專利名稱：一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大功率放電開關(guān)裝置，尤其是涉及一種應(yīng)用于大功率脈沖電 源等大功率脈沖開關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈沖功率技術(shù)和脈沖電流試驗(yàn)技術(shù)對放電開關(guān)提出了越來 越高的要求，如要求可靠性高、寬的工作范圍、較小的開關(guān)時延與抖動、使用壽命長等。傳統(tǒng)的機(jī)械開關(guān)由于控制響應(yīng)速度慢、觸發(fā)抖動大、在大電流下觸頭容易燒損、可 靠性和安全性差，因此很難作為大功率放電開關(guān)使用。晶閘管是一種能通過控制觸發(fā)導(dǎo)通 的電子開關(guān)，具有響應(yīng)速度快、損耗小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此，大功率放電開關(guān)可以采用晶 閘管元件串并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，使它能夠承受高電壓和大電流。光觸發(fā)晶閘管(Light Triggered Thyristor，簡稱LTT)是一種為高壓應(yīng)用而設(shè)計(jì) 開發(fā)的新型高壓大功率的半導(dǎo)體器件。光觸發(fā)晶間管采用直接光觸發(fā)方式，且內(nèi)部集成了 BOD功能，省去了觸發(fā)電路板和BOD (Break Over Diode，擊穿二極管)電路板，因此大大提高了其可靠性。本實(shí)用新型采用光觸發(fā)晶閘管作為放電開關(guān)元件，涉及半導(dǎo)體器件的安裝、傳熱、 固體及流體應(yīng)力分析、高壓絕緣配合等多方面的技術(shù)。特別是放電開關(guān)的機(jī)械安裝構(gòu)造方 法至關(guān)重要，只有采用合理的的機(jī)械安裝構(gòu)造方法，才能為放電開關(guān)的安全運(yùn)行和方便維 護(hù)提供有力保障。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，該實(shí)用新型可以 很好地克服現(xiàn)有傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)的控制響應(yīng)速度慢，觸發(fā)抖動大，在大電流下觸頭容易燒損， 可靠性和安全性差等缺陷，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、電氣性能好、免維護(hù)的基于光 觸發(fā)晶閘管元件的大功率放電開關(guān)裝置。本實(shí)用新型提供一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的具體實(shí)施方法， 一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，包括光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單 元、動態(tài)均壓RC回路單元和開關(guān)壓裝組件單元，光觸發(fā)晶間管單元包括一個以上相互串聯(lián) 的光觸發(fā)晶閘管元件；靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元與光觸發(fā)晶閘管單元并 聯(lián)連接；動態(tài)均壓RC回路單元包括吸收電容和動態(tài)吸收電阻，吸收電容和動態(tài)吸收電阻串 聯(lián)連接，開關(guān)壓裝組件起固定和連接光觸發(fā)晶間管單元、靜態(tài)均壓電阻單元、動態(tài)均壓RC 回路單元的作用。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，光觸發(fā)晶閘管單元包括光觸發(fā)晶閘管元件、 散熱塊和光纖，散熱塊緊貼光觸發(fā)晶閘管元件安裝，光纖的NC型耐高壓彎管端壓裝到光觸 發(fā)晶間管元件內(nèi)，另一端ST接頭連接至由激光二極管構(gòu)成的脈沖分配板等控制系統(tǒng)，脈沖 分配板將光觸發(fā)信號由低壓控制設(shè)備同步傳遞到每個光觸發(fā)晶間管元件上。[0009]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，靜態(tài)均壓電阻單元包括靜態(tài)均壓電阻和電阻 彎管，電阻彎管將靜態(tài)均壓電阻固定在相鄰的兩塊低感母線板之間，靜態(tài)均壓電阻采用無 感電阻，實(shí)現(xiàn)光觸發(fā)晶閘管元件的靜態(tài)均壓。靜態(tài)均壓電阻的阻值一般設(shè)為光觸發(fā)晶閘管 阻斷狀態(tài)等效阻值的1/4至1/5。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，動態(tài)均壓RC回路單元包括電阻彎管、吸收電 容、支持絕緣子和動態(tài)吸收電阻，動態(tài)均壓RC回路單元的吸收電容和動態(tài)吸收電阻串聯(lián)連 接后并聯(lián)至光觸發(fā)晶閘管正極和負(fù)極，動態(tài)吸收電阻通過電阻彎管固定在低感母線板上， 吸收電容通過支持絕緣子固定在低感母線板上。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，吸收電容和動態(tài)吸收電阻的另一個接線端均 采用二次高壓電纜分別連接到相鄰的上下兩塊低感母線板上，即并聯(lián)到單個光觸發(fā)晶閘管 元件的正負(fù)極，抑制光觸發(fā)晶閘管元件關(guān)斷時的過壓，同時實(shí)現(xiàn)動態(tài)均壓。作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的實(shí)施方式，開關(guān)壓裝組件單元包括螺母、壓板、螺桿和拉 板，光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元固定在螺桿上，同時通 過螺母將光觸發(fā)晶間管單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元壓裝在兩塊壓板 之間，拉板供吊裝和安裝光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元時 使用。螺桿進(jìn)一步為塑料螺桿，螺母進(jìn)一步為方形塑料螺母。通過應(yīng)用本實(shí)用新型實(shí)施方式所描述的一種光觸發(fā)晶閘管大功率放電開關(guān)裝置， 主要有以下優(yōu)點(diǎn)(1)由于光觸發(fā)晶閘管采用直接光觸發(fā)方式，且內(nèi)部集成了光敏觸發(fā)區(qū)、內(nèi)部過壓 保護(hù)器和內(nèi)置保護(hù)電阻，使其具有BOD保護(hù)功能，所以開關(guān)上免去了觸發(fā)電路板和BOD板， 這樣既簡化了放電開關(guān)結(jié)構(gòu)，又減少了電磁交互干擾，使可靠性大大提高。(2)采用低感母線板設(shè)計(jì)。低感母線板的四邊分別單獨(dú)安裝靜態(tài)均壓電阻單元、阻 尼電阻單元、吸收電容單元，設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)配置，實(shí)現(xiàn)了整個裝置的模塊化結(jié)構(gòu)并滿 足高壓電氣絕緣距離，而且，避免了以往復(fù)雜的電纜連接和電磁干擾。(3)采用的纖維加強(qiáng)塑料替代金屬螺栓緊固件技術(shù)，取消了以往技術(shù)中采用的高 壓絕緣套杯，避免了高壓套杯在使用中容易出現(xiàn)擊穿的現(xiàn)象，同時優(yōu)化了元件壓裝技術(shù)和 工藝效果。(4)模塊化設(shè)計(jì)。用同樣的零件可以裝配出不同電壓等級的開關(guān)，減少零件種類。
為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的主電路原理 圖；圖2是本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 一-主視圖；圖3是本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二-后視圖；圖4是本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖三-俯視圖；圖5是本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖四-左視圖；圖6是本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 四-立體圖；其中1-螺母，2-壓板，3-電阻彎管，4-靜態(tài)均壓電阻，5-低感母線板，6-光觸發(fā) 晶閘管元件，7-散熱塊，8-螺桿，9-吸收電容，10-光纖，11-支持絕緣子，12-動態(tài)吸收電 阻，13-拉板。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部 的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提 下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。作為本實(shí)用新型一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的具體實(shí)施方式
， 如圖1光觸發(fā)晶閘管大功率放電開關(guān)裝置的主電路原理圖所示，光觸發(fā)晶閘管大功率放電 開關(guān)裝置主電路主要包括光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元、動態(tài)均壓RC回路單元 和開關(guān)壓裝組件單元。每臺放電開關(guān)裝置包括若干個光觸發(fā)晶間管元件6串聯(lián)的光觸發(fā)晶 閘管單元；靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元與光觸發(fā)晶閘管單元并聯(lián)連接；開關(guān) 壓裝組件單元起固定和連接作用。其中，每一個光觸發(fā)晶間管單元都包括光觸發(fā)晶間管6， 靜態(tài)均壓電阻單元包括靜態(tài)均壓電阻4，動態(tài)均壓RC回路單元包括吸收電容9和動態(tài)吸收 電阻12。其中，靜態(tài)均壓電阻4和動態(tài)均壓RC回路單元均與光觸發(fā)晶閘管元件6并聯(lián)連 接，動態(tài)均壓RC回路單元包括吸收電容9和動態(tài)吸收電阻12，吸收電容9和動態(tài)吸收電阻 12串聯(lián)連接。如圖2至圖6基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖所示，基于 光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置主要包括光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元、動 態(tài)均壓RC回路單元和開關(guān)壓裝組件單元。光觸發(fā)晶閘管單元包括光觸發(fā)晶閘管元件6、散熱塊7和光纖10，散熱塊7緊貼光 觸發(fā)晶閘管元件6安裝，既可有效的增強(qiáng)元件的導(dǎo)電接觸面積，亦可提供模塊化結(jié)構(gòu)需要 的足夠散熱空間；光纖10的NC型(耐高壓直插式彎管型)耐高壓彎管端壓裝到光觸發(fā)晶閘 管元件6內(nèi)，另一端ST (卡接式圓型)接頭連接至由激光二極管構(gòu)成的脈沖分配板等控制 系統(tǒng)，此光纖的NC型耐高壓彎管的鋼管長度選型取決于光觸發(fā)晶閘管型號，高壓光纖的作 用是將光觸發(fā)信號由低壓控制設(shè)備傳遞到光觸發(fā)晶間管元件上，是理想的高、低壓電位隔 離器件，且具有長距離傳遞衰減小，不受電氣干擾和磁場干擾的優(yōu)點(diǎn)。靜態(tài)均壓電阻單元包括靜態(tài)均壓電阻4和電阻彎管3，電阻彎管3將靜態(tài)均壓電阻 4固定在相鄰的兩塊低感母線板之間，從而優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，避免了以往結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用二次電 纜實(shí)現(xiàn)靜態(tài)均壓電阻單元并聯(lián)到單個光觸發(fā)晶閘管單元的正負(fù)極；靜態(tài)均壓電阻4采用無感電阻，阻值約為光觸發(fā)晶閘管阻斷狀態(tài)等效阻值的幾分之一，一般為1/4 1/5，且功率 留有足夠大的裕量，用以實(shí)現(xiàn)可控硅的靜態(tài)均壓。動態(tài)均壓RC回路單元包括電阻彎管3、吸收電容9、支持絕緣子11和動態(tài)吸收電 阻12，支持絕緣子11的作用一是使吸收電容9接地(低感母線板上)；二是能夠起到固定動 態(tài)吸收電阻12的作用。動態(tài)均壓RC回路采用二次高壓電纜串聯(lián)連接，吸收電容9和動態(tài) 吸收電阻12的另一個接線端均采用二次高壓電纜分別連接到相鄰的上下低感母線板上， 即實(shí)現(xiàn)并聯(lián)到單個光觸發(fā)晶閘管單元的正負(fù)極，起有效抑制光觸發(fā)晶閘管元件6關(guān)斷時的 過壓，并起動態(tài)均壓作用。動態(tài)吸收電阻12和吸收電容9共同組成動態(tài)均壓網(wǎng)絡(luò)，均壓過 程主要是由吸收電容9完成的，串聯(lián)的各只可控硅開關(guān)速度不會完全一致，而會稍有差別， 吸收電容9上的電壓在靜態(tài)情況下數(shù)值相同，在開關(guān)過程中，由于電容上的電壓不能突變， 強(qiáng)迫各只可控硅上的壓降不會發(fā)生跳變，而電流不一致所造成的影響將由吸收電容9的充 放電進(jìn)行補(bǔ)償。開關(guān)壓裝組件單元主要包括螺母1、壓板2、螺桿8和拉板13等，整個放電開關(guān)裝 置經(jīng)過特殊的工藝設(shè)計(jì)，采用螺母1、壓板2、螺桿8實(shí)現(xiàn)對光觸發(fā)晶間管單元、靜態(tài)均壓電 阻單元、動態(tài)均壓RC回路單元的模塊化元件壓裝，螺母1采用方形螺母，螺桿8采用塑料螺 桿，拉板13是吊裝和供安裝使用的。此種方式采用塑料螺桿取代金屬雙頭螺桿，從而取消 了復(fù)雜工藝的高壓絕緣套杯結(jié)構(gòu)件，優(yōu)化了壓裝結(jié)構(gòu)，同時保證了整個開關(guān)裝置的光觸發(fā) 晶閘管單元能獲取有效的壓裝力及其他工藝要求。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和 潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在于包括光觸發(fā)晶閘管單 元、靜態(tài)均壓電阻單元、動態(tài)均壓RC回路單元和開關(guān)壓裝組件單元，光觸發(fā)晶間管單元包 括一個以上相互串聯(lián)的光觸發(fā)晶閘管元件(6)；靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元 與光觸發(fā)晶閘管單元并聯(lián)連接；動態(tài)均壓RC回路單元包括吸收電容(9)和動態(tài)吸收電阻 (12)，吸收電容(9)和動態(tài)吸收電阻(12)串聯(lián)連接；開關(guān)壓裝組件起固定和連接光觸發(fā)晶 閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元的作用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在 于所述的光觸發(fā)晶間管單元包括光觸發(fā)晶間管元件(6)、散熱塊(7)和光纖(10)，散熱塊 (7)緊貼光觸發(fā)晶間管元件(6)安裝，光纖(10)的耐高壓彎管端壓裝到光觸發(fā)晶間管元件 (6)內(nèi)，另一端接頭連接至由激光二極管構(gòu)成的脈沖分配板等控制系統(tǒng)，脈沖分配板將光觸 發(fā)信號由低壓控制設(shè)備同步傳遞到每個光觸發(fā)晶間管元件(6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在 于所述的靜態(tài)均壓電阻單元包括靜態(tài)均壓電阻(4)和電阻彎管(3)，電阻彎管(3)將靜態(tài) 均壓電阻(4)并聯(lián)在相鄰的兩塊低感母線板(5)之間，靜態(tài)均壓電阻(4)采用無感電阻，實(shí) 現(xiàn)光觸發(fā)晶閘管元件(6)的靜態(tài)均壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在 于所述的動態(tài)均壓RC回路單元包括電阻彎管(3)、吸收電容(9)、支持絕緣子(11)和動態(tài) 吸收電阻(12)，吸收電容(9)和動態(tài)吸收電阻(12)串聯(lián)連接后并聯(lián)至光觸發(fā)晶閘管正極和 負(fù)極，動態(tài)吸收電阻(12)通過電阻彎管(3)固定在低感母線板(5)上，吸收電容(9)通過支 持絕緣子(11)固定在低感母線板(5 )上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開 關(guān)裝置，其特征在于所述的吸收電容(9)和動態(tài)吸收電阻(12)的另一個接線端均采用二 次高壓電纜分別連接到相鄰的上下兩塊低感母線板(5)上，即并聯(lián)到單個光觸發(fā)晶間管元 件(6)的正負(fù)極，抑制光觸發(fā)晶閘管元件(6)關(guān)斷時的過壓，同時實(shí)現(xiàn)動態(tài)均壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在 于所述靜態(tài)均壓電阻(4)的阻值為光觸發(fā)晶閘管阻斷狀態(tài)等效阻值的1/4至1/5。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在 于所述的開關(guān)壓裝組件單元包括螺母(1)、壓板(2)、螺桿(8)和拉板(13)，光觸發(fā)晶閘管 單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元固定在螺桿(8)上，同時通過螺母(1)將光 觸發(fā)晶間管單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元壓裝在兩塊壓板(2)之間，拉 板(13)供吊裝和安裝光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元時使 用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，其特征在 于所述的螺桿(8)為塑料螺桿。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于光觸發(fā)晶閘管的大功率放電開關(guān)裝置，包括光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元、動態(tài)均壓RC回路單元和開關(guān)壓裝組件單元，光觸發(fā)晶閘管單元包括一個以上相互串聯(lián)的光觸發(fā)晶閘管元件；靜態(tài)均壓電阻單元和動態(tài)均壓RC回路單元與光觸發(fā)晶閘管單元并聯(lián)連接；動態(tài)均壓RC回路單元包括吸收電容和動態(tài)吸收電阻，吸收電容和動態(tài)吸收電阻串聯(lián)連接；開關(guān)壓裝組件起固定和連接光觸發(fā)晶閘管單元、靜態(tài)均壓電阻單元、動態(tài)均壓RC回路單元的作用。該實(shí)用新型的實(shí)施方式很好地克服了傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)的控制響應(yīng)速度慢，觸發(fā)抖動大，在大電流下觸頭容易燒損，可靠性和安全性差等缺陷。
文檔編號H02M1/32GK201839194SQ20102059996
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者劉彤, 呂順凱, 周方圓, 周靖, 張定華, 楊磊, 段世彥, 王衛(wèi)安, 王才孝, 譚勝武, 鄧建華, 馬雅青, 黃燕艷, 龍禮蘭 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司