CN106158460B - 二端灭弧装置及混合式开关 - Google Patents

Abstract

本发明二端灭弧装置及混合式开关属于电学领域，特别是一种适合应用于机械开关中作为灭弧用途的二端灭弧装置及一种具有电子灭弧的混合式开关，其包括用于与机械开关并联的晶闸管、电流互感器、第一电容、控制电路，电流互感器与晶闸管的主回路连接，电流互感器输出信号连接至控制电路，第一电容与晶闸管的主回路连接，晶闸管的驱动信号由晶闸管的主回路通过第一电容、控制电路连接至晶闸管的控制极，控制电路的工作能量由晶闸管的主回路两端之间电压、电流互感器提供，本发明二端灭弧装置具有无需外接工作电源、适应范围广的优点。

Description

二端灭弧装置及混合式开关

技术领域

本发明的二端灭弧装置及混合式开关属于电学领域,特别是一种适合应用于接触器、继电器、断路器及其它机械开关中作为灭弧用途的二端灭弧装置及一种混合式开关。

背景技术

目前在电气控制系统中,广泛使用接触器、继电器等机械开关对负载进行接通分断控制，但由于普通灭弧用途的灭弧栅，需要分断电弧拉到一定长度，才能起作用，存在灭弧效果差，分断负载时电弧大，导致触点容易烧损的缺点。

为此,出现了用于机械开关灭弧的灭弧装置，如专利号为CN01201907.0，名称为“电子灭弧器”；专利号为CN200910306608.6，名称为“基于光耦的混合式交流接触器无源开关驱动控制器”，两个专利所揭示的，采用晶闸管与接触器机械开关并联的方式，供电电源与接触器的控制线圈连接，接触器机械开关分断前,通过控制单元提供一个控制晶闸管导通的信号，在接触器的控制线圈失电，当机械开关在分离时，晶闸管导通，通过供电电路的滤波电容放电延时，延时关断晶闸管导通的驱动信号, 晶闸管截止，完成无电弧分断过程。

由于以上两个专利所揭示，其电路属于四端或四端以上电路，其供电电源必须要从接触器的控制线圈取电，即一路晶闸管两个端点、输入电源两个端点，存在使用接线不便，在其它无控制驱动电源的机械开关如按钮、闸刀开关无法使用的缺点。

发明内容

本发明的目的在于避免现有灭弧装置的不足之处而提供一种无需外接工作电源、适应范围广、使用方便的二端灭弧装置。

实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：

一种二端灭弧装置，其包括用于与机械开关并联的晶闸管、电流互感器、第一电容、控制单元，所述电流互感器与所述晶闸管的主回路连接，所述电流互感器输出信号传递至所述控制单元，所述第一电容与所述晶闸管的主回路连接，所述晶闸管的驱动信号由所述晶闸管的主回路通过所述第一电容、所述控制单元传递至所述晶闸管的控制极，在所述机械开关断开状态下，所述控制单元的工作能量由所述晶闸管的主回路两端之间电压提供，在所述晶闸管导通过程中，所述控制单元的工作能量由所述电流互感器提供。

一种二端灭弧装置，为二端电路。

一种二端灭弧装置，所述控制单元还包括第二电容，所述驱动信号通过所述第二电容传递至所述晶闸管的控制极。

一种二端灭弧装置，所述第二电容作为所述驱动信号的断开元件。

一种二端灭弧装置，所述控制单元还包括第一整流电路、放电元件，所述放电元件与所述第二电容并联而成并联电路，所述第一整流电路的第一交流端通过所述第一电容与所述晶闸管的主回路连接，所述第一整流电路的第二交流端与所述晶闸管的控制极连接，所述第一整流电路的直流输出端与所述并联电路连接。

一种二端灭弧装置，所述控制单元还包括第二整流电路，所述第二整流电路的交流端与所述电流互感器的输出端连接，所述第二整流电路的直流输出端与所述并联电路连接。

一种二端灭弧装置，所述放电元件为一电阻。

一种二端灭弧装置，所述第一整流电路的第一交流端连接有限压半导体器件，所述限压半导体器件在其两端电压超过其额定值时，对通过所述第一电容的信号进行分流，用于保护所述控制单元，所述第二电容两端的工作电压小于所述晶闸管的主回路两端的工作电压的二分之一。

一种二端灭弧装置，所述第一整流电路为桥式整流电路。

一种二端灭弧装置，所述晶闸管为双向晶闸管，一电阻与所述第一电容串联而成串联电路，所述第一整流电路的第一交流端通过所述串联电路与所述双向晶闸管的第二阳极连接，所述第一整流电路的第二交流端与所述双向晶闸管的控制极连接，所述第一整流电路的第一交流端与所述双向晶闸管的第一阳极之间连接有限压半导体器件。

一种二端灭弧装置，所述第一电容串联一电阻。

一种二端灭弧装置，所述晶闸管为双向晶闸管或单向晶闸管，所述主回路两端为所述双向晶闸管的第一阳极和第二阳极两端，或所述主回路两端为所述单向晶闸管的阴极和阳极两端。

一种二端灭弧装置，所述晶闸管为双向晶闸管或单向晶闸管，所述驱动信号由所述双向晶闸管的第二阳极或所述单向晶闸管的阳极通过所述第一电容提供。

一种二端灭弧装置，所述晶闸管的控制端并联一电阻。

一种混合式开关，其包括以上所述的二端灭弧装置、还包括所述机械开关。

如图1所示，本发明二端灭弧装置及混合式开关的原理图，一种二端灭弧装置，其包括用于与机械开关SW1并联的晶闸管TR1（为双向晶闸管，也可以采用单向晶闸管）、电流互感器CT1、第一电容C1、控制单元(A)，电流互感器CT1与晶闸管TR1的主回路连接（可以为穿心连接或串联连接），电流互感器CT1输出信号传递至控制单元(A)，第一电容C1与晶闸管TR1的主回路连接，晶闸管TR1的驱动信号由晶闸管TR1的主回路通过第一电容C1、控制单元(A)传递至晶闸管TR1的控制极，在机械开关SW1断开状态下，控制单元(A)的工作能量由晶闸管TR1的主回路两端之间电压提供，在晶闸管TR1导通过程中，控制单元(A)的工作能量由电流互感器CT1提供，J1、J2为本发明二端灭弧装置的两个端点。

如图1所示，本发明混合式开关包括以上所述的二端灭弧装置，还包括机械开关SW1。

其工作原理：在机械开关SW1断开情况下，晶闸管TR1的主回路两端之间电压通过第一电容C1给控制单元（A）提供工作能量，控制单元（A）控制晶闸管TR1不导通，在机械开关SW1闭合后，晶闸管TR1的主回路两端之间电压为零，控制单元（A）失电；在机械开关SW1断开过程中，晶闸管TR1的主回路两端之间电压发生突变，产生较大的电流通过第一电容C1，由此电流作为驱动信号，驱动晶闸管TR1导通，起到电子灭弧作用，在晶闸管TR1导通过程中，电流互感器CT1输出信号对控制单元(A)提供工作能量，控制单元（A）控制晶闸管TR1快速截止，再由晶闸管TR1的主回路两端之间电压保持对控制单元（A）提供工作能量，使得晶闸管TR1保持截止状态。

本发明设计合理，具有无需外加工作电源、使用方便、适应范围广的优点。

附图说明

图1是本发明二端灭弧装置及混合式开关的原理图。

图2是本发明二端灭弧装置及混合式开关的实施例一电路原理图。

具体实施方式

如图2所示，一种二端灭弧装置，其主要包括用于与机械开关SW1并联的晶闸管TR1（为双向晶闸管）、电流互感器CT1、第一电容C1、控制单元(A)，电流互感器CT1与晶闸管TR1的主回路连接（可以为穿心连接或串联连接），电流互感器CT1输出信号传递至控制单元(A)，第一电容C1与晶闸管TR1的主回路连接，晶闸管TR1的驱动信号由晶闸管TR1的主回路通过第一电容C1、控制单元(A)传递至晶闸管TR1的控制极，在机械开关SW1断开状态下，控制单元(A)的工作能量由晶闸管TR1的主回路两端之间电压提供，在晶闸管TR1导通过程中，控制单元(A)的工作能量由电流互感器CT1提供，第一电容C1串联电阻R1，电阻R1为技术性元件，用于限流；晶闸管TR1的控制端并联一电阻R3为技术性元件，用于减少晶闸管TR1误导通。

本发明二端灭弧装置为二端电路，只要J1、J2两个端点与所需灭弧的机械开关SW1连接，无需外接工作电源。

控制单元(A)：包括第一整流电路BR1（为一桥式整流电路）、放电元件R2（电阻）、第二电容C2，驱动信号通过第二电容C2传递至晶闸管TR1的控制极，第二电容C2作为晶闸管TR1的驱动信号的断开元件，控制晶闸管TR1截止，放电元件R2（为一电阻）与第二电容C2并联而成并联电路，第二电容C2在充满电或浮充电状态下，通过并联电路电流很小，不触发晶闸管TR1导通，第一整流电路BR1的第一交流端通过第一电容C1与晶闸管TR1的主回路连接，第一整流电路BR1的第二交流端与晶闸管TR1的控制极连接，第一整流电路BR1的直流输出端与并联电路连接，注：第一交流端、第二交流端的定义仅仅为区分其相对应关系，方便描述，第一交流端可以为任一交流端，对应另一交流端为第二交流端。

还包括第二整流电路BR2（为一桥式整流电路），第二整流电路BR2的交流端与电流互感器CT1的输出端连接，第二整流电路BR2的直流输出端与放电元件R2（为一电阻）、第二电容C2并联而成的并联电路连接。

第一整流电路BR1的第一交流端连接限压半导体器件Z1为技术性元件，限压半导体器件Z1在其两端电压超过其额定值时，对通过第一电容C1的信号进行分流，用于保护控制单元(A)，大大降低第二电容C2的耐压要求，第二电容C2的工作电压可以小于晶闸管TR1的主回路两端的二分之一工作电压。

同时降低了互感器CT1输出信号的电压要求，更快对第二电容C2充电，达到快速关断晶闸管TR1驱动信号的目的。

如图2所示的晶闸管TR1为双向晶闸管TR1，电阻R1与第一电容C1串联而成串联电路，第一整流电路BR1的第一交流端通过该串联电路与双向晶闸管TR1的第二阳极连接，第一整流电路BR1的第二交流端与双向晶闸管TR1的控制极连接，第一整流电路BR1的第一交流端与双向晶闸管TR1的第一阳极之间连接至少一限压半导体器件。注：第一交流端、第二交流端的定义仅仅为方便描述区分其相对应关系，第一交流端可以为任一交流端，对应另一交流端为第二交流端。

如图2所示，一种混合式开关包括以上所述二端灭弧装置，还包括机械开关SW1。

其工作原理：在机械开关SW1断开情况下，晶闸管TR1的主回路两端之间电压通过第一电容C1、电阻R1、第一整流电路BR1、对第二电容C2充电，第二电容C2处于充满电或浮充电状态下，放电元件R2阻值选的较大，同时由于电容具有通交流隔直流的特点，通过的驱动信号的电流会远小于晶闸管TR1的触发电流，晶闸管TR1不导通，在机械开关SW1闭合后，晶闸管TR1的主回路两端之间电压为零，第二电容C2通过放电元件R2放电；在机械开关SW1断开过程中，晶闸管TR1的主回路两端之间电压发生突变，产生较大的电流通过第一电容C1、第二电容C2，由此电流作为驱动信号，驱动晶闸管TR1导通，起到电子灭弧的作用，在晶闸管TR1导通过程中，电流互感器CT1输出信号通过第二整流电路BR2对控制单元(A)的第二电容C2快速充电，晶闸管TR1快速截止，再由晶闸管TR1的主回路两端之间电压保持对第二电容C2充电，使得晶闸管TR1保持截止状态。

本实施例二端灭弧装置不但电路简单，还具有以下优点：

1. 由于电容具有其两端电压不能突变的物理特征，当机械开关SW1断开时，如不在电流的零点（注：在零点不产生电弧），将在第一电容C1、第二电容C2两端产生很高的电压上升速率，第一电容C1、第二电容C2容量可以很小（可以为零点几微法）也能通过较大的驱动电流驱动晶闸管TR1导通，达到满意灭弧效果，在灭弧过程中，电流互感器CT1对第二电容C2快速充电，晶闸管TR1的导通时间极短，极大提高了本发明二端灭弧装置的可靠性，用容量很小的晶闸管TR1也能通过极大的电流，成本大大降低。

2. 在灭弧过程中，晶闸管TR1的导通时间极短，与其连接的导线可以很细，电流互感器CT1可以采用微型电流互感器，且可工作在非线性状态。

3. 在控制单元（A）前连接限压半导体器件Z1（可以为稳压二极管、瞬态抑制二极管），电流互感器CT1输出较低的电压，也能对第二电容C2快速充电，可以进一步降低电流互感器CT1驱动电压要求和对第二电容C2耐压要求。

以上实施例晶闸管TR1为双向晶闸管，其驱动信号由双向晶闸管TR1的第二阳极通过第一电容C1提供，晶闸管TR1的主回路两端为双向晶闸管TR1的第一阳极和第二阳极两端，实际应用中晶闸管TR1也可以采用单向晶闸管，当晶闸管TR1改为单向晶闸管时，其驱动信号由单相晶闸管的阳极通过第一电容C1提供，晶闸管TR1为单向晶闸管时，晶闸管的主回路两端为单向晶闸管的阴极和阳极两端，当晶闸管TR1改为单向晶闸管时，第一整流电路BR1可以改为一个二极管即可，工作原理相同，仍在本专利保护范围，放电元件R2在以上实施例采用电阻，也可以采用其他三极管等开关放电元件，工作原理相同，仍在本专利保护范围。

以上实施例以上各元件之间的连接关系包括机械连接、电连接、直接连接、间接连接，在三相或多极开关应用时，增加相应路数即可，工作原理相同，仍在本专利保护范围。

Claims (14)

1.一种二端灭弧装置，其特征是：其包括用于与机械开关并联的晶闸管、电流互感器、第一电容、控制单元，所述电流互感器与所述晶闸管的主回路连接，所述电流互感器输出信号传递至所述控制单元，所述第一电容与所述晶闸管的主回路连接，所述晶闸管的驱动信号由所述晶闸管的主回路通过所述第一电容、所述控制单元传递至所述晶闸管的控制极，在所述机械开关断开状态下，所述控制单元的工作能量由所述晶闸管的主回路两端之间电压提供，在所述晶闸管导通过程中，所述控制单元的工作能量由所述电流互感器提供。

2.根据权利要求1所述的二端灭弧装置，其特征是：为二端电路。

3.根据权利要求1所述的二端灭弧装置，其特征是：所述控制单元包括第二电容，所述驱动信号通过所述第二电容传递至所述晶闸管的控制极。

4.根据权利要求3所述的二端灭弧装置，其特征是：所述第二电容作为所述驱动信号的断开元件。

5.根据权利要求3所述的二端灭弧装置，其特征是：所述控制单元还包括第一整流电路、放电元件，所述放电元件与所述第二电容并联而成并联电路，所述第一整流电路的第一交流端通过所述第一电容与所述晶闸管的主回路连接，所述第一整流电路的第二交流端与所述晶闸管的控制极连接，所述第一整流电路的直流输出端与所述并联电路连接。

6.根据权利要求5所述的二端灭弧装置，其特征是：所述控制单元还包括第二整流电路，所述第二整流电路的交流端与所述电流互感器的输出端连接，所述第二整流电路的直流输出端与所述并联电路连接。

7.根据权利要求5所述的二端灭弧装置，其特征是：所述放电元件为一电阻。

8.根据权利要求5所述的二端灭弧装置，其特征是：所述第一整流电路的第一交流端连接有限压半导体器件，所述限压半导体器件在其两端电压超过其额定值时，对通过所述第一电容的信号进行分流，用于保护所述控制单元，所述第二电容两端的工作电压小于所述晶闸管的主回路两端的工作电压的二分之一。

9.根据权利要求5所述的二端灭弧装置，其特征是：所述第一整流电路为桥式整流电路。

10.根据权利要求5所述的二端灭弧装置，其特征是：所述晶闸管为双向晶闸管，一电阻与所述第一电容串联而成串联电路，所述第一整流电路的第一交流端通过所述串联电路与所述双向晶闸管的第二阳极连接，所述第一整流电路的第二交流端与所述双向晶闸管的控制极连接，所述第一整流电路的第一交流端与所述双向晶闸管的第一阳极之间连接有限压半导体器件。

11.根据权利要求1所述的二端灭弧装置，其特征是：所述第一电容串联一电阻。

12.根据权利要求1所述的二端灭弧装置，其特征是：所述晶闸管为双向晶闸管或单向晶闸管，所述主回路两端为所述双向晶闸管的第一阳极和第二阳极两端，或所述主回路两端为所述单向晶闸管的阴极和阳极两端。

13.根据权利要求1所述的二端灭弧装置，其特征是：所述晶闸管为双向晶闸管或单向晶闸管，所述驱动信号由所述双向晶闸管的第二阳极或所述单向晶闸管的阳极通过所述第一电容提供。

14.一种混合式开关，其特征是：其包括根据权利要求1至13任一权利要求所述的二端灭弧装置、还包括所述机械开关。