基于单个igbt的双向桥式开关短路故障限流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于单个IGBT双向桥式开关的短路故障限流器，属于电源
技术领域。
【背景技术】
[0002] 在电力系统中，由于电网短路是常见的一种故障，造成的危害非常巨大，如何将电 网短路电流限制在一个合理的范围之内，成为当前电力网络设计的一个重要任务。最新采 用的方法是在敏感位置加装故障电流限流器。故障电流限流器，从原理上讲，可以采用各种 不同的器件和拓扑结构。例如有，串联L-C谐振式故障限流器，双IGBT开关的串联故障限 流器，饱和变压器耦合型故障限流器以及含自关断器件的桥式故障限流器等。不同的器件 和结构决定了他们有不同的应用和特点。
[0003] 由此可见，设计一个合理的短路故障限流器至关重要。最常用的结构为串联型限 流器，而目前限流桥中的开关大多是单向的，且对电流上升速度控制不是很好，有些是双 向开关短路限流器，但是采用的是双IGBT管结构，其控制电路和策略比较复杂，且电路在 IGBT通断切换时，支路电流的毛刺较大。
【发明内容】
[0004] 为了解决以上问题，本实用新型提出一种基于单个IGBT的双向桥式开关短路故 障限流器，在实现双向开关的同时，可以较好的改善支路电流毛刺的现象。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案如下：
[0006] 基于单个IGBT的双向桥式开关短路故障限流器，包括交流电源、双向桥式开关限 流器和负载，双向桥式开关限流器包括压敏电阻ZnO、电阻R2、电感LjPΗ桥式双向限流开 关，其中，电阻R2和电感L2串联后，与压敏电阻ΖηΟ和Η桥式双向限流开关形成并联结构， 该并联结构的一端与交流电源的一端连接，并联结构的另一端与负载相连接；所述Η桥式 双向限流开关包括二极管D、二极管Di、二极管D2、二极管D3、二极管D4、IGBT管Κ、电容C和 电感L1;其中，二极管D 正极与二极管D3的负极连接到交流电源的一端，二极管Di的负 极与二极管％的负极共同接到IGBT管K的集电极，电容C与IGBT管K并联，IGBT管K的 发射极与二极管D的负极相连，二极管D的正极接到二极管D3与二极管D4的正极，电感L1 与二极管D并联，二极管D2的正极与二极管D4的负极连接到负载。
[0007] 进一步地，所述IGBT管K的门极加入PWM脉冲信号。
[0008] 本实用新型提供的短路故障限流器，是采用单个IGBT来实现双向开关。通过在 IGBT上并联一个电容，可以较好的改善支路电流毛刺的现象，且在IGBT下方串入一个电感 可以抑制电流上升速度，并且在IGBT的门极加入PWM脉冲，可以通过改变PWM脉冲的占空 比来改变限流效果。本实用新型的硬件电路结构简单，具有高性价比和高可靠性，能广泛应 用和满足目前电力市场的需求。
[0009] 附图表说明
[0010] 图1是本实用新型的限流器主电路；
[0011] 图2是占空比和电流分流比之间的关系；
[0012] 图3是不同占空比下各支路电流的波形，（a)、（b)、（c)图分别取占空比20%、 40%^60% ；
[0013] 图4是桥外支路的阻抗角示意图；
[0014] 图5是实用新型的光耦隔离和全桥驱动电路图；
[0015] 图6(a)为纯电阻负载时的电压电流波形，（b)为感性负载的电压电流波形；
[0016] 图7 (a)为纯电阻负载时，电压波形谐波分布，（b)为感性负载时，电压波形的谐波 分量分布；
[0017] 图8 (a)为纯电阻负载时，电流的谐波分布，（b)为感性负载时，电流波形的谐波分 量分布。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图表和实例对本实用新型作进一步说明。
[0019] (1)主电路设计。本实用新型的双向桥式开关短路故障限流器电路图如图1所示。 基于单个IGBT双向桥式开关的短路故障限流器由电源、双向桥式开关限流器和负载构成。 在图1所示的限流器中，当IGBT器件导通时，限流器呈现的阻抗近似为零；当IGBT器件截 至时，限流桥呈现高阻抗。因此，可以通过控制IGBT的通、断，来确定负载电流是否通过限 流器。若在IGBT的门极加入PWM脉冲，并且改变脉冲信号的占空比，这样限流器的等效电 阻值就能改变，使流过限流电感L2的电流值发生改变，对整个电路而言就将具有灵活的限 流作用。在图1所示电路中，若选用如表1所示的1、2组电路参数，则占空比 〇和电流分 流比之间的关系如图2中的曲线1、2所示。
[0020] 表1限流器参数
[0021]
[0022] (2)控制方法及实现。本实用新型采用的方案是整个限流电路只有一个被控器件， 当检测电路检测到有断路或过电流故障时，根据故障的性质或短路电流的大小，进行灵活 处理。可以将桥式电路断开，以串入最大的限流阻抗，限制外部较大的短路电流，还可以， 采用一种类似于并联等效可变电阻的方法来限制过流或轻度短路电流，实现尽量将少故障 范围，保障用电安全的目的。
[0023] (3)驱动电路设计。驱动电路包括光耦隔离电路、全桥驱动电路两个部分。由控制 电路产生的PWM触发信号先接到光耦隔离模块，经电-光-电转化后再传输到全桥驱动模 块，最后的输出的PWM信号就可以直接触发电路中的IGBT管。
[0024] 本实用新型提供的基于单个IGBT双向桥式开关的短路故障限流器，包括电源、双 向桥式开关限流器和负载。正常工作时，开关闭合，限流器的接入不影响电源对负载的正常 供电，当控制电路检测到负载端有过流或发生断路时，控制电路将开关断开，电路中串入限 流电感，由于电感的接入使得回路阻抗变大，负载端的短路电流就受到限制，从而起到保护 作用。
[0025] 1.首先搭建如图1所示的实验主电路，用1个IGBT管并联一个电容、5个二极管 和一个电感构成一个Η桥式双向限流开关，Η桥式双向限流开关与限流电感和压敏电阻ZnO 并联构成限流器。
[0026] 压敏电阻ZnO的一端与交流电源的一端相连接，另一端与负载相连接，