CN106783293B - 电容耦合式灭弧电路 - Google Patents

Abstract

本发明电容耦合式灭弧电路属于电学领域,特别是一种适合于对各种机械开关作为灭弧用途的电容耦合式灭弧电路，电容耦合式灭弧电路包括与机械开关两端并联的晶闸管，驱动晶闸管导通的驱动信号由晶闸管的主回路通过电容传递至晶闸管的控制极，晶闸管的控制极的驱动信号回路至少连接一电子开关，在机械开关闭合灭弧控制过程中，晶闸管的主回路两端电压过零或为零时，电子开关输出端处于驱动信号能传递至晶闸管的控制极的工作状态，本发明电容耦合式灭弧电路具有灭弧效果好、可靠性高的特点。

Description

电容耦合式灭弧电路

技术领域

本发明电容耦合式灭弧电路属于电学领域,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电容耦合式灭弧电路。

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断开控制，但由于普通灭弧用途的灭弧栅，需要电弧拉到一定长度，才能起作用，存在灭弧效果差，通断负载时电弧大，导致机械开关容易烧损,电寿命短的缺点。

发明内容

本发明的目的在于避免现有灭弧栅的不足而提供一种可以应用于机械开关灭弧,灭弧效果好、可靠性高且晶闸管无需在机械开关闭合前导通的电容耦合式灭弧电路。

实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：

一种灭弧电路，其包括与机械开关两端并联的晶闸管，驱动晶闸管导通的驱动信号由晶闸管的主回路通过电容传递至晶闸管的控制极；驱动信号的回路至少连接一电子开关，在机械开关闭合灭弧控制过程中，晶闸管的主回路两端电压过零或为零时，电子开关输出端处于驱动信号能传递至晶闸管的控制极的工作状态。

一种电容耦合式灭弧电路，电容与一电阻组成串联电路，驱动信号经串联电路、电子开关连接至晶闸管的控制极。

一种电容耦合式灭弧电路，电子开关连接有用于保护电子开关的限压器件。

一种电容耦合式灭弧电路，电子开关的耐压值小于晶闸管的主回路两端的工作电压。

一种电容耦合式灭弧电路，电子开关为半导体开关。

一种电容耦合式灭弧电路，电子开关为光电耦合器或光电耦合器驱动晶体管电路。

一种电容耦合式灭弧电路，晶闸管为双向晶闸管，驱动信号由双向晶闸管的第二阳极通过电容传递至双向晶闸管的控制极。

一种电容耦合式灭弧电路，晶闸管为单向晶闸管，驱动信号由单向晶闸管的阳极通过电容传递至单向晶闸管的控制极。

一种电容耦合式灭弧电路，电子开关为带过零输出的电子开关。

一种电容耦合式灭弧电路，机械开关常开状态下，通过电容的电流小于晶闸管的触发电流。

本发明电容耦合式灭弧电路工作原理：驱动晶闸管导通的驱动信号由晶闸管的主回路通过电容提供，在与晶闸管两端连接的机械开关动作时产生的电压突变，使得电容通过大的电流来驱动晶闸管导通，对通过机械开关的电流进行旁路，起对机械开关灭弧的作用，晶闸管的驱动回路连接的电子开关，用于控制驱动信号。

工作过程：与晶闸管并联的机械开关闭合时，提供电子开关控制信号，电子开关输出端处于晶闸管的驱动信号能传递至晶闸管的控制极的工作状态，在机械开关闭合出现弹跳，将在晶闸管两端会产生很高的电压上升速率，电容会通过较高的驱动电流，由此驱动电流作为晶闸管的驱动信号，晶闸管触发导通，实现机械开关闭合弹跳灭弧的目的；机械开关断开过程，在机械开关断开的瞬间，晶闸管两端会产生较高的电压上升速率，电容会通过较高的驱动电流，晶闸管触发导通，电流通过晶闸管旁路，实现机械开关无电弧断开的目的，然后关闭电子开关的控制信号。

本发明电容耦合式灭弧电路设计合理，电容在灭弧时对晶闸管传递驱动信号，利用电容两端电压不能突变的物理特征，在机械开关闭合或断开的瞬间，产生很高的电压上升速率，这里选用的电容容量可以很小，零点几微法到零点零几微法即可，也可以获得大的驱动电流驱动晶闸管导通，具有灭弧效果好、可靠性高且晶闸管无需在机械开关闭合前导通的优点。

附图说明

图1是本发明电容耦合式灭弧电路的实施例之一电路原理图。

图2是本发明电容耦合式灭弧电路的实施例之二电路原理图。

图3是本发明电容耦合式灭弧电路的实施例之三电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明一种电容耦合式灭弧电路的实施例之一，机械开关SW1为与晶闸管TR1并联的需要灭弧的机械开关，J1、J2为主回路的输入输出端点，驱动晶闸管TR1导通的驱动信号由晶闸管TR1的主回路通过限流电阻R1与电容C1组成的串联电路、电子开关OPT1（即一带晶闸管输出的光电耦合器）连接到其控制极（注：本实施例晶闸管TR1为双向晶闸管，其驱动信号由晶闸管TR1的第二阳极通过电容C1提供），电子开关OPT1的连接有限压器件RV1限压，用于保护电子开关OPT1。

工作过程：在机械开关SW1闭合过程中，其两端电压过零或为零时，输入控制信号使得电子开关OPT1导通，用于克服机械开关SW1闭合前晶闸管TR1提前导通，在机械开关SW1闭合时如出现闭合弹跳，将在晶闸管TR1两端会产生很高的电压上升速率，电容C1会通过较高的驱动电流，由此驱动电流作为驱动晶闸管TR1导通的驱动信号，晶闸管TR1触发导通，实现机械开关SW1闭合弹跳灭弧的目的；机械开关SW1断开过程，在机械开关SW1断开的瞬间，晶闸管TR1两端会产生较高的电压上升速率，电容C1会通过较高的驱动电流，由此驱动电流作为驱动晶闸管TR1导通的驱动信号，晶闸管TR1触发导通，电流通过晶闸管TR1旁路，实现机械开关SW1无电弧断开的目的，然后关闭电子开关OPT1控制信号；机械开关SW1断开过程，在机械开关SW1断开的瞬间，刚好为电压的零点，晶闸管TR1不触发导通，主回路电流不用通过晶闸管TR1旁路，也可以实现机械开关SW1无电弧断开的目的。

应当理解的是，当电子开关OPT1为没有内置过零输出的电子开关时，在机械开关SW1闭合过程中，机械开关SW1两端电压过零或为零时，输入控制信号给电子开关OPT1控制端，这样用于避免机械开关SW1闭合前，晶闸管TR1提前导通，防止接通瞬间大电流对晶闸管TR1冲击；当电子开关OPT1选用内置过零输出的电子开关时，比如型号为MOC3083的光电耦合器，可以直接提前输入控制信号给电子开关OPT1。

在此实施例中，电子开关OPT1与电容C1之间连接一限压器件RV1（限压值几伏到几十伏即可，如限压值太高限压器件功率要大大增加，也可以采用两只几伏的稳压二极管反方向串联。），可以进一步降低电子开关OPT1的耐压要求并提高了其可靠性；电子开关OPT1的输入端用于连接外部控制信号，当机械开关SW1为继电器等带驱动线圈的机械开关时且电子开关OPT1选用带过零输出的光电耦合器（如MOC3083）时，控制信号可以直接由驱动线圈的电源通过一个限流电阻提供；限流电阻R1用于限制通过电容C1瞬间过大电流，减少瞬间冲击电流对晶闸管TR1、电子开关OPT1的影响。注：当晶闸管TR1的主回路两端工作电压远低于电子开关OPT1的耐压值时，可以省略限压器件RV1。

如图2所示，为本发明一种电容耦合式灭弧电路的实施例之二，机械开关SW1为与晶闸管TR1连接的需要灭弧的机械开关，J1、J2为主回路的输入输出端点，驱动晶闸管TR1导通的驱动信号由晶闸管TR1的主回路通过限流电阻R1、电容C1组成的串联电路连接到其控制极（注：本实施例晶闸管TR1为双向晶闸管，其驱动信号由晶闸管TR1的主回路T2极提供），与驱动信号回路连接的电子开关OPT1（选用CPC1117、CPC1219等常闭输出光电耦合器），用于旁路机

械开关SW1常开状态下通过电容C1的电流（静态工频电流）。

工作过程：在机械开关SW1闭合过程中且其两端电压过零或为零时，提供电子开关OPT1控制信号（用于克服机械开关SW1闭合前晶闸管TR1提前导通），电子开关OPT1输出截止，在机械开关SW1闭合时出现闭合弹跳，将在晶闸管TR1两端会产生很高的电压上升速率，电容C1会通过较高的驱动电流，由此驱动电流作为驱动晶闸管TR1导通的驱动信号，晶闸管TR1触发导通，实现机械开关SW1闭合弹跳灭弧的目的；机械开关SW1断开过程，在机械开关SW1断开的瞬间，晶闸管TR1两端会产生较高的电压上升速率，电容C1会通过较高的驱动电流，由此驱动电流作为驱动晶闸管TR1导通的驱动信号，晶闸管TR1触发导通，电流通过晶闸管TR1旁路，实现机械开关SW1无电弧断开的目的，然后关闭电子开关OPT1控制信号，晶闸管TR1导通的驱动信号通过电子开关OPT1旁路；机械开关SW1断开过程，在机械开关SW1断开的瞬间，刚好为电压的零点，晶闸管TR1不触发导通，电流不用通过晶闸管TR1旁路，也可以实现机械开关SW1无电弧断开的目的。

在此实施例中，电子开关OPT1的输入端用于连接外部控制信号,限流电阻R1用于限制通过电容C1瞬间过大电流，减少瞬间冲击电流对晶闸管TR1、电子开关OPT1的影响。

如图3所示，为本发明一种电容耦合式灭弧电路的实施例之三，晶闸管为单向晶闸管，单向晶闸管包括第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2反向并联（驱动第一单向晶闸管SCR1和第二单向晶闸管SCR2的导通的驱动信号由各自的阳极通过电容C1提供），机械开关SW1为与第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2相连接的需要灭弧的机械开关，J1、J2为主回路的输入输出端点，第一单向晶闸管SCR1控制极通过第一电子开关OPT1（为一光电耦合器驱动晶体管电路）通过限流电阻R1与电容C1组成的串联电路一端相连接，第二单向晶闸管SCR2控制极通过第二电子开关OPT2（为一光电耦合器驱动晶体管电路）与串联电路的另一端相连接，第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2的电压输入端分别连接有第一限压器件Z1（稳压二极管）、第二限压器件Z2（稳压二极管），第一限压器件Z1的阴极与第一电子开关OPT1的电压输入端连接，第一限压器件Z1的阳极与第一单向晶闸管SCR1的阴极连接，第二限压器件Z2的阴极与第二电子开关OPT2的电压输入端连接，第二限压器件Z2的阳极与第二单向晶闸管SCR2的阴极连接，限流电阻R1用于限制通过电容C1瞬间过大电流，减少瞬间电流对第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2、第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2的冲击影响。

工作过程：在机械开关SW1闭合过程中且其两端电压过零或为零时输入控制信号提供第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2，用于克服机械开关闭合前第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2提前导通，当第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2选用光电耦合器如MOC3083等内置过零输出的电子开关时，可以直接提前输入控制信号给第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2，机械开关SW1的闭合过程中，第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2输出端导通，在机械开关SW1闭合时出现闭合弹跳，将在第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2两端会产生很高的电压上升速率，电容C1会通过较高的驱动电流，第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2根据其相对应的电压相位触发导通（实际工作过程中，只需一个导通即可），实现机械开关SW1闭合弹跳灭弧的目的；在机械开关SW1断开的工作过程中，机械开关SW1断开的瞬间，第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2两端会产生较高的电压上升速率，电容C1会通过较高的驱动电流，第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2根据其相对应的电压相位触发导通，电流通过第一单向晶闸管SCR1、第二单向晶闸管SCR2旁路（实际工作过程中，只需一个导通即可），实现机械开关SW1无电弧断开，然后关闭第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2控制信号。

在此实施例中，在图3中，在机械开关SW1常开状态下，二限压器件Z1、Z2对通过电容C1的工频电流旁路，用于对第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2输入电压限压；第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2采用普通光电耦合器驱动晶体管电路作为电子开关，具有更好的瞬间大电流导通能力；二限压器件Z1、Z2（限压值几伏即可）采用稳压二极管不但有限压的作用并具有单向导电性，为电容C1提供驱动电流通道，降低第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2的耐压要求并提高了其可靠性，第一电子开关OPT1、第二电子开关OPT2的控制输入端用于连接外部控制信号。

在以上三个实施例中的本发明电容耦合式灭弧电路具有以下优点：

1.电容C1、电阻R1（电阻R1也可以用其它限流元件）组成的串联电路在灭弧时起对晶闸管传递驱动信号的作用，该串联电路通过限压器件（见图1、图3）或电子开关（见图2）连接在晶闸管的主回路的输入端与输出端之间，在机械开关SW1常开状态下，还可以起吸收瞬间过电压作用，保护晶闸管，无需另加阻容吸收电路，简化了电路，在高压灭弧中应用时，把本发明的电容耦合式灭弧电路几个串联使用即可。

2.电容在灭弧时对晶闸管传递驱动信号，利用电容两端电压不能突变的物理特征，在机械开关闭合或断开的瞬间，产生很高的电压上升速率，这里选用的电容容量可以很小，零点几微法到零点零几微法即可，也可以获得大的驱动电流驱动晶闸管导通，由于在工频条件下通过电容的工频电流较小，采用限压器件（见图1、图3）或电子开关（见图2）对通过电容的工频电流进行旁路，这样大大减轻了对电子开关的耐压要求和降低了电子开关两端的dv/dt，电子开关的额定耐压值可选用小于机械开关两端的工作电压，降低了电子开关的成本和提高了电子开关的可靠性。

3.如需要机械开关闭合弹跳灭弧且需要晶闸管不在机械开关闭合前导通，机械开关常开状态下，设计电容容值时，通过电容的电流要小于晶闸管的触发电流且电子开关在晶闸管两端电压过零或为零时，电子开关输出端处于驱动晶闸管导通的驱动信号能传递至晶闸管的控制极的工作状态（电子开关输出端导通或截止状态），克服机械开关闭合前晶闸管导通，用于机械开关闭合弹跳灭弧，减少负载在接通瞬间大电流对晶闸管的冲击。

4.在机械开关两端电压为零点时，机械开关断开晶闸管导通时间可以为零。

Claims (10)

1.一种电容耦合式灭弧电路，其包括与机械开关两端并联的晶闸管，驱动所述晶闸管导通的驱动信号由所述晶闸管的主回路通过电容传递至所述晶闸管的控制极；所述驱动信号的回路至少连接一电子开关，在机械开关闭合灭弧控制过程中，所述晶闸管的主回路两端电压过零或为零时，所述电子开关输出端处于所述驱动信号能传递至所述晶闸管的控制极的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述电容与一电阻组成串联电路，所述驱动信号经所述串联电路、所述电子开关连接至所述晶闸管的控制极。

3.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述电子开关连接有用于保护所述电子开关的限压器件，所述限压器件旁路通过所述电容的电流。

4.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述电子开关的耐压值小于所述晶闸管的主回路两端的工作电压。

5.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述电子开关为半导体开关。

6.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述电子开关为光电耦合器或光电耦合器驱动晶体管电路。

7.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述晶闸管为双向晶闸管，所述驱动信号由所述双向晶闸管的第二阳极通过所述电容传递至所述双向晶闸管的控制极。

8.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述晶闸管为单向晶闸管，所述驱动信号由所述单向晶闸管的阳极通过所述电容传递至所述单向晶闸管的控制极。

9.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述电子开关为带过零输出的电子开关。

10.根据权利要求1所述的电容耦合式灭弧电路，其特征是：所述机械开关常开状态下，通过所述电容的电流小于所述晶闸管的触发电流。