CN105938780A - 一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，结构为：外部的功率电路中输入正极母线同时与IGBT管的保护电容C一端、IGBT管的集电极C、接触器K的输入端相连，外部的功率电路输出正极母线同时与IGBT管的保护电容C的另一端、IGBT管的漏极E、接触器K的输出端相连；电流电压变送电路一端与外部的功率电路输入正极及输出正极母线连接，另外一端与微处理器电路的AD采样端口连接；接触器驱动电路一端与接触器线包连接，另一端与微处理器电路的S1连接；IGBT管驱动电路一端的两个端口分别与IGBT管的G和E端连接，另一端与微处理器电路的S2端连接。本发明具有分断无电弧、分断时间短、抗冲击电流能力强、回路损耗低、发热小、体积小等优点。

Description

一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能直流供电和其它需要直流供电分断的复合式接触器，具体涉及一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器。

背景技术

随着电力电子技术的发展，无论配电系统本身，还是最终的电力用户都越来越普遍采用直流配电或用电设备。在电源侧，分布式电源主要为光伏发电、风力发电、燃料电池及微型燃气轮机，这些电源发出的电力均为直流电或经简单整流变为直流电，如果这些直流电直接并入直流配电网，则省去了大量的换流环节，从而也降低了功耗。直流配电线路的损耗低，传输效率高，节省线路走廊；相比于传统交流配电系统，直流配电系统更容易实现系统扩容和故障隔离；直流配电系统理论上不需输送无功功率，原则上也不需进行无功补偿，可减少相应的设备投资。作为直流自动控制器件直流接触器或直流电子开关,会越来越广泛的得到应用。目前，市面主要用于直流自动控制器件为直流接触器或直流电子开关。

其中直流接触器是通过机械动作将负载从直流回路中断开，由于直流的机械分断会产生电弧，而且电流越大，电压越高，灭弧就越困难，需要直流接触器配置空间较大的灭弧室内；而且电弧的存在延长了器件开断故障开断时间；电弧产生的高温将触头表面融化蒸发，烧坏绝缘材料，还有可能造成周围可燃气体和可燃物燃烧，造成着火或爆炸等危险；由于电弧在电动力、热力作用下移动，很容易造成飞弧短路和伤人或引起事故扩大化。

直流电子开关包含以下几大类：大功率三级管、IGBT管、场效应管和固态继电器等种类设备，由于直流电子开关的导通存在PN节压降，在长期通电情况下会损耗大量的电能并积累热量，而且会降低输电效率，如果带较大容性负载在启动时会大电流冲击,可能会造成PN节过流击穿，造成系统的不稳定性，为了散去电子开关工作时积累的热量，必须在电子开关上加装散热片被动散热或散热片+风扇模式主动散热，增加了电子开关的体积和系统复杂性。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，本发明的直流接触器具有分断无电弧、分断时间短、抗冲击电流能力强、设备回路损耗低、发热小、体积小等优点。

本发明的发明目的通过如下技术方案实现：

一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，包括电流电压变送电路、接触器驱动电路、IGBT驱动电路、微处理器电路，其特征在于：外部的功率电路中输入正极母线同时与IGBT管的保护电容C一端、IGBT管的集电极C、接触器K的输入端相连，外部的功率电路输出正极母线同时与IGBT管的保护电容C的另一端、IGBT管的漏极E、接触器K的输出端相连；电流电压变送电路一端与外部的功率电路输入正极及输出正极母线连接，另外一端与微处理器电路的AD采样端连接；接触器驱动电路一端与接触器线包连接，另一端与微处理器电路的S1连接；IGBT管驱动电路一端的两个端口分别与IGBT管的G和E端连接，另一端与微处理器电路的S2端连接。

所述接触器K为爬电间距在20-40mm范围内，为一种无灭弧室非直流接触器。

所述IGBT管的耐压值为正常工作电压2倍以上，电流为额定工作电流1.5倍以上。

所述IGBT保护电容为高频无感薄膜电容或高频无感陶瓷电容，耐压值为工作电压的2倍以上。

所述电流电压变送电路包含电压传感器和电流传感器，电流电压变送电路为现有成熟电路。

所述IGBT管驱动电路由电阻、电容、光耦隔离器TLP250、稳压管组成，为现有成熟电路。

所述接触器驱动电路由另一电阻、另一电容、另一光耦隔离器TLP250、二极管和场效应管组成，为现有成熟电路。

所述微处理器电路包含微处理器、隔离输入信号检测电路、AD采样端口、隔离电源模块、通信电路、输出端口S1、输出端口S2，微处理器分别与隔离输入信号检测电路、AD采样端口、隔离电源模块、通信电路状态显示电路连接，并引出AD采样端口、输出端口S1和输出端口S2。隔离输入信号检测电路、通信电路均为成熟电路，微处理器、隔离电源模块直接购买。

所述微处理器电路采集外部的功率电路中的电压、电流信号；监测记录设备工作状态；计量外部的功率电路功率、累计电能、然后对以上数据进行存储，外部设备通过微处理器电路的通信电路将以上数据信息读取。

本发明的直流接触器具有分断无电弧、分断时间短、抗冲击电流能力强、设备回路损耗低、发热小、体积小等优点。

附图说明

图1为本发明总电路原理图。

图2为本发明IGBT管驱动电路原理图。

图3为本发明接触器驱动电路原理图。

图4为本发明微处理器输入输出接口电路原理图。

图5为本发明工作流程图。

具体实施方式

结合附图对本发明进行详细阐述：

如图1所示，一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，包括电流电压变送电路、接触器驱动电路、IGBT驱动电路、微处理器电路，其特征在于：外部的功率电路中输入正极母线同时与IGBT管的保护电容C一端、IGBT管的集电极C、接触器K的输入端相连，外部的功率电路输出正极母线同时与IGBT管的保护电容C的另一端、IGBT管的漏极E、接触器K的输出端相连；电流电压变送电路一端与外部的功率电路输入正极及输出正极母线连接，另外一端与微处理器电路的AD采样端连接；接触器驱动电路一端与接触器线包连接，另一端与微处理器电路的S1连接；IGBT管驱动电路一端的两个端口分别与IGBT管的G和E端连接，另一端与微处理器电路的S2端连接。

电流电压变送电路：主要由电压传感器和电流传感器，电流电压变送电路为现有成熟电路。其主要功能是将负载工作回路的电压电流转换成微处理器电路识别的电信号进行AD采样。

IGBT管驱动电路：如图2所示，由电阻、电容、光耦隔离器TLP250、稳压管管组成，为现有成熟电路，其主要功能是将微处理器电路发出的信号S1进行隔离放大，以驱动IGBT管工作。

接触器驱动电路：如图3所示，由另一电阻、另一电容、另一光耦隔离器TLP250、二极管或场效应管组成，为现有成熟电路，其主要功能是将微处理器电路发出的信号S2进行隔离放大，以驱动接触器K工作。

如图4所示，所述微处理器电路包含微处理器、隔离输入信号检测电路、AD采样端口、隔离电源模块、通信电路、输出端口S1、输出端口S2，微处理器分别与隔离输入信号检测电路、AD采样端口、隔离电源模块、通信电路状态显示电路连接，并引出AD采样端口、输出端口S1和输出端口S2。隔离输入信号检测电路、通信电路均为成熟电路，微处理器、隔离电源模块直接购买。

所述微处理器电路采集外部的功率电路中的电压、电流信号；监测记录设备工作状态；计量外部的功率电路功率、累计电能、然后对以上数据进行存储，外部设备通过微处理器电路的通信电路将以上数据信息读取。具体工作流程如图5所示：

1.设备上电后自检，检测各个传感器和电路状态是否正常；

2.检测端口是否有有导通设备信号；

3.有，就闭合接触器K；否则回到步骤1；

4.导通IGBT管Q，负载回路电流全部流过接触器，IGBT管无电流。

5.检测是否有关闭设备或故障信号，

6.有，断开接触器K，否则回到步骤5；

7.关闭IGBT管Q，然后重复步骤1循环工作。

Claims (6)

1.一种低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，包括电流电压变送电路、接触器驱动电路、IGBT驱动电路、微处理器电路，其特征在于：外部的功率电路中输入正极母线同时与IGBT管的保护电容C一端、IGBT管的集电极C、接触器K的输入端相连，外部的功率电路输出正极母线同时与IGBT管的保护电容C的另一端、IGBT管的漏极E、接触器K的输出端相连；电流电压变送电路一端与外部的功率电路输入正极及输出正极母线连接，另外一端与微处理器电路的AD采样端口连接；接触器驱动电路一端与接触器线包连接，另一端与微处理器电路的S1连接；IGBT管驱动电路一端的两个端口分别与IGBT管的G和E端连接，另一端与微处理器电路的S2端连接，具体动作为：

1)在设备断电状态下，微处理器电路检测到有闭合指令后，先闭合接触器，然后导通IGBT管；

2)在设备通电状态下，微处理器电路检测到有断开指令后，先断开接触器，然后关闭IGBT管。

2.根据权利要求1所述的低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，其特征在于：所述接触器K为爬电间距在20-40mm范围内，为一种无灭弧室非直流接触器。

3.根据权利要求1所述的低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，其特征在于：所述IGBT管的耐压值为正常工作电压2倍以上，电流为额定工作电流1.5倍以上。

4.根据权利要求1所述的低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，其特征在于：所述IGBT保护电容为高频无感薄膜电容或高频无感陶瓷电容，耐压值为工作电压的2倍以上。

5.根据权利要求1所述的低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，其特征在于：所述微处理器电路包含微处理器、隔离输入信号检测电路、AD采样端口、隔离电源模块、通信电路、输出端口S1、输出端口S2，微处理器分别与隔离输入信号检测电路、AD采样端口、隔离电源模块、通信电路状态显示电路连接，并引出AD采样端口、输出端口S1和输出端口S2。

6.根据权利要求1或5所述的低损耗无电弧复合式多功能直流接触器，其特征在于：所述微处理器电路采集外部的功率电路中的电压、电流信号；监测记录设备工作状态；计量外部的功率电路功率、累计电能、然后对以上数据进行存储，外部设备通过微处理器电路的通信电路将以上数据信息读取。