CN102723700A

CN102723700A - 一种直流触点开关分断保护电路和接触器

Info

Publication number: CN102723700A
Application number: CN2012101230533A
Authority: CN
Inventors: 刘津平; 李强
Original assignee: Noark Electrics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Noark Electrics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明公开一种直流触点开关分断保护电路和装配有直流触点开关分断保护电路的交流接触器，所述直流触点开关分断保护电路包括电容、二极管和并联设置在所述二极管两端的所述电容的放电支路，所述电容的一端与直流触点开关的正极端耦合，另一端跟二极管的正极耦合，所述二极管的负极与直流触点开关的负极端耦合。本发明的开关在分断直流高电压、大电流时触点间完全不产生电弧，提升了直流触点开关的分断能力和分断次数，显著延长了装配有分断保护电路的交流接触器的直流触点开关的使用寿命。

Description

一种直流触点开关分断保护电路和接触器

技术领域

本发明涉及电器保护装置领域，更具体的说，涉及一种直流触点开关分断保护电路和装配有直流触点开关分断保护电路的交流接触器。

背景技术

电弧是直流触点开关电器在运行中经常遇到的一种物理现象，当触点间电压达到燃弧电压，电流亦达到燃弧电流，触头间隙就会产生电弧。为减少电弧对触头的烧蚀，提高电器的可靠性，通常开关电器需要采取必要的可靠熄灭电弧的灭弧措施，为此而采用的装置统称为灭弧装置。

中国专利文献CN100435252C于2008年11月19日公开了一种具有用于灭弧的装置的电直流触点开关装置，其中在一个可被盖封闭的壳体中固定着由外部可触及的连接触头以及在该壳体中构造有直流触点开关室，及在每个直流触点开关室中设有一个固定的直流触点开关触点、一个与该直流触点开关触点相互作用的可运动的直流触点开关触点以及至少一个灭弧装置，在壳体中及在盖中构造有用于可置入的冷却板及用于可与这些冷却板互换的灭弧板组的导向及保持件。

中国专利文献CN2720595Y于2005年8月24日公开了一种直流触点开关触点的灭弧装置，该装置的触点背面设置有永磁体；特别是，所述永磁体设置在静触点的背面；优选的方案是，所述永磁体做成垫片，固定在静触点背面；上述直流触点开关为常闭直流触点开关。

中国专利文献CN2059268于1990年7月11日公开了一种带灭弧装置的圆锥形触点，其电流容量在10A以上，由动触头和定触头组成，上述触头对之间的电接触面是圆锥形，动触头是一圆锥体形，定触头是一圆锥孔形，且圆锥体和圆锥孔的大小相当、锥度相同。

传统的灭弧装置多达十几种，在此不再穷举，这些灭弧装置的共同点是在电弧生成后介入，用于抑制电弧的持续，减少对触头的烧蚀。传统的灭弧装置和辅助技术措施最大的不足是不能抑制触点间电弧的生成，立足点都是减少电弧的发生强度。如：金属栅片灭弧装置就是通过分割电弧达到灭弧的目的；还有利用RC吸收电路对触点分断电弧时产生的跃变高电压进行吸收，其吸收能力十分有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流触点开关分断保护电路和装配有直流触点开关分断保护电路的交流接触器，不仅可抑制触点间电弧产生，提高直流条件下触点开关的分断能力，而且使触点开关的使用寿命大幅度提高，有利于低压电器在直流条件下操动的广泛适用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种直流触点开关分断保护电路，包括电容、二极管和并联设置在所述二极管的两端的所述电容的放电支路，所述电容的一端与直流触点开关的正极端耦合，其另一端与所述二极管的正极耦合，所述二极管的负极与直流触点开关的负极端耦合。

优选的，所述电容的容抗X_c＝1/(2πf×C)≤U_f/I_f，其中f为电容动作频率，C为电容容量，U_f为直流触点开关两端的电压，I_f为流过直流触点开关的电流。电容C具有“隔直”作用，电容在通电瞬间就被充电到满电压了，该电压正好与外加电压大小相等而方向相反。充电完成后，电路中没有电流流动，但在直流电源刚加到电容上时，电路中流动的电流是对电容的充电电流，该充电电流时间长短与电路中的容抗和电容容量大小有关，其中当电容容抗X_c≤U_f/I_f时，即具备了消除电弧的产生的基本条件。

优选的，所述电容动作频率在10KHz至200KHz之间。所述电容的动作频率特性在10KHz-200KHz较为平缓，对于10KHz以上快速跃变的电压，能够瞬间通过3-4倍于其额定的充电电流，这样，本发明可以应用在更大电压、更大电流的开关分段的场合，扩大本发明的适用范围。

优选的，所述电容的放电支路包括电阻，所述电阻的一端与二极管的正极耦合，另一端与二极管的负极耦合。

优选的，所述电容是有极性电解电容或无极性电解电容。

优选的，电解电容的充放电电路所具有的时间常数小于直流触点开关的动作频率。

一种接触器，包括继电器，所述继电器包括直流触点开关，所述触点两端并联设置有上述的一种直流触点开关分断保护电路。

优选的，所述接触器还包括一个与电源耦合的整流电路、由第一、第二二极管构成的辅助整流电路和由串联设置的第一线圈和第二线圈构成的线圈支路；所述整流电路的正极通过所述继电器的直流触点开关连接到所述第一线圈和第二线圈的中间抽头，整流电路的负极与所述线圈支路的一端耦合，所述线圈支路的另一端与所述辅助整流电路的两个二级管的负极耦合；所述辅助整流电路的两个二极管的负极电连接，其正极分别与电源的两个输入端耦合；所述继电器线圈的一端与所述辅助整流电路的两个二级管的负极耦合，另一端通过电容与所述整流电路的负极耦合，所述直流触点开关分断保护电路并联设置在所述继电器的直流触点开关的两端。

优选的，所述直流触点开关分断保护电路中的二极管的负极和电阻的一端并联连接于第一与第二线圈的中间抽头上，该二极管的正极和该电阻的另一端并联连接于该直流触点开关分断保护电路的电容的一端，电容的另一端接整流电路输出端的正极。

优选的，所述辅助整流电路的两个二级管的负极与所述整流电路的负极之间连接有电容；所述线圈支路中的第二线圈的两端并联有一个续流二极管，该续流二极管的正极与所述整流电路的负极耦合，该续流二极管的负极跟第一线圈和第二线圈的中间抽头耦合；所述电源的两个输入端之间设置有压敏电阻。

本发明由于在直流触点开关的上方触点和下方触点两端并联电容，当直流触点开关闭合时，电容所储电量经直流触点开关、电阻形成的闭合回路，经设定时间周期后完全释放，与此同时，电源经直流触点开关向负载提供激励电流。当所述直流触点开关分断时，聚集在直流触点开关的上方触点的带电离子，经电容和二极管导向直流触点开关的下方触点，这样就减少，甚至可以避免电弧的产生，将触点的伤害降到最小，大幅提升了直流触点开关触点的分断能力和分断次数，延长了直流触点开关的使用寿命。本发明的直流触点开关分断保护电路的作用是将分断时上方触点的电离子疏导到下方触点，从而削弱甚至消除电弧产生的条件，达到抑制电弧产生的目的；由于本发明不吸收容纳电离子，因此能承受更高电压、更大量电离子的分断作业，使触点开关在分断超过触点额定值的直流电压和电流时，触头间隙完全不产生电弧，即触点开关在分断直流高电压、大电流时触头间隙完全不产生电弧，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理示意图；

图2是未连接本发明电路时，图1中a、A两点之间的电压波形示意图；

图3是连接本发明电路后，图1中a、A两点之间的电压波形示意图；

图4是本发明实施例的电解电容C的充电、放电及疏导分断电流的全过程波形示意图；

图5是本发明实施例的电解电容C的放电波形示意图；

图6是本发明实施例的电解电容C疏导分断电流的局部放大波形示意图；

图7是本发明实施例的接触器控制原理示意图，该接触器装配有直流触点开关分断保护电路。

具体实施方式

下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例的电路原理示意图。参见图1，本发明的直流触点开关分断保护电路(简称CDR网络)，包括电容C和二极管D，二极管D的作用是一利用其伏安特性减缓脉冲电流对电容C的冲击，二是利用其反向特性限定电容C的放电电流，分隔所述电容C的充放电回路。所述电容C的一端与直流触点开关K的正极端耦合，另一端跟二极管D的正极耦合，所述二极管D的负极与直流触点开关K的负极端耦合；二极管D两端并联设置有所述电容C的放电支路，放电支路包括电阻R，电容C可经电阻R形成的放电回路完全放电。电阻R的一端与二极管D的正极耦合，另一端与二极管D的负极耦合。所述电容C可以采用有极性电解电容，也可以采用无极性电解电容，还可以使用其他高使用寿命的其它类型的电容。

图1所示的电路中，电解电容C的选型示例：容抗X_c＝1/(2πf·C)，式中：f＝10K，电解电容C容量的选择C＝(1.5)/2πfX_c。选型示例仅为了方便阐述本发明构思，不限制本发明的电容容量、电抗的选择。优选的，电解电容的动作频率特性在10KHz-200KHz较为平缓，对于10KHz以上快速跃变的电压，能够瞬间通过3-4倍于其额定值的充电电流。电解电容C的充放电电路所具有时间常数应选择其数值小于直流触点开关的动作频率。

下面根据图1说明本发明的直流触点开关分断保护电路的无弧分断原理。图1的直流触点开关无弧分断电路CDR由电解电容C、二极管D和电阻R组成，直流触点开关K的两端包括上方触点(高电位)和下方触点(低电位)，上方触点位于图1中所示的A侧，下方触点位于图1中所示的B侧，所述电解电容C的正极与直流触点开关K的连接电源正极a的上方触点连接，电解电容C的负极与二极管D的正极和电阻的一端连接，所述二极管D的负极和电阻R的另一端与直流触点开关K连接负载L的下方触点连接，负载L的另一端与电源的负极b连接。当直流触点开关K闭合时，电解电容C的所储电量，经直流触点开关K、电阻R形成的闭合回路，经设定时间周期后完全释放，与此同时，电源经直流触点开关K向负载L提供激励电流。当直流触点开关K分断时，由电场作用聚集在直流触点开关K上方触点的带电离子，经电解电容C和二极管D导向直流触点开关K的下方触点。

图2是未连接本发明电路时，图1中a、A两点之间的电压波形示意图。在图2所示的测试电路未连接CDR网络的状态下，直流触点开关在分断电路直流电流时，电路中的带电粒子在电场的作用下聚集在触点上方，产生数倍于电源电压的电动势，击穿触头初始分断间隙空气形成电弧。

图3是连接本发明电路后，图1中a、A两点之间的电压波形示意图。如图3所示，当测试电路接入CDR网络后，当触点分断电流时，图3中a、A两点之间的电压波形明显减小，由于CDR给予了惯性带电粒子一个疏导通道，避免带电粒子在上方触点聚集形成高电位，因此达到了无弧分断电路电流的目的。

CDR网络的电解电容C具有“隔直”作用，电解电容在通电瞬间就被充电到满电压了，该电压正好与外加电压大小相等而方向相反。充电完成后电路中没有电流流动，但在直流电源刚加到电解电容上时，电路中流动的电流是对电解电容的充电电流，充电电流时间长短与电路中的容抗和电解电容容量大小有关，其中当电解电容容抗X_c≤U_f/I_f时，即具备了消除电弧的产生的基本条件，电解电容C在实际应用中的电流波形图见图4，也就是说，图4是本发明实施例的电解电容C的充电、放电及疏导分断电流的全过程波形示意图，包括电解电容C得电的充电电流波形、在直流触点开关K闭合时电解电容C的放电波形图以及直流触点开关K分断时疏导电弧电流的波形图。

在交流接触器直流控制电路的发展历史中，无源控制电路以其超强的抗干扰特性独树一帜，其核心为无弧分断技术。本发明所述的CDR网络中，电解电容，特别是铝电解电容的可靠性关系到整个控制电路的可靠性，因此，电解电容的使用寿命是无弧分断成败的关键。当今，通过对超长寿命电解电容失效机理的研究和制造技术已日趋成熟，使得其寿命已可达到105℃/10000h，其次电解电容的小型化可完全满足单位功率对电容量的需求。本发明申请人长期从事交流接触器保护控制电路的设计和制造，在充分掌握了交流接触器直流控制电路的运行特性后，对CDR网络中电解电容的充放电电路进行了分置设计，保证了电解电容在预定的时间内完全释放所储电能，以及在疏导分断电流时减小脉冲电流的冲击。图5是电解电容C的放电波形示意图，显示电解电容C中所储电荷完全释放。图6是本发明实施例的电解电容C疏导分断电流的局部放大波形示意图。

下面结合图7的交流接触器控制电路说明本发明在接触器中的应用。图7所示的低功耗交流接触器的控制电路包括一个跟电源耦合的整流电路、两个二极管和线圈支路，线圈支路包括串联设置的第一线圈L1和第二线圈L2，它们分别是接触器的保持和起动线圈，L2串联在整流桥的正负极端。具体地说，该控制电路由整流电路D1、辅助整流电路、极性电容C1、包括电容C2、二极管D4、电阻R2的直流触点开关分断保护电路和定时电路组成，整流电路D1可选用全波整流桥，辅助整流电路包括二极管D2和二极管D3，定时电路由继电器J1和极性电容C3组成，继电器线圈的一端跟辅助整流电路的两个二级管D2、D3的输出端耦合，另一端通过电容C3跟整流电路的负极耦合，使二极管D2、D3的输出端经继电器J1的线圈与电容C3组成的串联回路相连接。压敏电阻R1并联于整流桥输入端，线圈支路的一端与辅助整流电路的两个二级管D2、D3的输出端耦合，另一端与整流电路D1的负极耦合，整流电路D1的正极通过继电器J1的直流触点开关连接到第一线圈和第二线圈的中间抽头，即继电器J1的转换开关触头的一端与整流桥输出端的正极连接，另一端与第一线圈L1、第二线圈L2的中间抽头连接。直流触点开关分断保护电路并联于继电器J1的触点开关两端，直流触点开关分断保护电路中的二极管D4的负极和电阻R2的一端并联连接于第一线圈L1与第二线圈L2的中间抽头上，二极管D4的正极和电阻R2的另一端并联连接于电容C2的一端，电容C2的另一端接整流电路D1输出端的正极。辅助整流电路的两个二极管D2、D3的正极端分别与电源输入端相连接，它们的负极端与第一线圈L1连接，第一线圈L1的另一端经电阻R2和电容C2连接于整流桥的正极端。电容C1连接在两个二级管D2、D3的负极与整流电路D1的负极之间，即电容C1并联在二极管D2、D3输出端与整流桥的负极，第二线圈L2两端并联有一个续流二极管D5，使第二线圈L2电流续流并保护电路中的其他器件。该续流二极管正极跟整流电路的负极耦合，它的负极跟第一线圈和第二线圈的中间抽头耦合。

低功耗交流接触器的控制电路的工作原理是：在电源(AC/DC)端施加输入电压时，电容C1充电，电流流经继电器J1线圈与电容C3，使得继电器J1的直流触点闭合。继电器J1的直流触点闭合后，电容C2经过继电器J1的直流触点开关和电阻R2形成环路放电。当电容C3充电结束，继电器J1的直流触点分断，疏导聚集在直流触点开关上方的带电粒子经电容C2和二极管D4释放，实现了继电器J1的直流触点开关无弧分断。第一线圈L1串联接入辅助整流电路与第二线圈L2两端，线圈L1、L2内形成的吸持电流，使接触器保持吸持状态。在断开电源端施加电压时，电容C1、C3的电荷通过线圈L1、L2释放，同时接触器释放。经测试证明，低功耗交流接触器的控制电路中继电器J1的触点分断能力实现了从DC12V到DC220V电压规格的全覆盖，并且触点电寿命比标称值提高近20倍。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可做出若干简单推演或替换，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种直流触点开关分断保护电路，其特征在于，包括电容、二极管和并联设置在所述二极管的两端的所述电容的放电支路，所述电容的一端与直流触点开关的正极端耦合，其另一端与所述二极管的正极耦合，所述二极管的负极与直流触点开关的负极端耦合。

2.如权利要求1所述的直流触点开关分断保护电路，其特征在于，所述电容的容抗X_c＝1/(2πf×C)≤U_f/I_f，其中f为电容动作频率，C为电容容量，U_f为直流触点开关两端的电压，I_f为流过直流触点开关的电流。

3.如权利要求1或2所述的直流触点开关分断保护电路，其特征在于，所述电容的动作频率在10KHz至200KHz之间。

4.如权利要求1所述的直流触点开关分断保护电路，其特征在于，所述电容的放电支路包括电阻，所述电阻的一端与二极管的正极耦合，另一端与二极管的负极耦合。

5.如权利要求1所述的直流触点开关分断保护电路，其特征在于，所述电容是有极性电解电容或无极性电解电容。

6.如权利要求5所述的直流触点开关分断保护电路，其特征在于，电解电容的充放电电路所具有的时间常数小于直流触点开关的动作频率。

7.一种接触器，包括继电器，所述继电器包括直流触点开关，其特征在于，所述直流触点开关并联设置有如权利要求1～6中任一个所述的直流触点开关分断保护电路。

8.如权利要求7所述的接触器，其特征在于：

所述接触器还包括一个与电源耦合的整流电路、由第一、第二二极管构成的辅助整流电路和由串联设置的第一线圈和第二线圈构成的线圈支路；

所述整流电路的正极通过所述继电器的直流触点开关连接到所述第一线圈和第二线圈的中间抽头，整流电路的负极与所述线圈支路的一端耦合，所述线圈支路的另一端与所述辅助整流电路的两个二级管的负极耦合；所述辅助整流电路的两个二极管的负极电连接，其正极分别与电源的两个输入端耦合；

所述继电器线圈的一端与所述辅助整流电路的两个二级管的负极耦合，另一端通过电容与所述整流电路的负极耦合，所述直流触点开关分断保护电路并联设置在所述继电器的直流触点开关的两端。

9.如权利要求8所述的接触器，其特征在于，所述直流触点开关分断保护电路中的二极管的负极和电阻的一端并联连接于第一与第二线圈的中间抽头上，该二极管的正极和该电阻的另一端并联连接于该直流触点开关分断保护电路的电容的一端，电容的另一端接整流电路输出端的正极。

10.如权利要求8所述的接触器，其特征在于：

所述辅助整流电路的两个二级管的负极与所述整流电路的负极之间连接有电容；

所述线圈支路中的第二线圈的两端并联有一个续流二极管，该续流二极管的正极与所述整流电路的负极耦合，该续流二极管的负极跟第一线圈和第二线圈的中间抽头耦合；

所述电源的两个输入端之间设置有压敏电阻。