煤矿井下紧急避险硐室快速断电固态开关研究

《煤矿井下紧急避险硐室快速断电固态开关研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、煤矿现代化2014年第1期总第118期煤矿井下紧急避险硐室快速断电固态开关的研究高彦，曹贯强。何大勇，周正宇，张云(中国矿业大学(北京)，北京100083)摘要本文首先理论推导出基于IGBT的中性点开关的全关断时间，然后利用Matlab／Simulink平台进行仿真验证，并将该方案与两相线路分别安装单相开关的方案进行对比，仿真结果证明，后者的关断时间相对前者缩短了O．1ms。关键词快速断电；IGBT；关断时间；MATLAB中图分类号：TM74文献标志码：A文章编号：1009—0797(2014)01—0044—04在煤矿井下采用普通电源和地

2、面钻孔电缆双回的最大关断时间为120s，即0．12mS。路供电方式下，发生煤矿事故时，利用快速断电开关下面理论计算中性点开关的全关断时问。“无缝”切换供电电源，保证供电系统在电源切换过将IGBT关断的时刻记为t=0，按图2所示为系程中产生的电弧、电火花不能引起瓦斯爆炸，为紧急统的等值回路，分析研究过渡过程。情况下避难硐室或救生舱中的人员安全提供保障。这要求快速断电开关的全关断时间小于lms。显然，普通的快速断电开关不能满足要求，鉴此提出了以基于IGBT的固态断路器为核心的快速断电开关。本图2IGBT关断时系统等值回路文对中性点开关方案和两相

3、线路分别安装单相开关根据此图可以写出微分方程：的方案进行了对比研究。LC。+RC。duc=X／~-El变压器中性点开关式中：L=、／L～；L_交流回路的等效电感，H；1．1理论分析R=、／丁R～+R0如图1所示，为中性点开关方案原理图，即将一R_交流回路的等效电阻，n；个三相星形接线的电力变压器二次侧的中性点引R放电限流电阻，n；出，通过一个开关装置来控制其接通和断开。C厂关断电容器的电容，F；图1所示电路由三相全波整流桥(D。一D)、u关断电容器的端电压，V。——式(1)的解为：广l_(U(t)=、v／3Ee一(Alsinpt+A2COS

4、pt)流过T2的电流即电容电流ic(t)为：NDlID2t'~iTz(t)=Coe一x／(6A】+BA2)+(BAl一8A23D4sin(pt一)(2)DSBtD6式中：8=，p=硼卫!图1中性点开关方案IGBT、辅助晶闸管rr2、限流电阻R以及关断电At亩[I’6C(X／~-Em+U’)]，容器c组成。桥的交流输入端分别接于变压器三相A2=一、／丁E副边线圈的末端(中性点)。当正常情况下IGBT被触qb=-tg-1，发导通时，变压器中性点被短接，变压器副边输出对称三相交流电。当电路发生故障时，停止给IGBT触T=R0Co发脉冲，同时给晶闸

5、管T：触发脉冲，IGBT逐渐关断，令iT2=0，贝0有：pt一=竹同时电流向T、R、c组成的缓冲回路过渡。这样，于是，t(盯+(b)／pSSCB的全关断时间为IGBT关断时间和晶闸管r’盯一tg--一旦：垫一关断时间之和。对于普通的IGBT，当结温为125℃t—(3)时，关断1500A的电流需要1680ns，极限考虑IGBT·44·煤矿现代化2014年第1期总第118期td=t1t(4)图4前半段表明，在正常情况下变压器副边输将电路的参数代入，便可求出T的关断时间t出三相对称的交流电，刚开始波形不对称是由于系及中性点开关的全关断时间。对于1

6、000kVA变压统到达稳定有一个过渡过程。在开关电路被触发后，器、660V系统，有：副边电流在极短时间内降至0，达到保护的目的，具L=0．587mH，R=O．047612，Co=10F，R=Em=398体关断时间参见下面分析。、／3V，I'am=650A图5的前半段也是系统的过渡过程，稳定后波贝0：t~r=0．605ms形良好。在0．0301s时保护装置给将IGBT的触发脉得中性点开关的全关断时间为：冲关断，将在0．03s附近的波形放大后发现，在不到ta=tl+e=O．12ms+0．605ms=0．725ms0．0302s的时刻流过IGBT

7、的电流已经降为0并一直1．2仿真验证维持为0。这样可知，IGBT的关断时间为不到根据分析，利用Matlab／Simulink平台搭建如下：0．0001s即0．1ms。此外，由图知流过IGBT的最大电流约为280A，稳定后流过的电流约为265A。a∞2oo1∞IOIO嘎们a眩覆03a咐图6流过晶闸管的电流波形图3中性点开关仿真模型如图3，正常情况下电流经IGBT流过。发生故障时，去掉IGBT的脉冲同时给晶闸管触发脉冲，电路中电流逐渐减小为0。图3中为1000kVA变压器、660V系统、350kW负载(感性无功功率为100var，无容性无功)。

8、在O．O001s时给IGBT触发脉冲，IGBT导通，变压图7晶闸管电流波形局部放大器副边输出三相对称交流电。假设在某时刻电路发生如图6，在0．0301s时刻将IGBT的触发脉冲去