CN110768652A - 一种混合式控制开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气开关领域，特别是一种混合式控制开关，包括机械开关、控制装置以及可控放电间隙/半导体开关，可控放电间隙/半导体开关并联设置在机械开关的两端；控制装置连接合闸触发信号，当控制装置接收到合闸触发信号时，同时控制机械开关以及可控放电间隙/半导体开关合闸；当机械开关合闸完成后，控制可控放电间隙/半导体开关分闸。可控放电间隙/半导体开关合闸，整个电路导通，提高电路导通的响应速度，避免了机械开关动作造成的延迟；随后机械开关合闸成功，控制可控放电间隙/半导体开关分闸，电流应力由机械开关承受，避免了可控放电间隙/半导体开关长时间承受电流应力，该控制开关兼顾动作时间短和通流能力强的特性。
Description
技术领域
本发明涉及电气开关领域，特别是一种混合式控制开关。
背景技术
随着电气领域科技的快速发展，对机械开关动作延迟时间以及动作可靠性均提出更高的要求。常规机械开关其采用机械储能，纯机械机构动作的方式，实现一次电气回路的开断操作，但由于机械惯性，使得纯机械机构动作过程需一定时间，导致常规机械开关闭合时间延迟较长，无法满足特殊应用场合下对机械开关闭合时间的要求。另外，虽然纯电子式开关或间隙开关可达到较高闭合响应速度，但由于电子器件通流能力的限制，使得纯电子式开关闭合后无法长时间承受大电流应力。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合式控制开关，用以解决现有控制开关的动作时间短和通流能力强不能兼顾的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种混合式控制开关，包括机械开关、控制装置以及可控放电间隙，可控放电间隙并联设置在所述机械开关的两端；
所述控制装置控制连接机械开关，所述控制装置控制连接可控放电间隙，所述控制装置连接合闸触发信号，当控制装置接收到合闸触发信号时，同时控制机械开关以及可控放电间隙合闸；当机械开关合闸完成后，控制可控放电间隙分闸。
有益效果是，将该机械开关接入电路中，若收到机械开关闭合的触发信号，可控放电间隙合闸，整个电路导通，此时机械开关还在动作过程中，相比单纯的机械开关而言，提高电路导通的响应速度，避免了机械开关动作造成的延迟；随后机械开关合闸成功，由于机械开关导通压降小于可控放电间隙导通压降，控制可控放电间隙分闸，电流应力由机械开关承受，避免了可控放电间隙长时间承受电流应力，本发明的控制开关兼顾动作时间短和通流能力强的特性。
进一步地，所述控制装置包括第一控制模块和第二控制模块；所述第一控制模块控制连接可控放电间隙，所述第二控制模块控制连接所述机械开关；所述第一控制模块和所述第二控制模块均连接所述合闸触发信号。采用不同的模块分别控制机械开关以及可控放电间隙，机械开关的控制可以采用现有的控制方式，避免了对现有结构的改动，降低了控制结构的复杂程度。
进一步地，为了简单、安全、准确的实现可控放电间隙的分合闸控制，所述第一控制模块包括升压电路；升压电路的原边电路串联有储能电容和可控开关管，升压电路的副边电路连接可控放电间隙的触发端；所述可控开关管的控制端连接所述合闸触发信号。
进一步地，为了准确响应合闸触发信号，所述可控开关管为IGBT器件。
本发明提供一种混合式控制开关，包括机械开关、控制装置以及半导体开关，半导体开关并联设置在所述机械开关的两端；
所述控制装置控制连接机械开关，所述控制装置控制连接半导体开关，所述控制装置连接合闸触发信号，当控制装置接收到合闸触发信号时，同时控制机械开关以及半导体开关合闸；当机械开关合闸完成后，控制半导体开关分闸。
有益效果是，将该机械开关接入电路中，若收到机械开关闭合的触发信号，半导体开关合闸，整个电路导通，此时机械开关还在动作过程中，相比单纯的机械开关而言，提高电路导通的响应速度，避免了机械开关动作造成的延迟；随后机械开关合闸成功，由于机械开关导通压降小于半导体开关导通压降，控制半导体开关分闸，电流应力由机械开关承受，避免了半导体开关长时间承受电流应力，本发明的控制开关兼顾动作时间短和通流能力强的特性。
进一步地，所述控制装置包括第一控制模块和第二控制模块；所述第一控制模块控制连接半导体开关，所述第二控制模块控制连接所述机械开关；所述第一控制模块和所述第二控制模块均连接所述合闸触发信号。采用不同的模块分别控制机械开关以及半导体开关，机械开关的控制可以采用现有的控制方式，避免了对现有结构的改动，降低了控制结构的复杂程度。
附图说明
图1是本发明的混合式控制开关拓扑图；
图2是本发明的混合式控制开关的电气原理图；
图3是本发明的混合式控制开关中第一控制模块原理图；
图4是本发明的混合式控制开关中可控放电间隙结构示意图；
图中，1为可控放电间隙，2为腔体，3为内涂层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：
本发明提供一种混合式控制开关，如图1所示，包括机械开关K、控制装置以及可控放电间隙1，可控放电间隙1并联设置在机械开关K的两端；控制装置控制连接机械开关K，控制装置控制连接可控放电间隙1，控制装置连接合闸触发信号Plus，当控制装置接收到合闸触发信号Plus时，同时控制机械开关K以及可控放电间隙1合闸；当机械开关K合闸完成后，控制可控放电间隙1分闸。其中，合闸触发信号Plus由上位控制系统下发。
如图2所示，控制装置包括第一控制模块和第二控制模块；第一控制模块控制连接可控放电间隙1，第二控制模块控制连接机械开关K；第一控制模块和第二控制模块均连接合闸触发信号。其中，机械开关包含操动机构部分，具体属于现有技术，而第二控制模块是将合闸触发信号转换为操动机构部分的动作指令即可。
如图3所示，第一控制模块为一种驱动装置，包括升压电路，升压电路包括升压变压器Tro，升压电路的原边电路串联有储能电容Cap、IGBT器件T，升压电路的副边电路连接可控放电间隙1的触发端即C、D两端；IGBT器件T的控制端连接合闸触发信号Plus。本实施例中第一控制模块与第二控制模块为独立的控制模块，接收的合闸触发信号来源相同，作为其他实施方式，第一控制模块中驱动装置的合闸触发信号来源可以是第二控制模块，第二控制模块是机械开关原有的控制器。
可控放电间隙1结构如图4所示，其中端子A、B接主回路，端子C、D接专用第一控制模块。可控放电间隙1由腔体2，极板A1，点火电极C1，主间隙Gap组成，置于真空密封装置内，点火电极置于腔体2内。腔体2内表面涂有特殊涂层即内涂层3，当受到电击时可释放大量等离子气体。
IGBT器件本质上是一种可控开关管，作为其他实施方式，IGBT器件还可以用其他可控开关管代替。
本发明的控制开关动作过程如下：
在断开工况下，可控放电间隙1的A、B两端承受额定电压，且机械开关K的机械储能和电容Cap均已完成储能。
由合闸触发信号Plus同时触发可控放电间隙1与机械开关K合闸：
第一控制模块收到合闸触发信号后，直接触发的IGBT器件T，则IGBT器件T导通，IGBT器件T导通后，电容Cap与升压变压器Tro形成回路，电容电容Cap对升压变压器Tro低压侧绕组放电，此时低压侧绕组电压为U1，则此时升压变压器Tro高压侧绕组电压U2，且由于升压变压器变比大，则U2远大于U1，若升压变压器变比为1：n，则U2＝n×U1，当U2高于置于点火电极C1与腔体2间的激发电压，则C1与腔体2间介质击穿。腔体2内表面的特殊涂层受到电击，释放大量等离子气体，并从腔体2上部开口处喷出。等离子气体喷出使极板A1与腔体2间气隙击穿，形成电弧，连通端子A、B。此时，本发明的混合式控制开关的端子I、O之间已形成通路。
第二控制模块控制机械开关K合闸动作，由于机械惯性，机械开关K动作时间远大于可控放电间隙1导通时间，此时机械开关K仍处于断开状态。待机械开关K动作到位，由于机械开关K导通压降小于可控放电间隙1导通压降，则端子I、O间的电流转移至机械开关K，此时第一控制模块控制IGBT器件T断开，极板C1与腔体2间熄弧；合闸开始时，由可控放电间隙1承受电流应力，当机械开关K合闸后，可控放电间隙1分闸，由机械开关K承受电流应力。
其中，IGBT器件T断开的时机可以通过控制检测机械开关的辅助触点信号给出，断开时机也可以在预定时间之后，保证预定时间大于机械开关合闸时间即可。
实施例2：
本发明提供一种混合式控制开关，包括机械开关、控制装置以及半导体开关，半导体开关并联设置在机械开关的两端；控制装置控制连接机械开关，控制装置控制连接半导体开关，控制装置连接合闸触发信号，当控制装置接收到合闸触发信号时，同时控制机械开关以及半导体开关合闸；当机械开关合闸完成后，控制半导体开关分闸。本质上是将可控放电间隙用半导体开关代替了，同样也能够兼顾动作时间短和通流能力强的特性。
控制装置包括第一控制模块和第二控制模块；第一控制模块控制连接半导体开关，第二控制模块控制连接机械开关；第一控制模块和第二控制模块均连接合闸触发信号，其中，相比实施例1中的第一控制模块，本实施例中的第一控制模块需要根据半导体开关的控制原理进行设置。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种混合式控制开关，其特征在于，包括机械开关、控制装置以及可控放电间隙，可控放电间隙并联设置在所述机械开关的两端；
所述控制装置控制连接机械开关，所述控制装置控制连接可控放电间隙，所述控制装置连接合闸触发信号，当控制装置接收到合闸触发信号时，同时控制机械开关以及可控放电间隙合闸；当机械开关合闸完成后，控制可控放电间隙分闸。
2.根据权利要求1所述的混合式控制开关，其特征在于，所述控制装置包括第一控制模块和第二控制模块；所述第一控制模块控制连接可控放电间隙，所述第二控制模块控制连接所述机械开关；所述第一控制模块和所述第二控制模块均连接所述合闸触发信号。
3.根据权利要求2所述的混合式控制开关，其特征在于，所述第一控制模块包括升压电路；升压电路的原边电路串联有储能电容和可控开关管，升压电路的副边电路连接可控放电间隙的触发端；所述可控开关管的控制端连接所述合闸触发信号。
4.根据权利要求3所述的混合式控制开关，其特征在于，所述可控开关管为IGBT器件。
5.一种混合式控制开关，其特征在于，包括机械开关、控制装置以及半导体开关，半导体开关并联设置在所述机械开关的两端；
所述控制装置控制连接机械开关，所述控制装置控制连接半导体开关，所述控制装置连接合闸触发信号，当控制装置接收到合闸触发信号时，同时控制机械开关以及半导体开关合闸；当机械开关合闸完成后，控制半导体开关分闸。
6.根据权利要求5所述的混合式控制开关，其特征在于，所述控制装置包括第一控制模块和第二控制模块；所述第一控制模块控制连接半导体开关，所述第二控制模块控制连接所述机械开关；所述第一控制模块和所述第二控制模块均连接所述合闸触发信号。
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