CN101834075A

CN101834075A - 电弧取样灭弧控制装置

Info

Publication number: CN101834075A
Application number: CN201010200651A
Authority: CN
Inventors: 郭桥石
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2010-09-15

Abstract

本发明电弧取样灭弧控制装置属于电开关领域，特别是一种适合于对各种桥接触点结构及类似结构的机械触点电子灭弧电路中应用。在机械触点触桥与静触点端之间或机械触点触桥与触桥之间，并联取样回路，由取样回路输出端输出信号作为灭弧控制信号。机械触点接通分断的工作过程中，通过触桥相对于两端静触点端或触桥相对触桥之间存在的电位差变化，由此电压驱动取样回路输入端，再由取样回路输出端输出灭弧控制信号，用本装置输出信号作为电子灭弧电路的灭弧控制信号，可使电子灭弧电路用最小的导通时间即可达到准确可靠的灭弧效果，这极大的提高了机械触点电子灭弧的可靠性和经济性。

Description

电弧取样灭弧控制装置

技术领域

本发明电弧取样灭弧控制装置属于电开关领域，特别是一种适合于在各种桥接触点结构及类似结构机械触点的电子灭弧电路中应用。

背景技术

目前在电气控制系统中，广泛使用机械触点对负载进行接通分断控制，但由于普通机械结构灭弧栅灭弧效果差，通断负载时电弧大，存在触点容易烧损，电寿命短的缺点，为此市场上出现了采用电子灭弧的无电弧机械开关(如无弧接触器、复合开关等)，其工作原理是利用功率半导体器件(如三极管、IGBT、场效应管、可控硅等)与机械触点并联，在机械触点接通前由控制电路先提供一个控制信号控制功率半导体器件导通，然后机械触点闭合，避免了机械触点接通负载时的电弧；机械触点分断时，先由控制电路提供一个控制信号控制功率半导体器件导通，然后机械触点分离，机械触点分离后延时关断功率半导体器件控制信号，完成无电弧分断过程，但这种机械触点接通前超前提供控制信号，机械触点分断后滞后关闭控制信号的控制方式灭弧，势必会增加电子灭弧电路功率半导体器件不必要的多余的导通工作时间，造成功率半导体器件功率利用率低、不经济、发热量高、过载能力差、可靠性下降的缺点。

发明内容

本发明的目的在于避免现有电子灭弧电路控制方式的不足之处而提供一种线路简单、体积小、成本低、实时性强方便使用在各种桥接触点结构及类似结构的机械触点电子灭弧电路中应用的电弧取样灭弧控制装置，由本装置输出灭弧控制信号作为电子灭弧电路的灭弧控制信号，使得电子灭弧电路以最小的导通时间即可达到准确可靠的灭弧。

实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：在机械触点触桥与静触点端之间或机械触点触桥与触桥之间，并联取样回路，取样回路输出端输出灭弧控制信号。

其工作原理：机械触点接通分断的工作过程中，触点间存在电弧时通过触桥相对于两端静触点端或触桥相对触桥之间存在的电位差变化，由此电压驱动取样回路输入端，再由取样回路输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与限流电阻R1串联，串联回路两端分别连接至机械触点触桥SW1与静触点端，光电藕合器OPT1输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与光电藕合器OPT2输入端反向并联，再与限流电阻R1串联，串联回路两端分别连接至机械触点触桥SW1与静触点端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1、OPT2输入端发光二极管阳极相连，再通过限流电阻R1连接至触桥SW1，光电藕合器OPT1、OPT2输入端发光二极管阴极分别与防反向电压二极管D1、D2阳极相连，防反向电压二极管D1、D2阴极分别连接至静触点J2、J1端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由晶体管Q1输入端与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与静触点端，晶体管Q1输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由晶体管Q1输入端与晶体管Q2输入端并联，再与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与静触点端，晶体管Q1、Q2输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与触桥SW2端，光电藕合器OPT1输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与光电藕合器OPT2输入端反向并联，再限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与触桥SW2端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1、OPT2、OPT3输入端各反向并联二极管D1、D2、D3，二极管D1、D2、D3负极端再分别与限流电阻R1、R2、R3串联，串联回路二极管正极端连接在一起，串联回路电阻端分别连接至机械触点触桥SW1、SW2、SW3端，光电藕合器OPT1、OPT2、OPT3输出端输出灭弧控制信号。

本发明设计合理，由本装置输出信号作为机械触点电子灭弧电路的灭弧控制信号，机械触点通断可以做到触点不存在电弧时电子灭弧电路不导通，存在电弧时才导通，电子灭弧电路灭弧导通所需时间极短，电子灭弧电路功率半导体采用可控硅作为灭弧器件时，导通时间可以做到不超过半个波；当电子灭弧电路功率半导体采用可控关断器件时(如IGBT、场效应管)，灭弧过程功率半导体导通时间仅需微秒级，即可做到准确可靠灭弧的目的，这极大提高了电子灭弧电路功率半导体利用率，并提高了机械触点电子灭弧电路的可靠性、经济性。

附图说明

附图1是本发明的实施例之一电路示意图。

附图2是本发明的实施例之二电路示意图。

附图3是本发明的实施例之三电路示意图。

附图4是本发明的实施例之四电路示意图。

附图5是本发明的实施例之五电路示意图。

附图6是本发明的实施例之六电路示意图。

附图7是本发明的实施例之七电路示意图。

附图8是本发明的实施例之八电路示意图。

附图9是本发明实施例之二在交流机械触点电子灭弧系统中的应用示意图。

附图10是本发明实施例之四在直流机械触点电子灭弧系统中的应用示意图。

附图11是本发明的实施例之八在三相交流机械触点电子灭弧系统中的应用示意图。

具体实施方式

如附图1所示，J1为直流机械触点的正向输入端口，J2为机械触点的输出端口，光电藕合器OPT1的输入端发光二极管的阳极引脚连接至机械触点触桥SW1，阴极连接电阻R1，电阻R1另一脚连接至静触点J2端(注：电阻一端也可以连接至静触点J1端，此时只要改为光电藕合器OPT1的输入端发光二极管的阳极同电阻连接，光电藕合器OPT1的输入端发光二极管的阴极引脚连接至机械触点触桥SW1，工作原理相同)，由光电藕合器OPT1的输出端输出灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥SW1通断的瞬间，当触点间存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动光电藕合器OPT1，光电藕合器OPT1输出导通，输出灭弧控制信号，当触点间电弧消失，触桥SW1对端点J2电位差消失，光电藕合器OPT1输出截止，关闭输出灭弧控制信号。

如附图2所示，其特征由光电藕合器OPT1输入端与光电藕合器OPT2输入端反向并联，再与限流电阻R1串联，串联回路光电藕合器输入端连接至机械触点触桥SW1，电阻端与静触点J2端相连接(注：电阻端也可以连接至静触点J1端，工作原理相同)，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥SW1通断的瞬间，当静触点端口J1相对于静触点端口J2为正电位，且触点间存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动光电藕合器OPT1，光电藕合器OPT1输出导通，输出电弧取样信号；当触点间电弧消失，触桥SW1对端点J2电位差消失，光电藕合器OPT1输出截止，关闭输出灭弧控制信号。在静触点端口J2相对于静触点端口J1为正电位时，当触点存在电弧时，端点J2将对触桥SW1形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动光电藕合器OPT2，光电藕合器OPT2输出导通，输出电弧取样信号；当触点间电弧消失，端点J2对触桥SW1电位差消失，光电藕合器OPT2输出截止，关闭输出灭弧控制信号。

如附图3所示，其特征由光电藕合器OPT1、OPT2输入端发光二极管阳极相连，再通过限流电阻R1连接至触桥SW1，光电藕合器OPT1、OPT2输入端发光二极管阴极分别与防反向电压二极管D1、D2阳极相连，防反向电压二极管D1、D2阴极分别连接至静触点J2、J1端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥SW1通断的瞬间，在静触点端口J1相对于静触点端口J2为正电位，且触点间存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流、防反向电压二极管D1，驱动光电藕合器OPT1，光电藕合器OPT1输出导通，输出灭弧控制信号；当触点间电弧消失时，触桥SW1对端点J2电位差同时消失，光电藕合器OPT1输出截止，关闭输出灭弧控制信号。在静触点端口J2相对于静触点端口J1为正电位，当触点存在电弧时，端点触桥SW1将对J1形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流、防反向电压二极管D2，驱动光电藕合器OPT2，光电藕合器OPT2输出导通，输出灭弧控制信号；当触点电弧消失时，端点触桥SW1对J1电位差同时消失，光电藕合器OPT2输出截止，关闭输出灭弧控制信号。

如附图4所示，J1为直流机械触点的正向输入端口，J2为机械触点的输出端口，晶体管Q1的输入端基极通过限流电阻R1连接至机械触点触桥SW1，晶体管Q1的发射极连接至静触点J2端，由晶体管Q1的输出端集电极输出灭弧控制信号。(注：晶体管Q1也可以用PNP管，这时只要把J2改为直流机械触点的正向输入端口)

在机械触点通断过程中：机械触点触桥SW1通断的瞬间，当触点间存在电弧时，必然有电流通过触桥，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动晶体管Q1，晶体管Q1输出导通，输出灭弧控制信号，当触点间电弧消失，触桥SW1对端点J2电位差消失，晶体管Q1输出截止，关闭输出灭弧控制信号。

如附图5所示，J1、J2为机械触点静触点端口，晶体管Q1输入端基极与晶体管Q2输入端基极并联，再通过限流电阻R1连接至机械触点触桥SW1，Q1、Q2的发射极与静触点J2端相连接(注：Q1、Q2的发射极也可以与静触点J1端相连接工作原理一样)，晶体管Q1、Q2输出端集电极输出灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥SW1通断的瞬间，当静触点端口J1相对于静触点端口J2为正电位，且触点间存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动晶体管Q1，晶体管Q1输出导通，输出灭弧控制信号；当触点间电弧消失，触桥SW1对端点J2电位差消失，晶体管Q1输出截止，关闭输出灭弧控制信号。在静触点端口J2相对于静触点端口J1为正电位时，当触点存在电弧时，端点J2将对触桥SW1形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动晶体管Q2，晶体管Q2输出导通，输出灭弧控制信号；当触点间电弧消失，端点J2对触桥SW1电位差消失，晶体管Q2输出截止，关闭输出灭弧控制信号。

如附图6所示，J1、J2为直流机械触点的输入端口(其中J2为正向输入端)，J3、J4为机械触点的输出端口，光电藕合器OPT1的输入端与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1、SW2，光电藕合器的输出端输出灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥接通的瞬间，当触点间存在电弧时，必然有电流通过触桥，触桥SW1将对同一回路的机械触点触桥SW2端形成电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动光电藕合器，光电藕合器输出端导通，输出灭弧控制信号(由此信号控制并联在机械触点静触点两端的灭弧电路导通)，机械触点闭合(注：虽然光电藕合器输出端导通信号在机械触点闭合后仍会存在，但由于机械触点已闭合，灭弧电路被旁路，自行截止)；机械触点触桥分断的瞬间，如机械触点存在电弧时，输出灭弧控制信号将存在，只要其控制的电子灭弧电路一导通，电弧马上消失，输出灭弧控制信号关闭。

如附图7所示，J1、J2为机械触点的输入端口，J3、J4为机械触点的输出端口，光电藕合器OPT1的输入端与光电藕合器OPT2的输入端反向并联，再与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1、SW2端，光电藕合器的输出端输出灭弧控制信号。

如附图8所示，J1、J2、J3为三相机械触点的输入端口，J4、J5、J6为机械触点的输出端口，光电藕合器OPT1、OPT2、OPT3输入端各反向并联一只二极管D1、D2、D3，二极管D1、D2、D3负极端再分别与限流电阻R1、R2、R3串联，串联回路二极管正极端连接在一起，串联回路电阻端分别连接至机械触点触桥SW1、SW2、SW3端，光电藕合器输出端输出灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥接通的瞬间，当任一机械触点间存在电弧时，必然有电流通过触桥，此触桥必定会相对于同一回路其他触桥之间形成电位差，由此电压经限流电阻限流驱动相应的光电藕合器，光电藕合器输出端导通，输出灭弧控制信号(由此信号控制并联在机械触点静触点两端的灭弧电路导通)，机械触点闭合(注：虽然光电藕合器输出端导通信号在机械触点闭合后仍会存在，但由于机械触点已闭合，灭弧电路被旁路，自行截止)；机械触点触桥分断的瞬间，如机械触点存在电弧时，输出灭弧控制信号将存在，只要其控制的电子灭弧电路一导通，电弧马上消失，输出灭弧控制信号关闭。

附图9所示，是本发明实施例之二在交流机械触点电子灭弧系统中的应用示意图，电子灭弧电路A并联在机械触点静触点J1、J2两端，本发明装置光电藕合器OPT1、OPT2输出端连接至电子灭弧电路A控制输入端作为灭弧电路灭弧导通控制信号。

在机械触点通断过程中：在机械触点触桥SW1通断的瞬间，当J1为机械触点的正向输入端触点存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动光电藕合器OPT1，光电藕合器OPT1输出导通，控制电子灭弧电路A导通，主回路电流经电子灭弧电路A旁路→触点电弧马上消失→触桥SW1对端点J2电位差马上消失→光电藕合器OPT1输出截止→电子灭弧电路A截止，完成灭弧过程；当J2为机械触点的正向输入端，在机械触点触桥SW1通断的瞬间，触点存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成负电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动光电藕合器OPT2，光电藕合器OPT2输出导通，控制电子灭弧电路A导通，主回路电流经电子灭弧电路A旁路→触点电弧马上消失→触桥SW1对端点J2电位差马上消失→光电藕合器OPT2输出截止→电子灭弧电路A截止，完成灭弧过程。

如附图10所示，是本发明实施例之四在直流机械触点电子灭弧系统中的应用示意图，灭弧电路A并联在机械触点静触点J1、J2两端(其中J1端为机械触点的正向输入端)，本发明装置晶体管Q1输出端连接至灭弧电路A控制输入端提供灭弧电路的灭弧控制信号，压敏器件Z1用于防止机械触点切换感性负载时灭弧电路断流过快引起的自感过电压损坏灭弧电路而设置的，R4为限流电阻(注：Z1、R4可根据负载情况选用，Z1的耐压值要大于机械触点两端电压，小于灭弧电路击穿电压，当灭弧电路断流时如存在过高电压可使灭弧电路重新导通，把能量泄放到负载上，防止灭弧电路击穿损坏)，压敏器件RV1用于吸收主回路过电压保护灭弧电路，D1为旁路反向电压防止反向电压引起灭弧电路损坏，J3为场效应管Q3导通偏置电压正输入端口，偏置电压负输入端连接至J2端。

在机械触点通断过程中：在机械触点触桥SW1通断的瞬间，触点间存在电弧时，触桥SW1将对端点J2形成正电位差，由此电压经限流电阻R1限流驱动晶体管Q1→晶体管Q1输出导通→晶体管Q2导通→场效应管Q3饱和导通(主回路电流经灭弧电路Q3旁路)→触点间电弧消失→触桥SW1对端点J2电位差马上消失→晶体管Q1输出截止→晶体管Q2输出截止→场效应管Q3截止，完成灭弧过程。(注：用两套此电路反向串联使用时也可以应用于交流电路灭弧)

如附图11所示，本发明实施例之八在三相交流灭弧电路中应用示意图，灭弧电路可控硅TR1、TR2、TR3分别并联在三相机械触点两端，可控硅的控制极连接至灭弧电路触发控制电路A，本发明的电弧取样灭弧控制装置的输出端连接至灭弧电路的触发控制电路A，作为电子灭弧电路的灭弧控制信号。

在机械触点通断过程中：机械触点触桥接通的瞬间，当任一机械触点间存在电弧时，此触桥相对于同一回路其他触桥之间形成电位差，由此电压经限流电阻限流驱动相应的光电藕合器，光电藕合器输出端导通，输出灭弧控制信号给触发电路A，电路A触发可控硅TR1、TR2、TR3导通，机械触点闭合，灭弧电路可控硅被旁路，自行截止；机械触点触桥分断的瞬间，如机械触点存在电弧时，输出灭弧控制信号将存在，电路A触发TR1、TR2、TR3导通，电弧消失，电弧取样灭弧控制装置输出灭弧控制信号关闭，电路A停止触发，可控硅在没有触发信号的情况下，电流过零自行关断。

注：光电藕合器可以用封装一体的光藕产品如：P521PC817等，也可以用发光器件，加感光器件自行制作。

Claims

1.电弧取样灭弧控制装置，其特征在机械触点触桥与静触点端之间或机械触点触桥与触桥之间，并联取样回路，取样回路输出端输出灭弧控制信号。

2.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与限流电阻R1串联，串联回路两端分别连接至机械触点触桥SW1与静触点端，光电藕合器OPT1输出端输出灭弧控制信号。

3.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与光电藕合器OPT2输入端反向并联，再与限流电阻R1串联，串联回路两端分别连接至机械触点触桥SW1与静触点端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

4.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1、OPT2输入端发光二极管阳极相连，再通过限流电阻R1连接至触桥SW1，光电藕合器OPT1、OPT2输入端发光二极管阴极分别与防反向电压二极管D1、D2阳极相连，防反向电压二极管D1、D2阴极分别连接至静触点J2、J1端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

5.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由晶体管Q1输入端与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与静触点端，晶体管Q1输出端输出灭弧控制信号。

6.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由晶体管Q1输入端与晶体管Q2输入端并联，再与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与静触点端，晶体管Q1、Q2输出端输出灭弧控制信号。

7.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与触桥SW2端，光电藕合器OPT1输出端输出灭弧控制信号。

8.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1输入端与光电藕合器OPT2输入端反向并联，再限流电阻R1串联，串联回路连接至机械触点触桥SW1与触桥SW2端，光电藕合器OPT1、OPT2输出端输出灭弧控制信号。

9.根据权利要求1所述的电弧取样灭弧控制装置，其特征由光电藕合器OPT1、OPT2、OPT3输入端各反向并联二极管D1、D2、D3，二极管D1、D2、D3的负极端再分别与限流电阻R1、R2、R3串联，串联回路二极管正极端连接在一起，串联回路电阻端分别连接至机械触点触桥SW1、SW2、SW3端，光电藕合器OPT1、OPT2、OPT3输出端输出灭弧控制信号。