一种无功补偿晶闸管的保护电路及晶闸管投切开关的制作方法

1.本实用新型涉及无功补偿技术领域，更具体的说是，涉及一种无功补偿晶闸管的保护电路及晶闸管投切开关。


背景技术：

2.无功补偿在电力技术的应用中占有重要地位。由于在我们的生活中感性负载无处不在，在电网电力的传输过程中占用了宝贵的电网容量，增加了线损。为此，需要在用户端(例如生活小区、工厂园区等终端用电场所)对感性无功进行补偿，方法是：接入容性无功，通常由无功补偿电容器完成该任务(当然，也有不用电容器的技术方案，当前还不是主流，不属于本案涉及的技术范畴)。
3.众所周知，电容器投入的瞬间相当于短路，如果不采取技术措施，将会形成较大的过电流，称之为“涌流”。为此，一般在投入电容器时，常采用电压过零投切技术，即在晶闸管两端电压过零时接入电容器，这样就不会产生涌流或产生的涌流很小，电路可以承受。接入电容器的工作通常由晶闸管(俗称可控硅)完成，也可以由专用投切接触器完成，但后者通常不具有过零投切能力，虽然经过一些技术手段限制涌流，但仍会产生较大的涌流。不过，这种涌流可控制在器件允许的技术指标要求之内。本案讨论的保护模块主要是针对采用晶闸管作为开关器件的投切开关，业界称之为tsc(thyristor switched capacitor：晶闸管投切电容器)。
4.晶闸管具有用弱电控制强电的特点，但晶闸管的抗过载能力较差，尤其是抗过压骚扰的能力。当电网中含有高次谐波、浪涌、群脉冲等干扰时，由于dv/dt电压变化率技术指标的限制，可能导致晶闸管不再受门极控制而产生误触发，以浪涌为代表的过电压还可能致晶闸管永久性损坏，在实际应用中这类案例屡见不鲜，这将严重影响正常的工业生产和人们的生活。
5.通常对晶闸管的保护最简单的办法是采用图1所示的rc阻容吸收保护电路，这种方案使用简单，成本低，虽不完善，却也有效果，因而得以广泛应用。
6.晶闸管投切开关有共补、分补之分，前者是指针对三相三角形接法的补偿电容器同时投切，后者则可以对星形接法的电容器每相分别投切，以满足不平衡工况的补偿要求。共补晶闸管投切开关的接线图如图2所示，因为是同步补偿，为节约成本，通常l2相直通，开关仅切断l1、l3相即可达到断开三相电容器的目的，这点和分补不同。分补为了做到三相分别控制，需要有三个控制开关(共补只有一个)，而且三个电容器采用有n线(中线)的星形接法。
7.rc阻容保护吸收电路通常并联在反并联晶闸管模块的两端。但共补晶闸管投切开关和分补投切开关在工作特性上有一个显著的不同，那就是当投切开关在控制信号的控制下退出投切时，因反并联晶闸管模块是在电流过零点自动关断的，l1、l3相两个晶闸管模块流过的电流相位相差240
°
(正序情况下)，这将导致两者无法同时关断，而线电压将通过未关断的晶闸管模块及l2相向已关断晶闸管所在相的电容器继续充电，从而导致关断晶闸管
模块两端的直流电压继续升高(当然也可能逐渐趋向于0v，方向是随机的)，达到vdc处(参考图4)，再加上叠加在上面的交流电压，关断晶闸管模块两端的电压峰值vmax可高达1300v以上，甚至致电压过零点消失，如图4所示。由于切除时刻的随机性，vmax的值是随机的，并非总能达到如此高的峰值电压。这就要求rc阻容吸收保护电路的耐压必须至少达到该值方可使用。需要说明的是，分补开关因为三相独立控制，且有n线，并不会出现上述的电容器切除“充电”现象，因此，对rc保护吸收模块的要求要低得多。因此，普通的rc阻容吸收保护电路并不能直接用于共补晶闸管投切开关晶闸管模块的保护，而是要大幅度提高保护器件的耐压值。
8.rc阻容吸收保护电路可以降低dv/dt的值，可以保护晶闸管不易引起误触发。但浪涌过压、群脉冲等过压骚扰的抑制用rc阻容吸收保护电路是无能为力的。通常的做法是采用压敏电阻浪涌保护器，这同样会面临元件高耐压的问题。
9.本实用新型为了克服上述难点，提供了一种保护电路，可以很好地解决共补晶闸管开关晶闸管模块的保护问题，具有成本低、工作可靠、易于实施的特点。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的是提供一种无功补偿晶闸管的保护电路及晶闸管投切开关。
11.本实用新型要解决的是传统晶闸管投切开关存在的问题。
12.与现有技术相比，本实用新型技术方案及其有益效果如下：
13.一种无功补偿晶闸管的保护电路，包括：过压保护电路，所述过压保护电路并联于晶闸管的两端；阻容保护吸收电路，所述阻容保护吸收电路并联于所述过压保护电路的两端。
14.作为进一步改进的，所述阻容保护吸收电路包括：第一电阻，所述第一电阻的一端连接于所述晶闸管的输出端；第二电阻，所述第二电阻的一端连接于所述第一电阻的另一端；第一分电路，所述第一分电路的一端连接于所述第二电阻的另一端；第二分电路，所述第二分电路的一端连接于所述第一分电路的另一端，所述第二分电路的另一端连接于所述晶闸管的输入端。
15.作为进一步改进的，所述第一分电路包括：第一电容，所述第一电容连接于所述第二电阻远离所述第一电阻的一端；第三电阻，所述第三电阻并联于所述第一电容的两端。
16.作为进一步改进的，所述第二分电路包括：第二电容，所述第二电容连接于所述第一电容远离所述第二电阻的一端；第四电阻，所述第四电阻并联于所述第二电容的两端。
17.作为进一步改进的，所述过压保护电路包括：保险丝，所述保险丝一端连接于所述晶闸管的输出端；第三分电路，所述第三分电路的一端连接于所述保险丝的另一端；第四分电路，所述第四分电路的一端连接于所述第三分电路的另一端，所述第四分电路的另一端连接于所述晶闸管的输入端。
18.作为进一步改进的，所述第三分电路包括：第一压敏电阻，所述第一压敏电阻连接于所述保险丝；第五电阻，所述第五电阻并联于所述第一压敏电阻的两端。
19.作为进一步改进的，所述第四分电路包括：第二压敏电阻，所述第二压敏电阻连接于所述第一压敏电阻远离所述保险丝的一端；第六电阻，所述第六电阻并联于所述第二压敏电阻的两端。
20.作为进一步改进的，所述第一压敏电阻的型号为14d781k。
21.作为进一步改进的，所述第二压敏电阻的型号为14d781k。
22.一种晶闸管投切开关，包括所述的一种无功补偿晶闸管的保护电路。
23.本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的一种无功补偿晶闸管的保护电路，对共补晶闸管开关中的晶闸管模块(当然也适用于分补开关)，既可提供尖峰电压吸收保护，又能起到对浪涌、群脉冲等过电压的保护，设计简单，实用性强，性能可靠。
附图说明
24.图1是背景技术的晶闸管的保护电路图。
25.图2是本实用新型实施例提供的晶闸管投切开关的接线图。
26.图3是本实用新型实施例提供的一种无功补偿晶闸管的保护电路图。
27.图4是本实用新型实施例提供的一种无功补偿晶闸管的保护电路的波形示意图。
28.图5是本实用新型实施例提供的一种无功补偿晶闸管的保护电路的结构示意图。
29.图中：1.过压保护电路
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fu1.保险丝
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11.第三分电路
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mov1.第一压敏电阻
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r5.第五电阻
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12.第四分电路
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mov2.第二压敏电阻
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r6.第六电阻
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2.阻容保护吸收电路
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r1.第一电阻
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r2.第二电阻
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21.第一分电路
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c1.第一电容
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r3.第三电阻
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22.第二分电路
34.c2.第二电容
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r4.第四电阻
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3.晶闸管
具体实施方式
35.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
36.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.参照图2至图5所示，一种无功补偿晶闸管的保护电路，包括：过压保护电路1，所述过压保护电路1并联于晶闸管3的两端；阻容保护吸收电路2，所述阻容保护吸收电路2并联于所述过压保护电路1的两端。
38.参照图3所示，所述阻容保护吸收电路2包括：第一电阻r1，所述第一电阻r1的一端连接于所述晶闸管3的输出端；第二电阻r2，所述第二电阻r2的一端连接于所述第一电阻r1的另一端；第一分电路21，所述第一分电路21的一端连接于所述第二电阻r2的另一端；第二
分电路22，所述第二分电路22的一端连接于所述第一分电路21的另一端，所述第二分电路22的另一端连接于所述晶闸管3的输入端。
39.参照图3所示，所述第一分电路21包括：第一电容c1，所述第一电容c1连接于所述第二电阻r2远离所述第一电阻r1的一端；第三电阻r3，所述第三电阻r3并联于所述第一电容c1的两端。
40.参照图3所示，所述第二分电路22包括：第二电容c2，所述第二电容c2连接于所述第一电容c1远离所述第二电阻r2的一端；第四电阻r4，所述第四电阻r4并联于所述第二电容c2的两端。
41.参照图3所示，所述过压保护电路1包括：保险丝fu1，所述保险丝fu1一端连接于所述晶闸管3的输出端；第三分电路11，所述第三分电路11的一端连接于所述保险丝fu1的另一端；第四分电路12，所述第四分电路12的一端连接于所述第三分电路11的另一端，所述第四分电路12的另一端连接于所述晶闸管3的输入端。
42.参照图3所示，所述第三分电路11包括：第一压敏电阻mov1，所述第一压敏电阻mov1连接于所述保险丝fu1；第五电阻r5，所述第五电阻r5并联于所述第一压敏电阻mov1的两端。
43.参照图3所示，所述第四分电路12包括：第二压敏电阻mov2，所述第二压敏电阻mov2连接于所述第一压敏电阻mov1远离所述保险丝fu1的一端；第六电阻r6，所述第六电阻r6并联于所述第二压敏电阻mov2的两端。
44.所述第一压敏电阻mov1的型号为14d781k。所述第二压敏电阻mov2的型号为14d781k。
45.一种晶闸管投切开关，包括所述的一种无功补偿晶闸管的保护电路。
46.本实用新型提供的一种无功补偿晶闸管的保护电路的工作原理为：
47.阻容保护吸收电路2的工作原理：参照图3所示电路图，rc阻容保护吸收电路2中，r1和r2串联，本案采用27ω/3w的功率电阻，主要是提高电阻的短时耐压冲击能力；安规电容c1、c2可工作于交流回路，其电容量可根据需要选取，每个电容的短时1分钟耐压可达1500vac，将两个串联使用后，应对1300vpk的峰值电压毫无压力。为确保每个电容上的分压是均匀的，c1、c2分别并联1mω/3w的均衡电阻。事实上，每个补偿电容器均并有放电功率电阻，在停止投切后，直流电压vdc将逐渐趋于0v，不会一直持续，如图4所示开关投入前的电压波形。
48.过压保护电路1的工作原理：该电路采用两个氧化锌压敏电阻mov1、mov2串联使用，规格为14d781，两个串联后保护电压大约在1560v，对于耐压1800v的晶闸管模块，这个保护是安全的。压敏电阻作为浪涌保护器件，对施加在其两端的电压更为敏感，均衡电阻r5和r6(本案取值1mω/3w)分别并联于压敏电阻mov1、mov2的两端，使得两者得到的分压几乎相等，可使压敏电阻拥有最佳的工作特性；压敏电阻的使用会随着冲击次数的增加性能逐渐趋于劣化，寿命终结时通常呈短路状态，为确保投切开关的正常工作不受保护模块性能的影响，该支路设有一个3a的保险丝fu1，一旦压敏电阻短路，工频电流将使保险丝fu1很快熔断，从而断开过电压保护支路。
49.综上所述，本案所述的无功补偿晶闸管的保护电路，对共补晶闸管开关中的晶闸管模块(当然也适用于分补开关)，既可提供尖峰电压吸收保护，又能起到对浪涌、群脉冲等
过电压的保护，设计简单，实用性强，性能可靠。
50.本实施例的工作原理和工作过程等内容可以参照前述实施例相应内容。
51.以上实施例仅用以解释说明本实用新型的技术方案而非对其限制。本领域技术人员应当理解，未脱离本实用新型精神和范围的任何修改和等同替换，均应落入本实用新型权利要求的保护范围中。