CN102520287A - 气动式多触点高压大电流切换开关 - Google Patents

Abstract

本发明是一种气动式多触点高压大电流切换开关，主要适用于新型电力半导体器件和模块综合参数测试中大电流、高电压及多参数自动切换。采用高压气源作为动力，气缸作为执行机构，以气缸作为基座，通过导杆将两层固定板连接形成框架，以导杆为导向轴，气缸活塞推动两层活动板上下运动。本发明可实现在稳定状态下具有通过5KA单次正弦半波峰值电流和隔离5KV有效值电压的能力。采用气动部件作为执行机构，可对高电压和大电流进行稳态切换，可同时切换多路需要相互高电压隔离工况下的小电流信号，另外可提供本开关工作位置的状态输出信号，并可根据需要采用相同的零部件任意组合扩展成多组常开触点。目前能很好的满足电力半导体综合测试需要。

Description

气动式多触点高压大电流切换开关

技术领域

本发明涉及一种气动式多触点高压大电流切换开关，目前主要适用于新型电力半导体器件和模块综合参数测试设备中大电流、高电压及多参数的自动切换。由于其兼顾了高耐压、大电流且多触点和方便扩展组合的特点，也可应用于其他领域。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力半导体器件也在更新换代，尤其是新型电力半导体器件，如：IGBT器件、各种电力半导体模块等，在国民经济各个应用领域得到了广泛应用，因此对器件的测试技术也提出了新的要求，尤其是电力半导体模块型器件，由于其内部集成了较多的芯片单元，目前最多可达7个芯片，而其电连接形式多达几十种。需要同时测多个电参数，目前可同时测试4个参数，而这些电参数既有波形为正弦半波，峰值可达到5kV的高电压，又有波形为单次正弦半波，峰值可达到4kA大电流，同时还需要能够快速切换，以达到提高测试效率的目的。在这些参数的测试中既有通过各个芯片大电流，又有各芯片之间的高电压，同时还有控制芯片的触发信号和导通电压采样信号等多种需切换的电信号，这就需要设计一种即可切换大电流又能隔离高电压，同时又能进行多路电信号切换的组合式切换开关。

然而，以往的早期解决方案，对于大电流多采用人工倒换母排的方法，此方法工作不方便，工作效率低，不适合自动化测试。对于电流较小(小于2kA峰值)，电压不高(小于1kV峰值)的测试设备，也可采用传统的接触器。然而传统的接触器其电压等级不高，一般绝缘耐压1kV左右，且电气触点数量较少，而大电流接触器一般体积庞大，线圈工作时吸合电流冲击大，对测试设备干扰很大，且工作时噪音很大，不适合测试设备的使用。

对于电压较高的测试设备通常采用传统真空高压继电器切换电流较小的信号，然而高压继电器电流能力较小，通常小于3A，且一般只有一组触点，因此传统的接触器和高压继电器均不能达到和满足电力半导体综合测试要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可满足电力半导体综合测试需要的多触点、耐高压和大通流能力的气动式多触点高压大电流切换开关，可根据需要方便扩展，能提供开关自身状态信号。在满足通电流能力和高压绝缘情况下，也可应用于其他需同时多组信号切换的领域。

本发明的技术解决方案如下：气动式多触点高压大电流切换开关，包括气缸(1)、活动板(2)、固定板(6)、滑动导杆(10)、大电流引出排(8)、推力杆(21)，气缸(1)作为基座，气缸(1)的缸体对角固定孔设有滑动导杆(10)，滑动导杆(10)顶端上设有两层固定板(6)，固定板(6)上设有大电流引出排(8)和小电流引出排(18)；气缸(1)活塞与推力杆(21)的顶端设有活动板(2)，活动板(2)上设有大电流触点短接板(5)和小电流短接线(20)，活动板(2)上镶嵌有滑动轴承(13)并与气缸(1)活塞和推力杆(21)相连，在气缸(1)推拉下与滑动导杆(10)上下相对运动达到开关触点切换作用。

活动板(2)上设有两个可自由摆动的大电流触点短接板(5)，活动板(2)与大电流触点短接板(5)之间设有强力弹簧(12)和钢球(11)，两个大电流触点短接板(5)之间由软导电铜网线(4)连接。

固定板(6)上设有两组常开触点探针(16)、小电流铜触点(17)和小电流引出排(18)，两组常开触点探针(16)用小电流短接线(20)连接，小电流引出排(18)外接引线。

活动板(2)和固定板(6)上设有高压隔槽(23)。

在气缸(1)底座上设有常闭触点探针(15)和常闭触点固定块(14)。

上层固定板(6)上设有到位开关探针(19)。

以固定板(6)和常闭触点固定块(14)为固定点设有左、右护板(7)和前、后护板(22)。

本发明主要适用于新型电力半导体器件和模块综合参数测试中大电流、高电压及多参数自动切换。可实现在稳定状态下具有通过5kA单次峰值电流和隔离5kV有效值电压的能力。采用气动部件作为执行机构，可对高电压和大电流进行稳态切换，可同时切换多路需要相互高电压隔离工况下的小电流信号，另外可提供本开关工作位置的状态输出信号，并可根据需要采用相同的零部件任意组合扩展成多组常开触点。目前能很好的满足电力半导体综合测试需要。在满足通电流能力和高压绝缘情况下，也可应用于其他需同时多组信号切换的领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明电气原理图，其中动力源为高压气源，执行机构为

气缸；图中

NC为最下边的常闭触点；

L1-T1为下层的大电流常开触点；

NO1和NO2是下层的两组小电流常开触点；

L2-T2为上层的大电流常开触点；

NO3和NO4是上层的两组小电流常开触点；

X01是组合开关状态信号常开到位开关探针触点。

图4是固定板结构示意图。

图5是图4的俯视图。

图6是大电流铜触点结构示意图。

图7是活动板结构示意图。

图8是图7的俯视图。

具体实施方式

1.设计要点

1)整体机构设计

本发明包括气缸1、活动板2、固定板6、滑动导杆10、大电流引出排8、推力杆21等，本发明利用气缸1作为动作执行机构，直接利用气缸作为基座，气缸1的缸体对角固定螺丝孔作为滑动导杆10固定孔，滑动导杆10顶端上设有两层固定板6，固定板6上设有大电流引出排8和小电流引出排18；气缸1活塞与推力杆21的顶端设有活动板2，活动板2上设有大电流触点短接板5和小电流短接线20，活动板2上镶嵌有滑动轴承13并与气缸1活塞和推力杆21相连，在气缸1推拉下与滑动导杆10上下相对运动达到开关触点切换作用。

2)大电流触点设计

根据要求，气动式多触点高压大电流切换开关的大电流触点闭合后应能够通过峰值为4kA的单次正弦半波电流，因此设计上采用大面积铜质触点，为降低成本和便于扩展，大电流铜触点9采用标准铜螺栓(如图6所示)，对其端面进行平整度加工。大电流引出排8直接由大电流铜触点9进行紧固。

活动板2上设有两个可自由摆动的大电流触点短接板5，为了保证触点具有最大接触面积，触点的大电流触点短接板5由三个强力弹簧12支撑，可自由摆动。当压紧后，其下方的钢球11受力并自动找平，从而保证最大面积接触。为保证大电流触点短接板5自由摆动，两个大电流触点短接板5由软导电铜网线4连接。为了同时切换两路大电流，在此触点的上方设计相同的平行结构，在上层的大电流触点短接板5下方仅用强力弹簧12支撑，这样可保证上层触点可靠接触。另外本结构可根据需要进行扩充，各个相关零件均采用相同设计，可减少加工零件种类和数量，并可进行互换使用。

3)触点间高压绝缘设计

为使各触点达到耐高压的目的，固定板6(如图4、5所示)和活动板2(如图7、8所示)均采用高绝缘材料，并在其表面加工宽4mm、深2mm的隔槽23以达到增加表面绝缘距离的作用。

4)弱电信号触点设计

本设计要求在同一层切换开关内部，除常开大电流触点外，还具备两个常开弱电信号触点，为此固定板6上设有两组常开触点探针16、小电流铜触点17和小电流引出排18，采用测试探针作为常开触点探针16，小电流铜触点17作为固定触点，小电流引出排18外接引线。两组触点各配备两个探针以增加可靠性和导通电流能力。两组常开触点探针16用小电流短接线20连接，当下活动板2向上动作时，常开触点探针16接触小电流铜触点17，将触点短接从而使触点闭合。

按照相同方式设计形成另一层两组常开弱电信号触点，并可根据需要扩展多层多组常开触点。

5)常闭信号触点设计

为使气动式多触点高压大电流切换开关适应范围更广，使用更灵活，特别设计了一组常闭触点，气缸1底座上安装常闭触点探针15和常闭触点固定块14，当活动板2降到下位时，常闭触点探针15通过大电流触点短接板5形成常闭触点。

6)状态检测开关设计

为方便检测开关的位置状态，特别设计了位置状态检测开关，上层固定板5上设有到位开关探针19，通过标准“到位开关探针”19予以实现。当气动式多触点高压大电流切换开关处于正常工作状态时，上层活动板2向上接触“到位开关探针”19使之由常开变为闭合，可为自动控制或互锁提供信号。

7)防护板设计

为防止开关内积尘或异物进入造成故障，以固定板6和常闭触点固定块14为固定点设有左、右护板7、和前、后护板22，同时还可达到安全防护的作用。

2.实际试验结果

1)机械结构可靠性试验

气动式多触点高压大电流切换开关在气压为5kgf/cm²、一个循环周期4秒，经过10万次的反复考核运行，结构未出现异常。

2)电流触点过载试验

对大电流触点施加底宽10ms、峰值为6720A的单次正弦半波电流，触点无烧蚀打火现象。

3)触点间绝缘耐压试验

大电流触点与弱信号触点间绝缘耐压大于8kV有效值。

大电流触点与机架间绝缘耐压大于10kV有效值。

大电流触点电极与常闭触点间绝缘耐压大于6KV有效值。

同层弱电信号触点间绝缘耐压大于8kV有效值。

3、结论

根据以上试验情况可以看到，气动式多触点高压大电流切换开关满足设计要求，目前已大量应用于各种电力半导体综合测试设备中，取得了很好的效果。

本发明达到以下基本要求。

1)导通电流大：本开关闭合后稳态时可通过的单次正弦半波峰值电流应大于4kA。

2)各组触点之间和同组触点断开后可承受电压大于5kV有效值。

3)至少可同时切换两组大电流和四组控制信号。

4)具有一组常闭触点。

5)具有开关工作到位提示信号。

6)可根据需要方便扩展功能。

Claims (7)

1.气动式多触点高压大电流切换开关，包括气缸(1)、活动板(2)、固定板(6)、滑动导杆(10)、大电流引出排(8)、推力杆(21)，其特征在于：气缸(1)作为基座，气缸(1)的缸体对角固定孔设有滑动导杆(10)，滑动导杆(10)顶端上设有两层固定板(6)，固定板(6)上设有大电流引出排(8)和小电流引出排(18)；气缸(1)活塞与推力杆(21)的顶端设有活动板(2)，活动板(2)上设有大电流触点短接板(5)和小电流短接线(20)，活动板(2)上镶嵌有滑动轴承(13)并与气缸(1)活塞和推力杆(21)相连，在气缸(1)推拉下与滑动导杆(10)上下相对运动达到开关触点切换作用。

2.如权利要求1所述的气动式多触点高压大电流切换开关，其特征在于：活动板(2)上设有两个可自由摆动的大电流触点短接板(5)，活动板(2)与大电流触点短接板(5)之间设有强力弹簧(12)和钢球(11)，两个大电流触点短接板(5)之间由软导电铜网线(4)连接。

3.如权利要求1所述的气动式多触点高压大电流切换开关，其特征在于：固定板(6)上设有两组常开触点探针(16)、小电流铜触点(17)和小电流引出排(18)，两组常开触点探针(16)用小电流短接线(20)连接，小电流引出排(18)外接引线。

4.如权利要求1所述的气动式多触点高压大电流切换开关，其特征在于：活动板(2)和固定板(6)上设有高压隔槽(23)。

5.如权利要求1所述的气动式多触点高压大电流切换开关，其特征在于：在气缸(1)底座上设有常闭触点探针(15)和常闭触点固定块(14)。

6.如权利要求1所述的气动式多触点高压大电流切换开关，其特征在于：上层固定板(6)上设有到位开关探针(19)。

7.如权利要求1所述的气动式多触点高压大电流切换开关，其特征在于：以固定板(6)和常闭触点固定块(14)为固定点设有左、右护板(7)和前、后护板(22)。

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