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1、(10)申请公布号 CN 102882396 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 2 3 9 6 A *CN102882396A* (21)申请号 201210409518.1 (22)申请日 2012.10.24 H02M 7/40(2006.01) H02H 7/125(2006.01) (71)申请人株洲变流技术国家工程研究中心有 限公司 地址 412001 湖南省株洲市石峰区时代路 169号 (72)发明人陈洁莲 张敏 郭民 陈元初 陶洪亮 周成 曾秋生 吴强 黄燕艳 赵道德 卡格德尔鲁卡 田华贵 张玉平 黄一平 王海军 唐亚军 潘小雷 柳浩 (7。
2、4)专利代理机构上海硕力知识产权代理事务 所 31251 代理人王法男 (54) 发明名称 一种三旁通大功率整流电源及其控制方法 (57) 摘要 本发明公开了一种三旁通大功率整流电源及 其控制方法，装置包括：整流电路、晶闸管快速旁 通支路、机械开关旁通支路和控制系统，晶闸管快 速旁通支路和机械开关旁通支路均并联在整流电 路的直流侧，并位于负载的前端。控制系统分别与 整流电路、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通 支路相连。当装置发生故障或者负载需要正常泄 能时，控制系统切除装置的电源，并通过整流电路 的任意一条整流臂、晶闸管快速旁通支路和机械 开关旁通支路形成能量泄放回路。本发明可以在 整流电路正。
3、常关闭时或故障时为大电感负载提供 超大电流快速旁通转移，在保护负载的同时也保 护了电源，防止了负载能量对电源的冲击，应用安 全，可靠性高。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书8页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 8 页 附图 1 页 1/2页 2 1.一种三旁通大功率整流电源，其特征在于，包括：整流电路（1）、晶闸管快速旁通支 路（2）、机械开关旁通支路（3）和控制系统（4），所述晶闸管快速旁通支路（2）和机械开关旁 通支路（3）均并联在整流电路（1）的直流侧，并位于负载（5）的前端；所述控制系统（4）分 别与整流电。
4、路（1）、晶闸管快速旁通支路（2）和机械开关旁通支路（3）相连，控制系统（4） 实时检测整流电路（1）、晶闸管快速旁通支路（2）和机械开关旁通支路（3）的状态；当大功 率整流电源正常运行时，晶闸管快速旁通支路（2）、机械开关旁通支路（3）均处于不工作状 态；当大功率整流电源发生故障或者负载（5）需要正常泄能时，控制系统（4）切除大功率整 流电源的电源，并通过整流电路（1）的任意一条整流臂（8）、晶闸管快速旁通支路（2）和机 械开关旁通支路（3）形成能量泄放回路，保证大功率整流电源和负载（5）中存储的能量充 分消耗，保护负载（5）和大功率整流电源。 2.根据权利要求1所述的一种三旁通大功率整流电。
5、源，其特征在于：在负载（5）泄能放 电的过程中，控制系统（4）控制整流电路（1）的任意一条整流臂（8）、晶闸管快速旁通支路 （2）和机械开关旁通支路（3）旁通，在接收到控制命令后，整流电路（1）的整流臂（8）、外部 晶闸管快速旁通首先开通，而在机械开关旁通支路（3）开通之后，由机械开关旁通支路（3） 来承担负载（5）中电流的续流，形成能量泄放回路。 3.根据权利要求1或2所述的一种三旁通大功率整流电源，其特征在于：所述晶闸管 快速旁通支路（2）的晶闸管并联数根据晶闸管快速旁通支路（2）的开通时间和负载（5）的 初始电流进行选择。 4.根据权利要求3所述的一种三旁通大功率整流电源，其特征在于：所。
6、述机械开关旁 通支路（3）中的机械开关根据负载（5）的整个放电时间和经过晶闸管快速旁通支路（2）旁 通泄能后的电流进行选择。 5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种三旁通大功率整流电源，其特征在 于：所述三旁通大功率整流电源还包括总控屏（6）和负载系统（7），所述总控屏（6）与控制 系统（4）相连，所述负载系统（7）与总控屏（6）相连，当负载系统（7）发生故障时，负载系统 （7）通过总控屏（6）向控制系统（4）发出整流电路（1）、晶闸管快速旁通支路（2）和机械开 关旁通支路（3）旁通命令。 6.根据权利要求5所述的一种三旁通大功率整流电源，其特征在于：在所述晶闸管快 速旁通支路（2。
7、）和机械开关旁通支路（3）之间设置有逻辑联锁装置，逻辑联锁装置在晶闸 管快速旁通支路（2）和机械开关旁通支路（3）需要旁通时，发出联锁信号，防止晶闸管快速 旁通支路（2）的晶闸管未开通前，机械开关旁通支路（3）的机械开关闭合。 7.一种三旁通大功率整流电源控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 控制系统（4）实时检测整流电路（1）、晶闸管快速旁通支路（2）和机械开关旁通支路 （3）的状态；当大功率整流电源正常运行时，晶闸管快速旁通支路（2）、机械开关旁通支路 （3）均处于不工作状态；当大功率整流电源发生故障或者负载（5）需要正常泄能时，控制系 统（4）切除大功率整流电源的电源，并通过整流电路（1。
8、）的任意一条整流臂（8）、晶闸管快 速旁通支路（2）和机械开关旁通支路（3）形成能量泄放回路，完成旁通的过程，保证大功率 整流电源和负载（5）中存储的能量充分消耗，保护负载（5）和大功率整流电源。 8.根据权利要求7所述的一种三旁通大功率整流电源控制方法，其特征在于，当大功 率整流电源发生故障或者负载（5）需要正常泄能时，还进一步包括以下步骤： 权 利 要 求 书CN 102882396 A 2/2页 3 在负载（5）泄能放电的过程中，控制系统（4）控制整流电路（1）的任意一条整流臂（8）、 晶闸管快速旁通支路（2）和机械开关旁通支路（3）旁通，在接收到控制命令后，整流电路 （1）的整流臂（8。
9、）、外部晶闸管快速旁通首先开通，而在机械开关旁通支路（3）开通之后，由 机械开关旁通支路（3）来承担负载（5）中电流的续流，形成能量泄放回路。 9.根据权利要求7或8所述的一种三旁通大功率整流电源控制方法，其特征在于，所述 三旁通大功率整流电源控制方法还进一步包括以下步骤： 三旁通大功率整流电源还包括总控屏（6）和负载系统（7），当负载系统（7）发生故障 时，负载系统（7）通过总控屏（6）向控制系统（4）发出整流电路（1）、晶闸管快速旁通支路 （2）和机械开关旁通支路（3）旁通命令。 10.根据权利要求9所述的一种三旁通大功率整流电源控制方法，其特征在于：晶闸管 快速旁通支路（2）和机械开关旁。
10、通支路（3）旁通的过程还进一步包括以下步骤： 三旁通大功率整流电源还包括逻辑联锁装置，逻辑联锁装置在晶闸管快速旁通支路 （2）和机械开关旁通支路（3）需要旁通时，向晶闸管快速旁通支路（2）和机械开关旁通支 路（3）发出联锁信号，防止晶闸管快速旁通支路（2）的晶闸管未开通前，机械开关旁通支路 （3）的机械开关闭合。 权 利 要 求 书CN 102882396 A 1/8页 4 一种三旁通大功率整流电源及其控制方法 技术领域 0001 本发明涉及一种电源装置及其控制方法，具体涉及一种应用于大功率变流工业应 用领域的具有三旁通功能的整流电路及其控制方法。 背景技术 0002 整流电源是利用半导体器件。
11、的固有特性把交流电转化成直流电，提供大直流电 流、直流电压的装置。在大功率变流工业应用和科研试验中，经常有电感很大的感性负载或 储能型负载；为了确保整流系统的稳定运行和系统负载的安全，在系统正常关闭或系统发 生故障时必须对负载中储存的大量能量进行安全转移泄放。常用的方法是利用给储能负载 建立泄能回路让能量自动释放，该泄能回路常称为旁通回路。 0003 目前在大功率整流电路的工业应用中，负载能量转移或者泄放的方式中比较典型 的一般分为两类：一类是采用二极管或者可控半导体器件旁通续流方式；另一类是采用接 触器、断路器等开关装置组成机械开关旁通电路。在现有技术中主要有以下几篇文献与本 发明方案相近：。
12、 文献1为周君、陈滋健、钱立秀、江磊于2009年7月发表在电力电子技术第43卷第 7期的论文基于晶闸管的PSM模块Crowbar控制研究。该论文提出了基于晶闸管的脉冲 分级调制PSM模块Crowbar控制方法。在论文中描述了系统故障状态下晶闸管续流工作原 理，以及快速熔断器切断主电路与负载的保护机制。 0004 文献2为刘鹏飞、胡佑群、王跻、邢云龙、佘岳于2011年11月发表在电气制造 2011年第11期的论文应用于低电压穿越下Crowbar保护电路的分析。在该论文中提 出了一种旁路电阻型Crowbar 电路，该电路是在电网出现电压跌落时，通过功率开关器件 （IGBT）将旁路电阻连接到转子回路。
13、中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供了一个旁 路，从而达到限制大电流、保护励磁变流器的作用。 0005 在上述文献1和文献2中都提出了一些系统故障状态下保护整流主电路的方法， 采用晶闸管或者IGBT作为旁通电路的开关器件。受器件的影响，这种方法泄能电流较小 或者时间短，不适用于磁体负载等大电感负载系统中的负载泄能保护和主电路保护。在 现有技术1中提到的基于晶闸管的PSM（Pulse Skip Modulation，脉冲分级调制）模块的 Crowbar旁通方法，这种方法是在系统严重故障情况下及时撤除高压以保护系统设备和人 员安全。与传统引燃管Crowbar保护相比，中性束加速极电源系统在每个。
14、PSM 模块上并联 晶闸管作为快速旁路开关，在Crowbar动作后通过串联快速直流熔断器迅速切断电网与负 载的连接。其主要缺点有：（1）大电感负载在运行中，正常停机或者故障停机时负载电流很 大，基于晶闸管的PSM模块的Crowbar旁通方法电路是一次性的，当快速熔断器熔断时，系 统只能更换器件才能再次运行，应用成本高，可维护性差。（2）当磁体等大电感负载电流非 常大时，晶闸管器件的承受电流能力有限，工作时间不长，需要非常多的元件并联才能满足 大电流释放的要求，结构非常复杂，制造难度大，控制可靠性不高，成本较高。 0006 文献2提出了一种旁路电阻型Crowbar电路，该电路是在电网出现电压跌落。
15、时，通 说 明 书CN 102882396 A 2/8页 5 过功率开关器件将旁路电阻连接到转子回路中，这就为电网故障期间所产生的大电流提供 了一个旁路，从而达到限制大电流、保护励磁变流器的作用。该方法是将电网故障期间所产 生的大电流旁通到IGBT和旁路电阻支路中，在电流特别大（达到几十或者几百千安）且电压 达到数千伏的大功率系统中，基于目前的半导体器件水平，单个IGBT无法同时满足旁通支 路电流和电压等级要求，如果多个IGBT串并联适用则系统的旁通稳定性会降低，且成本将 大大增加。旁路电阻在功率，体积，散热等方面设计也困难。 发明内容 0007 本发明的目的是提供一种三旁通大功率整流电源及其。
16、控制方法，该装置及其控制 方法可以在整流电路正常关闭时或故障时为大电感负载提供超大电流快速旁通转移，在保 护负载的同时也保护了整流电路，防止了负载能量对整流电路的冲击，应用安全，可靠性极 高。 0008 为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种三旁通大功率整流电源的技术实 现方案，一种三旁通大功率整流电源，包括：整流电路、晶闸管快速旁通支路、机械开关旁通 支路和控制系统。晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路均并联在整流电路的直流侧， 并位于负载的前端。控制系统分别与整流电路、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路 相连，控制系统实时检测整流电路、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路的状态。当 。
17、大功率整流电源正常运行时，晶闸管快速旁通支路、机械开关旁通支路均处于不工作状态； 当大功率整流电源发生故障或者负载需要正常泄能时，控制系统切除大功率整流电源的电 源，并通过整流电路的任意一条整流臂、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路形成能 量泄放回路，保证大功率整流电源和负载中存储的能量充分消耗，保护负载和大功率整流 电源。 0009 作为本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法技术方案的进一步改进，在 负载泄能放电的过程中，控制系统控制整流电路的任意一条整流臂、晶闸管快速旁通支路 和机械开关旁通支路旁通。在接收到控制命令后，整流电路的整流臂、外部晶闸管快速旁通 首先开通，而在机械开关旁通。
18、支路开通之后，由机械开关旁通支路来承担负载中电流的续 流，形成能量泄放回路。 0010 作为本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法技术方案的进一步改进，晶 闸管快速旁通支路的晶闸管并联数根据晶闸管快速旁通支路的开通时间和负载的初始电 流进行选择。 0011 作为本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法技术方案的进一步改进，机 械开关旁通支路中的机械开关根据负载的整个放电时间和经过晶闸管快速旁通支路旁通 泄能后的电流进行选择。 0012 作为本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法技术方案的进一步改进，三 旁通大功率整流电源还包括总控屏和负载系统。总控屏与控制系统相连，负载系统与总控 屏。
19、相连，当负载系统发生故障时，负载系统通过总控屏向控制系统发出整流电路、晶闸管快 速旁通支路和机械开关旁通支路旁通命令。 0013 作为本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法技术方案的进一步改进，在 晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路之间设置有逻辑联锁装置。逻辑联锁装置在晶闸 说 明 书CN 102882396 A 3/8页 6 管快速旁通支路和机械开关旁通支路需要旁通时，发出联锁信号，防止晶闸管快速旁通支 路的晶闸管未开通前，机械开关旁通支路的机械开关闭合。 0014 本发明还另外具体提供了一种三旁通大功率整流电源控制方法的技术实现方案， 一种三旁通大功率整流电源控制方法，包括以下步骤：。
20、 控制系统实时检测整流电路、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路的状态；当大 功率整流电源正常运行时，晶闸管快速旁通支路、机械开关旁通支路均处于不工作状态；当 大功率整流电源发生故障或者负载需要正常泄能时，控制系统切除大功率整流电源的电 源，并通过整流电路的任意一条整流臂、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路形成能 量泄放回路，完成旁通的过程，保证大功率整流电源和负载中存储的能量充分消耗，保护负 载和大功率整流电源。 0015 作为本发明一种三旁通大功率整流电源控制方法技术方案的进一步改进，当大功 率整流电源发生故障或者负载需要正常泄能时，还包括以下步骤： 在负载泄能放电的过程中，控制系统控制。
21、整流电路的任意一条整流臂、晶闸管快速旁 通支路和机械开关旁通支路旁通。在接收到控制命令后，整流电路的整流臂、外部晶闸管快 速旁通首先开通，而在机械开关旁通支路开通之后，由机械开关旁通支路来承担负载中电 流的续流，形成能量泄放回路。 0016 作为本发明一种三旁通大功率整流电源控制方法技术方案的进一步改进，三旁通 大功率整流电源控制方法还包括以下步骤： 三旁通大功率整流电源还包括总控屏和负载系统，当负载系统发生故障时，负载系统 通过总控屏向控制系统发出整流电路、晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路旁通命 令。 0017 作为本发明一种三旁通大功率整流电源控制方法技术方案的进一步改进，晶闸管 快速。
22、旁通支路和机械开关旁通支路旁通的过程还包括以下步骤： 三旁通大功率整流电源还包括逻辑联锁装置，逻辑联锁装置在晶闸管快速旁通支路 和机械开关旁通支路需要旁通时，向晶闸管快速旁通支路和机械开关旁通支路发出联锁信 号，防止晶闸管快速旁通支路的晶闸管未开通前，机械开关旁通支路的机械开关闭合。 0018 通过实施上述本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法的技术方案，具有 以下技术效果： （1）本发明可以在整流电路正常关闭时或故障时，为大电感负载提供超大电流（几十千 安）快速旁通转移，在保护负载的同时也保护了整流电路，防止了负载能量对整流电路的冲 击； （2）本发明具有三旁通功能的整流电路为超大电流感。
23、性负载提供了一种稳定可靠的供 电和保护方式；大电感负载，如强磁场中的磁体线圈，聚变领域的超导磁体等是敏感和脆弱 的负载，且价格昂贵，本发明解决了大电感负载大量能量释放的问题； （3）本发明整流电路的某条晶闸管整流臂和外置晶闸管旁通在设计上作为互为备用回 路，即使其中一路损坏，也可以保证负载能量的快速续流，安全性高； （4）本发明晶闸管旁通和机械开关旁通的时序配合，避免了机械开关闭合时的高压拉 弧现象，增加了机械开关的使用寿命； （5）本发明具有三旁通功能的大功率整流电源同时兼顾负载大电流能量续流响应速度 说 明 书CN 102882396 A 4/8页 7 快，续流电流大的优点，应用安全、可靠。
24、性高； （6）本发明具有三旁通功能的大功率整流电源采用晶闸管旁通支路具备快速响应的特 点，弥补了机械开关导通时间上的缺陷，采用机械开关作为机械开关旁通支路，能承受超整 流电路中的超大负载电流。 附图说明 0019 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0020 图1是本发明三旁通大功率整流电源一种具体实施方式的电路原理框图； 图2是本发明三旁通大功率整流电源一种具体实施方。
25、式的系统控制结构框图； 图中：1-整流电路，2-晶闸管快速旁通支路，3-机械开关旁通支路，4-控制系统，5-负 载，6-总控屏，7-负载系统，8-整流臂。 具体实施方式 0021 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，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 他实施例，都属于本发明保护的范围。 0022 如附图1和附图2所示，给出了本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法 的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 002。
26、3 如附图1所示的一种三旁通大功率整流电源的具体实施方式，采用整流电路1的 任意一条整流臂8、晶闸管快速旁通支路2、机械开关旁通支路3相结合的三旁通电路设计， 应用于大功率整流电源系统。本发明一方面可以保证旁通回路动作的快速性，另一方面可 以保证大量能量的有效释放，从而保证了大功率整流电源系统和负载5的安全，可应用于 负载5为大电感特性的大功率电源系统中。三旁通大功率整流电源包括：整流电路1、晶闸 管快速旁通支路2、机械开关旁通支路3和控制系统4。整流电路1可以采用如三相全控桥 结构的整流电路。晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3均并联在整流电路1的直 流侧，并位于负载5的前端。晶闸管快速。
27、旁通支路2进一步包括晶闸管，机械开关旁通支路 3进一步包括机械开关。控制系统4分别与整流电路1、晶闸管快速旁通支路2和机械开关 旁通支路3相连。控制系统4实时检测整流电路1、晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁 通支路3的状态。当大功率整流电源正常运行时，晶闸管快速旁通支路2、机械开关旁通支 路3均处于不工作状态。当大功率整流电源发生故障或者负载5需要正常泄能时，控制系 统4切除大功率整流电源的电源，并通过整流电路1的任意一条整流臂8、晶闸管快速旁通 支路2和机械开关旁通支路3形成能量泄放回路，保证大功率整流电源和负载5中存储的 能量充分消耗，保护负载5和大功率整流电源。 0024 本发明三旁通大。
28、功率整流电源的工作原理是：当大功率整流电源正常运行时，晶 闸管快速旁通支路2、机械开关旁通支路3均处于不工作状态。当本发明所在的大功率整流 说 明 书CN 102882396 A 5/8页 8 系统发生故障或者感性负载5需要正常泄能时切除大功率整流电源。同时通过整流电路1 的某条晶闸管整流臂8、晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3形成能量泄放回路， 保证大功率整流电源及负载5中所存储的能量充分消耗，达到保护负载5和大功率整流电 源的目的。 0025 在负载5泄能放电的过程中，控制系统4控制整流电路1的任意一条整流臂8、晶 闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3旁通。在接收到控制命令后，整流。
29、电路1的整 流臂8、外部的晶闸管快速旁通支路2首先开通。而在机械开关旁通支路3开通之后，由机 械开关旁通支路3来承担负载5中电流的续流，形成能量泄放回路。 0026 本发明带三旁通功能的大功率整流电源关键在于旁通回路的设计。旁通回路的设 计要考虑以下几个方面的因素： （1）大功率整流电源的泄能响应速度； （2）负载5需要通过旁通电路释放的电流大小； （3）负载5电流的放电时间。 0027 放电时间的大小和负载5的阻抗有关，负载5放电过程的瞬时电流I可以用以下 公式表示： （1） 式子中，负载5的电阻值和电感值分别为R和L，负载5需要放电电流的起始值I 0 ，放 电时间为t。 0028 通过公式。
30、（1），计算可以获得大电感负载5的放电曲线。从曲线中可以看出，负载 5中的电流需要通过旁通电路释放，大约到T时间以后电流可以下降到初始电流I 0 的10%， 可以认为负载5和大功率整流电源安全。 0029 在负载5泄能放电过程中，控制系统4同时发出命令给整流电路1的晶闸管整流 臂8、晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3。由于机械开关旁通支路3的开关动作 时间为50-80ms，在接收到控制命令之后大功率整流电源整流电路1的某条晶闸管整流臂 8、晶闸管快速旁通支路2首先开通，晶闸管的开通响应时间为微秒级。由于晶闸管等半导 体器件本身的I 2 t特性的限制，晶闸管快速旁通支路2无法长时间承受浪涌。
31、电流，故在机械 开关旁通支路3开通之后主要由机械开关来承担负载5中电流的续流，形成泄能的旁通回 路。 0030 鉴于机械开关旁通支路3的机械开关开通时间一般在50-80ms以内，因此可以设 置晶闸管快速旁通支路2的晶闸管开通时间为T1=100ms（该值可以根据电源的需求进行调 整），在T1时间以后由机械开关旁通支路3进行泄能续流。采用T1时间和负载初始电流I 0 对晶闸管快速旁通支路2进行晶闸管并联数的选择和校验。晶闸管并联数的选择和校验标 准为：根据负载5电流的衰减特性（见公式1）和放电时间T1计算出在T1时间段内晶闸管 快速旁通支路2中晶闸管累计的电流平方时间值（I 2 t），通过对比晶闸。
32、管的电流平方时间值 （I 2 t）来确定实际设计晶闸管并联数，计算公式：。通过整个负载5的 电流放电时间T和经过T1时间晶闸管旁通泄能后的电流I 1 对机械开关旁通支路3进行设 说 明 书CN 102882396 A 6/8页 9 计选型。设计选型的标准为：根据负载5电流的衰减特性（见公式1）计算在T1-T时间段内 机械旁通支路3累计的电流平方时间值（I 2 t），以此来确定机械旁通支路的通流量参数，计 算公式如下： （2） 本发明采用以DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）+CPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂。
33、可编程逻辑器件）为控制核心的本地控制系统4对大功 率整流电源的整流电路1和包括晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3在内的旁通 电路进行逻辑控制，主要控制系统框图如附图2所示。 0031 在整个大功率整流电源和负载5正常运行过程中，晶闸管快速旁通支路2和机械 开关旁通支路3始终处于备用状态，控制系统4实时检测整流电路1、晶闸管快速旁通支路 2和机械开关旁通支路3的状态。当控制系统4检测到大功率整流电源故障或者感性负载 5需正常泄能时，将在毫秒级内同时发出旁通启动命令后给整流电路1的整流臂8、晶闸管 快速旁通支路2和机械开关旁通支路3。基于半导体器件的快速响应特性，整流电路1某条 整流臂8上的。
34、晶闸管回路和外部的晶闸管快速旁通支路2将在毫秒级时间内先开通，为负 载5提供大电流续流回路。因机械开关旁通支路3的阻抗远小于晶闸管快速旁通支路2，待 机械开关旁通支路3开通之后负载5的能量主要通过机械开关旁通支路3形成续流回路。 大功率整流电源的整流电路1的任意晶闸管整流臂8和外置的晶闸管快速旁通支路2在设 计上作为互为备用回路，即使其中某一路损坏，也可以保证负载5能量的快速续流，安全性 高。 0032 三旁通大功率整流电源还包括总控屏6和负载系统7。总控屏6与控制系统4相 连，负载系统7与总控屏6相连。当负载系统7发生故障时，负载系统7通过总控屏6向控 制系统4发出整流电路1、晶闸管快速旁通。
35、支路2和机械开关旁通支路3旁通命令。在晶闸 管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3之间设置有逻辑联锁装置。逻辑联锁装置在晶闸 管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3需要旁通时，发出联锁信号，防止晶闸管快速旁通 支路2的晶闸管未开通前，机械开关旁通支路3的机械开关闭合。保证机械开关旁通支路 3的机械开关不带电压闭合，不会引起高压拉弧现象。 0033 一种三旁通大功率整流电源控制方法的具体实施方式，包括以下步骤： 控制系统4实时检测整流电路1、晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3的状 态；当大功率整流电源正常运行时，晶闸管快速旁通支路2、机械开关旁通支路3均处于不 工作状态；当大功率整流电源发生故。
36、障或者负载5需要正常泄能时，控制系统4切除大功率 整流电源的电源，并通过整流电路1的任意一条整流臂8、晶闸管快速旁通支路2和机械开 关旁通支路3形成能量泄放回路，完成旁通的过程，保证大功率整流电源和负载5中存储的 能量充分消耗，保护负载5和大功率整流电源。 0034 本发明采用大功率整流电源整流电路1本身的整流臂8、外部的晶闸管快速旁通 支路2和机械开关旁通支路3通过控制系统4的配合，实现对负载5和整流电源双重保护。 大功率整流的整流电路1本身的整流臂8和晶闸管快速旁通支路2是利用晶闸管响应速度 快的可控半导体特性设计的快速续流电路。而机械开关旁通支路3是利用机械开关可耐超 大电流的特性，让负。
37、载5储能主要从机械开关续流泄放。具有三旁通功能的大功率整流装 说 明 书CN 102882396 A 7/8页 10 置的三个旁通支路之间采用软硬件控制，密切配合，续流响应时间快，续流能量大，控制稳 定可靠。 0035 当大功率整流电源发生故障或者负载5需要正常泄能时，还进一步包括以下步 骤： 在负载5泄能放电的过程中，控制系统4控制整流电路1的任意一条整流臂8、晶闸管 快速旁通支路2和机械开关旁通支路3旁通。在接收到控制命令后，整流电路1的整流臂 8、外部晶闸管快速旁通首先开通，而在机械开关旁通支路3开通之后，由机械开关旁通支 路3来承担负载5中电流的续流，形成能量泄放回路。 0036 三旁。
38、通大功率整流电源控制方法还进一步包括以下步骤： 三旁通大功率整流电源还包括总控屏6和负载系统7。当负载系统7发生故障时，负载 系统7通过总控屏6向控制系统4发出整流电路1、晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通 支路3旁通命令。 0037 晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3旁通的过程还进一步包括以下步 骤： 三旁通大功率整流电源还包括逻辑联锁装置，逻辑联锁装置在晶闸管快速旁通支路2 和机械开关旁通支路3需要旁通时，向晶闸管快速旁通支路2和机械开关旁通支路3发出 联锁信号，防止晶闸管快速旁通支路2的晶闸管未开通前，机械开关旁通支路3的机械开关 闭合。 0038 本发明提出的三旁通电路适用于具有。
39、感性负载特性（如磁体负载、电解铝中长母 线负载）的大功率整流系统，特别是电流（几十千安）和电压等级（几千伏）都很高的大功率 整流电源系统。三旁通电路响应时间快，根据晶闸管开关特性，采用晶闸管做快速旁通控制 器件，支路旁通控制时间可达到微秒级。本发明大功率整流电源由于采用三种旁通支路并 联可承受大电流的流通，能够满足超大电流或者超大功率系统的负载电流旁通和主电路保 护。在机械开关旁通支路3工作时，采用晶闸管旁通和机械开关旁通在开通时间上的时序 差别，有效地避免了机械开关旁通高压拉弧的风险。另外晶闸管快速旁通支路2的元件选 型方便，整个三旁通大功率整流电源成本低，电路原理简单，控制方式直接简单。 。
40、0039 本发明一种三旁通大功率整流电源及其控制方法的技术方案，具有如下优点： （1）本发明三旁通大功率整流电源可以在大功率整流电源正常关闭时或故障时，为大 电感负载5提供超大电流（几十千安）快速旁通转移，在保护负载5的同时也保护了电源的 主电路，防止了负载5能量对大功率电源的冲击； （2）本发明具有三旁通功能的大功率整流电源为超大电流感性负载5提供了一种稳定 可靠的供电和保护方式；大电感负载5，比如强磁场中的磁体线圈，聚变领域的超导磁体等 是敏感和脆弱的负载5，且价格昂贵， 本发明解决了大电感负载5大量能量释放的问题； （3）本发明三旁通大功率整流电源的某条晶闸管整流臂和外置晶闸管旁通在设计。
41、上作 为互为备用回路，即使其中一路损坏，也可以保证负载能量的快速续流，安全性高； （4）本发明晶闸管旁通和机械开关旁通的时序配合，避免了机械开关闭合时的高压拉 弧现象，增加了机械开关的试用寿命； （5）本发明具有三旁通功能的大功率整流装置同时兼顾负载大电流能量续流响应速度 快，续流电流大的优点，应用安全、可靠性高； 说 明 书CN 102882396 A 10 8/8页 11 （6）本发明采用晶闸管旁通支路具备快速响应的特点，弥补了机械开关导通时间上的 缺陷；采用机械开关作为机械开关旁通支路，能承受超大功率整流电源系统中超大负载电 流。 0040 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明 技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同 替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 说 明 书CN 102882396 A 11 1/1页 12 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102882396 A 12 。