CN106847581A - 电子灭弧反馈装置及灭弧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置属于电学领域,特别是一种适合机械开关作为电子灭弧装置中使用的电子灭弧反馈装置及灭弧装置；其包括一电压检测开关、第一光电耦合器、一整流器件、一电容，所述电压检测开关与用于灭弧的功率器件连接，检测所需灭弧的机械开关断开，工作电源通过所述整流器件为电容充电，电容通过第一光电耦合器的控制端、电压检测开关形成放电回路，第一光电耦合器输出检测信号，电压检测开关为半控型开关或阈值小于功率器件通态电压的全控型开关。本发明具有性价比高、可靠性高的优点。

Description

电子灭弧反馈装置及灭弧装置
技术领域
本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置属于电学领域,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的电子灭弧装置中使用的电子灭弧反馈装置及一种功率器件导通时间短的灭弧装置。
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，需要电弧拉长到一定长度，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电子灭弧装置，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（功率器件）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,提供一个控制晶闸管导通的驱动信号，在接触器的控制线圈失电，机械开关分离时，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。
由于从接触器的控制线圈失电到机械开关分断，有一段不确定延时时间，为确保机械开关分断之后晶闸管才关断以保证可靠灭弧，晶闸管需要较长导通时间（一般在几十毫秒以上），这种采用机械开关分断后延时关闭控制信号的控制方式灭弧，势必会增加晶闸管不必要多余的导通工作时间，晶闸管的导通工作时间长，导致整个灭弧装置的过载能力差、可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电子灭弧装置的不足之处而提供一种能方便在电子灭弧装置中使用、电路简单、性价比高的电子灭弧反馈装置，及提供一种具有功率器件导通时间短、过载力强的灭弧装置。
实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：
一种电子灭弧反馈装置，其包括一电压检测开关、第一光电耦合器、一整流器件、一电容，所述电压检测开关与用于灭弧的功率器件连接，检测所需灭弧的机械开关断开，工作电源通过所述整流器件为电容充电，电容通过第一光电耦合器的控制端、电压检测开关形成放电回路，第一光电耦合器输出检测信号，电压检测开关为半控型开关或阈值小于功率器件通态电压的全控型开关。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关在检测到功率器件的两端存在电位差时导通。
一种电子灭弧反馈装置，还包括第一限流元件、一稳压器件，第一限流元件与整流器件串联，稳压器件与电容并联或稳压器件通过整流器件与电容并联。
一种电子灭弧反馈装置，第一限流元件为一电阻，整流器件为一二极管，稳压器件为一稳压二极管。
一种电子灭弧反馈装置，工作电源由中性线或相对于功率器件的另一相线提供。
一种电子灭弧反馈装置，工作电源由一变压器输出绕组提供。
一种电子灭弧反馈装置，功率器件为单向晶闸管或双向晶闸管。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关包括第二限流元件、半导体器件。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关串联在功率器件的驱动回路中，电容为功率器件提供驱动能量。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关包括第二限流元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管，第二晶体管的基极通过第二限流元件与功率器件主回路端连接，第二晶体管的发射极与第三晶体管的基极连接，第二晶体管的基极与第三晶体管的发射极连接，第三晶体管的集电极与第四晶体管的基极连接，第二晶体管的集电极、第四晶体管的发射极与第一晶体管的基极连接，第四晶体管的集电极与第二晶体管的发射极连接，第一晶体管的集电极与第二晶体管的基极连接，第一晶体管的发射极、第二晶体管的发射极串联在放电回路中。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关包括第二限流元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管，第二晶体管的基极通过第二限流元件与功率器件主回路端连接，第二晶体管的发射极与第三晶体管的基极连接，第二晶体管的基极与第三晶体管的发射极连接，第三晶体管的集电极与第四晶体管的基极连接，第二晶体管的集电极、第四晶体管的发射极与第一晶体管的基极连接，第四晶体管的集电极与第二晶体管的发射极连接，第一晶体管的发射极、第一晶体管的集电极串联在放电回路中。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关还包括第五晶体管，第五晶体管的集电极与第一晶体管的基极连接，第五晶体管的基极与第一晶体管的集电极连接，第一晶体管的发射极、第五晶体管的发射极串联在放电回路中。
一种电子灭弧反馈装置，电压检测开关至少包括一晶闸管，或一晶闸管等效电路。
一种电子灭弧反馈装置，半控型开关的阈值小于功率器件通态电压。
一种灭弧装置，其包括以上所述的电子灭弧反馈装置，还包括控制单元、功率器件、第二光电耦合器，控制单元通过第二光电耦合器与功率器件的驱动回路连接，第一光电耦合器输出信号传递至控制单元，控制单元根据第一光电耦合器输出信号关闭功率器件的导通控制信号。
一种电子灭弧反馈装置，如图1所示，其包括电压检测开关（A）、第一光电耦合器OPT1、整流器件D1（二极管）、电容C1、第一限流元件R1（电阻）、稳压器件Z1（稳压二极管），电压检测开关（A）与用于灭弧的功率器件TR1（双向晶闸管）连接，检测所需灭弧的机械开关K1断开，工作电源（图1工作电源由中性线提供，在三相电使用也可以由相对于功率器件TR1的另一相线提供）通过第一限流元件R1、整流器件D1对电容C1充电，电容C1通过第一光电耦合器OPT1的控制端、电压检测开关（A）形成放电回路，第一光电耦合器OPT1输出检测信号，电压检测开关（A）为半控型开关或阈值小于功率器件通态电压的全控型开关，稳压器件Z1通过整流器件D1与电容C1并联（也可以稳压器件Z1直接与电容C1并联）。注：当工作电源采用一变压器输出绕组提供时，第一限流元件R1、稳压器件Z1可以省略。
一种灭弧装置，包括以上所述的电子灭弧反馈装置，还包括控制单元（B）、功率器件TR1，控制单元（B）通过第二光电耦合器OPT2与功率器件TR1的驱动回路连接，第一光电耦合器OPT1输出信号传递至控制单元（B）。
工作原理：在机械开关K1分断时，控制单元（B）控制功率器件TR1导通，电压检测开关（A）在检测到功率器件TR1的两端存在电位差（即机械开关K1分断）时导通，控制单元（B）根据第一光电耦合器OPT1输出信号关闭功率器件TR1的导通控制信号，达到减少功率器件TR1灭弧导通时间的目的。
本发明设计合理，本发明电子灭弧反馈装置具有性价比高、电路简单、可靠性高的优点，本发明灭弧装置具有功率器件灭弧导通时间短、性价比高、过载力强的优点。
附图说明
图1本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置电路原理图。
图2本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置实施例一电路原理图一。
图3本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置实施例一电路原理图二。
图4本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置电压检测开关电路原理图一。
图5本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置电压检测开关电路原理图二。
图6本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置实施例一电路原理图三。
图7本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置电压检测开关电路原理图三。
具体实施方式
本发明电子灭弧反馈装置及灭弧装置的实施例一，如图2所示：
一种电子灭弧反馈装置，其包括电压检测开关（A）、第一光电耦合器OPT1、整流器件D1（二极管）、电容C1、第一限流元件R1（电阻）、稳压器件Z1（稳压二极管）、第二光电耦合器OPT2，电压检测开关（A）与用于灭弧的功率器件TR1（双向晶闸管）连接，检测所需灭弧的机械开关K1断开，工作电源（图1工作电源由中性线提供，在三相电使用也可以由相对于功率器件TR1的另一相线提供）通过第一限流元件R1、整流器件D1为电容C1充电，电容C1通过第一光电耦合器OPT1的控制端、电压检测开关（A）、功率器件TR1驱动端形成放电回路，第一光电耦合器OPT1输出检测信号，电压检测开关（A）可以为半控型开关或阈值小于功率器件TR1通态电压的全控型开关，稳压器件Z1通过整流器件D1与电容C1并联（稳压器件Z1也可以直接与电容C1并联）。电压检测开关（A）串联在功率器件TR1的驱动回路中，电容C1为功率器件TR1提供驱动能量，考虑到驱动回路电流较大，第一光电耦合器OPT1的控制端也可以与电压检测开关（A）的内部电路连接，或加分流电路。注：当工作电源采用一变压器输出绕组提供时（如图3），第一限流元件R1、稳压器件Z1可以省略。
电压检测开关（A）：如图4所示，包括第二限流元件R2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8，第二晶体管Q2的基极通过第二限流元件R2与功率器件TR1主回路端连接，第二晶体管Q2的发射极与第三晶体管Q3的基极连接，第二晶体管Q2的基极与第三晶体管Q3的发射极连接，第三晶体管Q3的集电极与第四晶体管Q4的基极连接，第二晶体管Q2的集电极、第四晶体管Q4的发射极与第一晶体管Q1的基极连接，第四晶体管Q4的集电极与第二晶体管Q2的发射极连接，第一晶体管Q1的发射极、第一晶体管Q1的集电极串联在电容C1的放电回路中，第五晶体管Q5的集电极与第一晶体管Q1的基极连接，第五晶体管Q5的基极与第一晶体管Q1的集电极连接，第一晶体管Q1的发射极、第五晶体管Q5的发射极串联在电容C1的放电回路中。注：第五晶体管Q5省略时，电压检测开关（A）为全控型开关；电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7的两端分别与相关晶体管的发射极、基极连接，电阻R8与第一晶体管Q1的基极串联，用于限流，电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8为非原理性元件，根据需要选用。
一种灭弧装置，包括以上所述的电子灭弧反馈装置，还包括控制单元（B）、功率器件TR1，控制单元（B）通过第二光电耦合器OPT2与功率器件TR1的驱动回路连接，第一光电耦合器OPT1输出信号传递至控制单元（B）。
工作原理：在机械开关K1分断时，控制单元（B）控制功率器件TR1导通，电压检测开关（A）在检测到功率器件TR1的两端存在电位差时导通，控制单元（B）根据第一光电耦合器OPT1输出信号关闭功率器件TR1的导通控制信号，达到减少功率器件TR1灭弧导通时间的目的。
电压检测开关（A）串联在功率器件TR1的驱动回路中，由电容C1为功率器件TR1提供驱动能量，考虑到驱动回路电流较大，第二光电耦合器OPT2的输出端也可以与电压检测开关（A）的内部电路连接，或第二光电耦合器OPT2的输出端加晶体管。
电压检测开关（A）不限于四端电路，也可以为三端电路（更适合图1使用），如图5所示，其包括第二限流元件R2、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4，第二晶体管Q2的基极通过第二限流元件R2与功率器件TR1主回路端连接，第二晶体管Q2的发射极与第三晶体管Q3的基极连接，第二晶体管Q2的基极与第三晶体管Q3的发射极连接，第三晶体管Q3的集电极与第四晶体管Q4的基极连接，第二晶体管Q2的集电极、第四晶体管Q4的发射极与第一晶体管Q1的基极连接，第四晶体管Q4的集电极与第二晶体管Q2的发射极连接，第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的基极连接，第一晶体管Q1的发射极、第二晶体管Q2的发射极串联在电容C1的放电回路中。
本实施例，功率器件可以为双向晶闸管或单向晶闸管，当采用单向晶闸管时，只要把相关器件的极性调整和晶体管类型（NPN与PNP互调）调整即可，原理图见图6所示，其电压检测开关（A）见图7所示，工作原理相同，在此就不再赘述。
本实施例，无需变压器提供电子灭弧反馈装置工作电源及晶闸管的驱动能量，直接由机械开关所在的交流电网非隔离供电，其采用电容储能驱动第一光电耦合器OPT1和晶闸管的形式，通过第一限流元件R1的电流可以设定为0.1毫安左右，如设为0.1毫安，当工作电压为220V时，能耗仅为0.022W。在机械开关K1闭合时，电压检测开关（A）截止，电容C1处于充电状态，当需要过零接通控制时，只需要增加用于控制电容C1放电的第二光电耦合器OPT2即可。
本实施例具有电路简单、能耗小、性价比高的优点。
如图3所示，采用一变压器一绕组提供晶闸管驱动能量和电子灭弧反馈装置的工作电源，本实施例的第一限流元件R1、稳压器件Z1省略。
本发明设计合理，本发明电子灭弧反馈装置具有性价比高、电路简单、可靠性高的优点，本发明灭弧装置具有功率器件灭弧导通时间短、性价比高、过载力强的优点。

Claims (15)

1.一种电子灭弧反馈装置，其特征是：其包括一电压检测开关、第一光电耦合器、一整流器件、一电容，所述电压检测开关与用于灭弧的功率器件连接，检测所需灭弧的机械开关断开，工作电源通过所述整流器件为所述电容充电，所述电容通过所述第一光电耦合器的控制端、所述电压检测开关形成放电回路，所述第一光电耦合器输出检测信号，所述电压检测开关为半控型开关或阈值小于所述功率器件通态电压的全控型开关。
2.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关在检测到所述功率器件的两端存在电位差时导通。
3.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：还包括第一限流元件、一稳压器件，所述第一限流元件与所述整流器件串联，所述稳压器件与所述电容并联或所述稳压器件通过所述整流器件与所述电容并联。
4.根据权利要求3所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述第一限流元件为一电阻，所述整流器件为一二极管，所述稳压器件为一稳压二极管。
5.根据权利要求3所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述工作电源由中性线或相对于所述功率器件的另一相线提供。
6.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述工作电源由一变压器输出绕组提供。
7.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述功率器件为单向晶闸管或双向晶闸管。
8.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关包括第二限流元件、半导体器件。
9.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关串联在所述功率器件的驱动回路中，所述电容为所述功率器件提供驱动能量。
10.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关包括第二限流元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管，所述第二晶体管的基极通过所述第二限流元件与所述功率器件主回路端连接，所述第二晶体管的发射极与所述第三晶体管的基极连接，所述第二晶体管的基极与所述第三晶体管的发射极连接，所述第三晶体管的集电极与所述第四晶体管的基极连接，所述第二晶体管的集电极、所述第四晶体管的发射极与所述第一晶体管的基极连接，所述第四晶体管的集电极与所述第二晶体管的发射极连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二晶体管的基极连接，所述第一晶体管的发射极、所述第二晶体管的发射极串联在所述放电回路中。
11.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关包括第二限流元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管，所述第二晶体管的基极通过所述第二限流元件与所述功率器件主回路端连接，所述第二晶体管的发射极与所述第三晶体管的基极连接，所述第二晶体管的基极与所述第三晶体管的发射极连接，所述第三晶体管的集电极与所述第四晶体管的基极连接，所述第二晶体管的集电极、所述第四晶体管的发射极与所述第一晶体管的基极连接，所述第四晶体管的集电极与所述第二晶体管的发射极连接，所述第一晶体管的发射极、所述第一晶体管的集电极串联在所述放电回路中。
12.根据权利要求11所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关还包括第五晶体管，所述第五晶体管的集电极与所述第一晶体管的基极连接，所述第五晶体管的基极与所述第一晶体管的集电极连接，所述第一晶体管的发射极、所述第五晶体管的发射极串联在所述放电回路中。
13.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述电压检测开关至少包括一晶闸管，或一晶闸管等效电路。
14.根据权利要求1所述的电子灭弧反馈装置，其特征是：所述半控型开关的阈值小于所述功率器件通态电压。
15.一种灭弧装置，其特征是：其包括根据权利要求1至14中任一权利要求所述的电子灭弧反馈装置，还包括控制单元、所述功率器件、第二光电耦合器，所述控制单元通过所述第二光电耦合器与所述功率器件的驱动回路连接，所述第一光电耦合器输出信号传递至所述控制单元，所述控制单元根据所述第一光电耦合器输出信号关闭所述功率器件的导通控制信号。
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