本發(fā)明涉及一種保護裝置，具體涉及一種雙向變流器短路電流整流器件保護裝置，屬于軌道交通供電裝置技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在軌道交通系統(tǒng)中，牽引供電作為核心和動力源，在整體系統(tǒng)處于極其關(guān)鍵的地位。目前，城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)仍普遍采用二極管整流機組供電的方式，該供電方式存在著如下缺點：1、輸出直流電壓波動大； 2、無法處理再生制動能量：3、系統(tǒng)功率因數(shù)不可控；由全控型電力電子器件IGBT構(gòu)成的大功率牽引供電雙向變流器可徹底解決上述二極管整流機組存在的缺點。

由于軌道牽引供電裝置應(yīng)用的特殊性，在使用過程中不可避免的將發(fā)生直流側(cè)短路的故障。當直流側(cè)短路發(fā)生時，IGBT由內(nèi)部保護必然進入封鎖狀態(tài)，此時短路電流均從模塊中的反并聯(lián)續(xù)流二極管流過。在直流側(cè)短路發(fā)生時為保證直流開關(guān)對直流故障點的檢測功能，需要求雙向變流器在封鎖脈沖后不能為了保護自身的功率器件而立即發(fā)出輸入輸出側(cè)的跳閘指令，即要求功率器件需滿足短路電流的長時耐受要求。由于IGBT與整流器件的機構(gòu)差異性，IGBT的續(xù)流二極管I²t參數(shù)將遠遠不能滿足短路電流耐受的要求，若不采取措施功率器件IGBT將因為熱效應(yīng)而出現(xiàn)受損甚至損壞的現(xiàn)象。由于軌道牽引供電裝置不可避免的發(fā)生短路故障，雖然雙向變流器能解決二極管整流器存在的缺點，但若無法解決短路時功率器件的耐受問題，雙向變流器將無法在工業(yè)應(yīng)用中得到推廣。針對該問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一直嘗試新的方案，但是該問題一直沒有得到妥善解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種雙向變流器短路電流整流器件保護裝置，該技術(shù)方案提供一種雙向變流器功率單元用于完成直流穩(wěn)壓輸出、制動能量回饋、系統(tǒng)無功補償?shù)墓δ埽辉摷夹g(shù)方案提供一種用于雙向變流器功率單元直流短路時分流短路電流的耐受裝置用以保護功率器件IGBT，其次是耐受裝置可以承受短路電流不損壞，保證可靠的安裝在功率單元內(nèi),不需增加功率單元的體積。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種雙向變流器短路電流整流器件保護裝置，其特征在于，所述保護裝置包括一套整流器件，功率器件IGBT、鉗位二極管以及支撐電容，所述整流器件(D1-D4)與功率器件IGBT并聯(lián)，組成兩組不控整流橋臂，所述支撐電容與功率器件IGBT并聯(lián)。

作為本實用新型的一種改進，所述整流器件包括整流器件D1、D2、D3、D4，其中整流器件D1、D2 、D3、D4均與IGBT并聯(lián), 整流器件D1、D2 、D3、D4的一端連接于直流母線,另一端連接于交流進線AC。

作為本實用新型的一種改進，所述支撐電容包括支撐電C13和支撐電容C14，所述支撐電C13和支撐電容C14與功率器件IGBT并聯(lián)；所述鉗位二極管包括D11、D12、D21、D22。

作為本實用新型的一種改進，所述功率器件IGBT包括1#IGBTA1、1#IGBTA2、1#IGBTA3、1#IGBTA4、2#IGBTA1、2#IGBTA2、2#IGBTA3、2#IGBTA4，其中1#IGBTA2、1#IGBTA3設(shè)置在1#IGBTA1和1#IGBTA4之間，2#IGBTA2、2#IGBTA3設(shè)置在2#IGBTA1和2#IGBTA4之間；并且鉗位二極管D11與功率器件 1#IGBTA2并聯(lián)，鉗位二極管D12與功率器件 1#IGBTA3并聯(lián)，鉗位二極管D21與功率器件2#IGBTA2并聯(lián)，鉗位二極管D22與功率器件2#IGBTA3并聯(lián)。

作為本實用新型的一種改進，所述整流器件D1、D2 、D3、D4的連接直流母線的阻抗值小于0.1mΩ。

作為本實用新型的一種改進，整流器件內(nèi)阻r_T= 0.253mΩ。

作為本實用新型的一種改進，整流器件的連接選用3mm銅排直接壓接的方式，保證了壓接的可靠性。

一種雙向變流器短路電流整流器件保護裝置，其工作步驟如下：步驟1,雙向變流器正常工作時提供由功率器件IGBT即1#IGBTA1-1#IGBTA4、2#IGBTA1-2#IGBTA4、鉗位二極管D11、D12、D21、D22及支撐電容C13、C14觸發(fā)完成直流穩(wěn)壓輸出、直流能量回饋、系統(tǒng)無功補償；步驟2,當出現(xiàn)短路故障時IGBT即1#IGBTA1-1#IGBTA4、2#IGBTA1-2#IGBTA4保護封鎖脈沖；步驟3,直流側(cè)短路故障未解除,短路電流由整流器件D1-D4及IGBT續(xù)流二極管并聯(lián)提供；步驟4,整流器件D1-D4回路內(nèi)阻遠小于IGBT續(xù)流二極管內(nèi)阻,大部分的短路電流均由整流器件D1-D4回路流過,IGBT續(xù)流二極管僅承受很小的電流。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點，1）該技術(shù)方案整體設(shè)計巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊；2）該技術(shù)方案中的雙向變流器短路電流整流器件保護裝置使得雙向變流器兼具了二極管整流器大電流耐受能力強的優(yōu)點,也解決了二極管整流器輸出直流電壓波動大、無法處理再生制動能量、系統(tǒng)功率因數(shù)不可控的缺點,3）該技術(shù)方案中的整流器件僅在IGBT觸發(fā)脈沖封鎖后才有電流通過,時間也較短,因此也無需安裝散熱器,很小的空間即可安裝,整流器件直接安裝在功率單元內(nèi)即可,無需單獨增加柜體,減少了安裝的體積；4）該技術(shù)方案成本較低，便于大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為整個保護裝置的電氣連接原理圖；

圖2為本發(fā)明通斷狀態(tài)示意圖；

圖3是整流器件分流實測波形圖，其中 2#通道為交流進線電流，3#通道為整流器件電流。

圖中：整流器件：D1-D4，功率器件：1#IGBTA1-1#IGBTA4、2#IGBTA1-2#IGBTA4，鉗位二極管：D11、D12、D21、D22，支撐電容：C13、C14。

具體實施方式：

為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖對本實施例做詳細的說明。

實施例1：參見圖1，一種雙向變流器短路電流整流器件保護裝置，所述保護裝置包括一套整流器件D1-D4，功率器件IGBT即1#IGBTA1-1#IGBTA4、2#IGBTA1-2#IGBTA4、鉗位二極管D11、D12、D21、D22以及支撐電容C13、C14，所述整流器件D1-D4與功率器件IGBT并聯(lián)，組成兩組不控整流橋臂，所述支撐電容與功率器件IGBT并聯(lián)；所述整流器件包括整流器件D1、D2、D3、D4，其中整流器件D1、D2 、D3、D4均與IGBT并聯(lián), 整流器件D1、D2 、D3、D4的一端連接于直流母線,另一端連接于交流進線AC，所述支撐電容包括支撐電C13和支撐電容C14，所述支撐電C13和支撐電容C14與功率器件IGBT并聯(lián)；所述鉗位二極管包括D11、D12、D21、D22，所述功率器件IGBT包括1#IGBTA1、1#IGBTA2、1#IGBTA3、1#IGBTA4、2#IGBTA1、2#IGBTA2、2#IGBTA3、2#IGBTA4，其中1#IGBTA2、1#IGBTA3設(shè)置在1#IGBTA1和1#IGBTA4之間，2#IGBTA2、2#IGBTA3設(shè)置在2#IGBTA1和2#IGBTA4之間；并且鉗位二極管D11與D12串聯(lián)后并聯(lián)與功率器件 1#IGBTA2、1#IGBTA3兩端，鉗位二極管D21與D22串聯(lián)后并聯(lián)與功率器件 2#IGBTA2、2#IGBTA3兩端。該技術(shù)方案可以有效的保證短路電流由整流器件流過，使得流過IGBT續(xù)流二極管的電流降低在可承受的范圍內(nèi)，有效的保護IGBT不受損傷，所加裝的整流器件僅在IGBT封鎖觸發(fā)脈沖后才有電流流過，且短路故障切除時間不允許超過1s鐘，因此無需另外對整流器件加裝散熱裝置，減少了安裝體積。

實施例2：參見圖1，作為本實用新型的一種改進，所述整流器件D1、D2 、D3、D4的連接直流母線的阻抗值小于0.1mΩ，這樣可以保證直流側(cè)短路時的大電流耐受，其正常工作狀態(tài)時功率器件IGBT正常觸發(fā),用于完成直流穩(wěn)壓輸出、制動能量回饋、系統(tǒng)無功補償，此時負載電流主要由IGBT回路觸發(fā)控制調(diào)節(jié)。

實施例3：參見圖1，圖2是雙向變流器短路電流耐受保護裝置的工作原理圖，此時直流側(cè)發(fā)生短路故障,由于IGBT的保護響應(yīng)時間較短,IGBT封鎖觸發(fā)脈沖,即IGBT處在斷路狀態(tài),由于短路點依然存在,此時短路電流主要由整流器件D1-D4、1#IGBTA1-1#IGBTA4及2#IGBTA1-2#IGBTA4提供，由于IGBT與整流器件的機構(gòu)差異性，IGBT的續(xù)流二極管I²t參數(shù)較小，無法承受長時的大電流耐受，因此此時短路電流主要由內(nèi)阻較小的整流器件D1-D4提供。為保證該工況下的大電流主要由整流器件D1-D4提供，應(yīng)采取以下措施：1）整流器件應(yīng)滿足I²t=6125kA²s，整流器件內(nèi)阻r_T= 0.253mΩ，2）整流器件的連接選用3mm銅排直接壓接的方式，保證了壓接的可靠性。

工作原理：參見圖1、圖2、圖3，一種雙向變流器短路電流整流器件保護裝置，其工作步驟如下：步驟1,雙向變流器正常工作時提供由功率器件IGBT即1#IGBTA1-1#IGBTA4、2#IGBTA1-2#IGBTA4、鉗位二極管D11、D12、D21、D22及支撐電容C13、C14觸發(fā)完成直流穩(wěn)壓輸出、直流能量回饋、系統(tǒng)無功補償；步驟2,當出現(xiàn)短路故障時IGBT即1#IGBTA1-1#IGBTA4、2#IGBTA1-2#IGBTA4保護封鎖脈沖；步驟3,直流側(cè)短路故障未解除,短路電流由整流器件D1-D4及IGBT續(xù)流二極管并聯(lián)提供；步驟4,整流器件D1-D4回路內(nèi)阻遠小于IGBT續(xù)流二極管內(nèi)阻,大部分的短路電流均由整流器件D1-D4回路流過,IGBT續(xù)流二極管僅承受很小的電流。圖3是短路時大電流分流實測波形,從波形可以看出，當短路發(fā)生時，示波器2#通道檢測交流進線電流為6.81kA，示波器3#通道檢測整流器件的電流為6.63kA，IGBT的電流僅為6.81-6.63=0.18kA，即增加整流器件后，當短路發(fā)生時依靠整流器件強大的I²t熱容可以有效的保護IGBT不會承受大電流的沖擊，既可以保護整流器件不受損傷亦可保證IGBT不會損壞。

本發(fā)明還可以將實施例2、3所述技術(shù)特征的至少一個與實施例1組合形成新的實施方式。

需要說明的是上述實施例，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上所作出的等同變換或替代均落入本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍。