助電源的AC220V輸出端相連，所述濾波器的輸出端分別與所述接觸器的合/分閘線圈的控制回路、控制電源模塊以及驅動電源模塊相連，所述控制電源模塊的輸出端分別與控制器(2)、通信接口模塊(5)相連，所述驅動電源模塊的輸出端分別與構成IGCT開關單元(3)中對應的IGCT器件的驅動電源端相連。
【文檔編號】G01R31/00GK204044201SQ201420512139
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】婁卉芳, 許水平, 劉護林, 程浩 申請人:株洲時代裝備技術有限責任公司