CN114079277A - 交流电容器放电开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交流电容器放电开关，该放电开关具有自动隔交流通直流的功能，即当放电开关两端是交流电压时开关处于断开状态，并且放电开关在交流电路中功耗极低；当放电开关两端变成直流电压时，放电开关会迅速导通，通过与放电开关串联的放电电阻可以将电容器上的剩余电压迅速放掉。该放电开关还具有温度保护的功能，使本发明的放电开关的使用更加安全可靠。本发明的放电开关接不同功率的放电电阻组成的电容器快速放电装置可以适应不通放电速度的要求。用本发明的放电开关配合放电电阻取代传统的放电电阻，可以大大降低传统电容放电电阻的功耗并可以实现快速放电。
Description
技术领域
本发明涉及一种交流电容器放电开关(以下简称放电开关)，特别涉及一种低功耗交流电容器快速放电开关。
背景技术
在电网中使用交流电容器，用来进行功率因数补偿，提高电压的稳定性，调节在电路传输中由于感性元件产生的功率传输效率低下。由于电网的污染，现在大量的使用交流电容器作为滤波使用。当交流电容器从交流电路中脱开时，电容器上的电荷并没有放掉，这时很容易发生触电事故。所以电容器在脱离交流电源时，必须使用放电装置立刻将电容器上的剩余电量放掉，这是安全使用交流电容器的要求。在实际使用中，放电装置总是并联在交流电容器的两端，即使在交流电容器工作在交流电路中的时候放电装置也不能与电容器断开，以保证放电装置在电容器脱离交流电路时能立刻将电容器上的剩余电荷放掉。
常见的低压电容器放电装置是并联在电容器两端的放电电阻，电容器的容量越大，要求并联的放电电阻越小，以保证电容器与交流电源断开后，电容器能够在规定的时间内快速放电，但是恰恰由于这个电阻给电容器本身正常工作时候增加了功耗，浪费了电能；如果要降低功率损耗，须使用阻值较大的放电电阻，这样会增加放电的时间，并有可能超过电气安全规定的允许。
专利号为FI94473B的芬兰专利和CN201611160360.3的中国专利，公开了一种电容器快速放电装置是由放电电阻，电容，双向二极管和双向可控硅组成。这个放电装置能够快速放电，并且在交流电路中的功耗较低，但是这个放电装置在实际使用中存在很多问题因此造成这种低功耗的放电装置并没有推广。第一，经常出现放电装置的放电电阻烧毁的情况，这是因为放电电阻功率选的较小造成的，但如果选用大功率的放电电阻会导致产品体积变大和成本增加而不利于产品的推广和应用。第二，由于电容放电时放电电流很小，一般不会超过几百毫安，如果使用小功率可控硅可以降低成本和减小体积，但1A以下小功率可控硅的耐压是600VAC，这是无法达到380V交流电路的2.15倍的测试标准，所以这种放电装置只能应用于低于220VAC的民用交流电路中，而使用高压可控硅，体积和成本都会增加也就失去了推广的价值。第三这种电容器放电装置的放电电阻和装置是一体的，如图1所示如果将放电电阻R与放电装置分开，放电开关是一个3端元件，在生产或实际使用中无法根据放电速度的要求灵活的更换不同阻值和功率的放电电阻。
虽然诺基亚电容器公司在上世纪90年代就提出了电容快速放电装置的专利，并有产品上市，正是由于上述的原因到目前这个产品没有推开市场或说是没有市场价值。
发明内容
为了克服现有交流电容器快速放电装置的不足，本发明的目的是提供一种用小电流低压双向可控硅构成低成本高压双向可控硅的方案，以及用这种低成本高压可控硅构成两端子的放电开关的应用，从而实现耗电量极低且放电速度又大大超过普通放电电阻放电的放电装置。同时放电开关内设置温度保护，防止放电电阻由于过热烧毁。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：本发明发明放电开关是一个两端元件，放电开关由可控硅T1、可控硅T2、互感线圈L1L2、电阻R1、电容C、双向触发二极管DB3和热敏电阻Rt组成，电阻R1和电容C串联后与可控硅T1和可控硅T2的串联支路并联，电阻R1和电容C的连接点通过双向触发二极管DB3和热敏电阻Rt的串联支路与互感线圈L1的一端连接，互感线圈L1的另一端与可控硅T1的触发极连接，互感线圈的L2一端与可控硅T2的控制极连接，L2另一端与可控硅T2的阴极连接。
进一步的，放电开关的所有元件采用贴片元件，电阻R1的取值范围是1MΩ-100MΩ，C的取值范围在200pF-0.1uF。
进一步的，放电开关与放电电阻R串联组成的电容器快速放电装置，放电电阻R与放电开关的A1端连接。
本发明具有如下优点：
本发明的高压双向可控硅可以解决1000V以下电压条件下使用双向可控硅作为开关元件使用的要求。使用这种高压双向可控硅制成的微功耗交流电容器快速放电装置并联在交流电容器两端，在交流电路中时，其功耗仅有几个mW，是普通放电电阻功耗的百分之一到千分之一。而当脱离交流电源时，可控硅会在100mS内导通，并在数秒或更短的时间内将电容器上的剩余电量迅速放掉。放电元件功耗和发热的减少，直接的效果是减少电能的消耗，而在放电元件内置在电容器的情况下，由于发热降低，也减少了电容器的发热，有利于延长电容器的使用寿命。
附图说明：
图1是现有技术电容器放电装置电路示意图；
图2是本发明放电开关电路示意图之一；
图3是本发明放电开关电路示意图之二；
图4是本发明放电开关应用实施例之一；
图5是本发明放电开关应用实施例之二；
具体实施例说明
如图2所示，本发明发明放电开关是一个两端元件，放电开关由可控硅T1、可控硅T2、互感线圈L1L2、电阻R1、电容C、双向触发二极管DB3和热敏电阻Rt组成，电阻R1和电容C串联后与可控硅T1和可控硅T2的串联支路并联，电阻R1和电容C的连接点通过双向触发二极管DB3和热敏电阻Rt的串联支路与互感线圈L1的一端连接，互感线圈L1的另一端与可控硅T1的触发极连接，互感线圈的L2一端与可控硅T2的控制极连接，L2另一端与可控硅T2的阴极连接。放电开关的工作过程如下：当放电开关两端A1、A2为交流电压时，经过电阻R1和电容C交流分压后，电容两端的电压峰值远远低于双向触发二极管DB3的触发电压，可控硅T1的触发极不会有电流通过，可控硅T1和可控硅T2的A1和A2两端为交流电时处于关断状态。当放电开关的两端A1和A2为直流电压时，直流电压通过电阻R1给电容C充电，当电容C两端电压超过双向触发二极管DB3的触发电压(如30V)时，电容C通过双向触发二极管DB3、热敏电阻Rt、互感线圈L1和可控硅T1的触发极放电，电容C的放电电流使可控硅T1导通，同时互感线圈L1的通过电流在L2产生感生电流触发可控硅T2同时导通，于是可控硅T1和可控硅T2同时导通，就有电流通过与放电开关串联的放电电阻R。可控硅T1、可控硅T2和互感线圈L1L2组成了一个高压小电流可控硅，耐压超过1000Vac，可控硅T1、可控硅T2可以采用贴片元件，体积可以大大的缩小。
当放电开关频繁导通时，会使放电电阻R通过的平均电流很大而造成放电电阻R温度升高，这使热敏电阻Rt的温度也增加并导致热敏电阻Rt阻值增大，当热敏电阻Rt的阻值大到通过Rt的电流小于可控硅T1触发极的电流时，T1、T2不会导通，从而可以避免放电电阻继续发热而烧毁。放电电阻R与放电开关的A1端连接，热敏电阻Rt与放电电阻R距离比较近可以准确的检测到放电电阻R的温度，而热敏电阻Rt与放电开关的A1端直接的电压差很低，这相当于热敏电阻Rt与放电电阻R之间的绝缘更加容易处理。用多支可控硅串联进一步提高电压，每个可控硅的控制极上接上互感线圈的多个次级，可以进一步提高放电开关的工作电压。
图3是本发明的交流电容器快速放电装置实施例之一，对于使用电压不高条件下如市电220V的场合，可以采用图3的电路用单支小电流可控硅，放电开关的所有元件都可以用贴片元件，这样做出来的放电开关的体积更小。电阻R1的取值范围是1MΩ-100MΩ，如果电阻R1取值为50MΩ，在220V交流系统，本发明的放电开关的功耗仅为1mW左右，这是几乎可以忽略不计的功耗，C的取值范围在200pF-0.1uF，C的取值增大将影响到电容器开关放电导通的时间。放电电阻的取值可以在100Ω-50kΩ，对于一般补偿电容器的放电，放电电阻R的取值在500Ω-5000Ω比较合适。放电电阻R可以选用线绕电阻或碳膜电阻，由于放电瞬间放电电容R承受的瞬时功率很大，建议使用线绕电阻。根据需要放电的频率可以选取不同功率电阻，放电的频率越高需要放电电阻的功率越大。本发明的放电开关采用1A可控硅，采用50W的放电电阻，最快放电间隔可以做到200mS。放电开关是一个体积很小的放电开关板，换不用阻值和功率的放电电阻可以灵活的适应不同放电速度的要求，这也是本发明放电开关的一个特点。
图4是本发明放电开关的一个应用实例，本发明放电开关全部采用贴片元件，安装在一个面积仅为7*10mm的线路板，有两个端子A1和A2，一端(A1端)与不同功率和阻值的线绕电阻或碳膜电阻连接，放入合适尺寸的外壳内就可以组成适合不同放电速度要求的低功耗交流电容器快速放电装置，放电电阻R和放电开关板在同一个外壳内，放电电阻产生的热量可以迅速传导到放电开关板的热敏电阻上，因此放电电阻更容易得到保护。同一个放电开关板可以对应多种型号、不同阻值和功率的放电电阻，这使生产组装变得非常方便。对于EMI滤波器的X电容的放电，可以采用功率较小电阻(如1W电阻)，这样用本发明放电开关做出来的电容器快速放电装置的体积很小，并且放电速度并普通电阻快很多。
图5是本发明放电开关的一个应用实例，本发明的放电开关可以独立做成一个两端子元件，图4的放电开关板装在一个外壳内即是独立的放电开关，外接一个线绕电阻或水泥电阻就是一个电容器的快速放电装置，这种连接方式的有点是可以灵活的更换放电电阻，但缺点是放电电阻的放出的热量只能通过引线传导到放电开关的A1端，保护的效果不如图4的实施例。使用功率50W470Ω的放电电阻，一个400V30kvar的角型电容断电后最快可以在200mS内将电容器的剩余电压降到复合开关可以再次投切的电压，如果使用传统的放电电阻，保证这个放电速度，电阻的功率要800W以上，传统放电电阻的耗电显然是非常巨大的。
随着用电器数量和种类的增多，电网的品质在不断的恶化，为了提高电网的功率因数和电网的品质，使用交流电容器进行功率因数补偿和滤波已经是净化电网必不可少的手段，为了更精确的控制和补偿电网的各种参数，要求交流电容器更加频繁的投切。这就为电容器的放电提出了更高的要求，即要求电容器在脱离交流电源后快速放电，以保证可以随时准备再次投切。如果使用普通放电电阻就必须用大功率小阻值的电阻，这将造成很大的能量消耗，这一方面是电能损耗很大，另一方面电阻产生的热量对电容器的寿命和配电柜的安全使用也是一个不利因素。使用本发明放电开关的交流电容器微功耗快速放电装置可以解决这一问题，它不但可以减小交流电容器交流工作时的综合损耗，而且可以在电容器与交流电源断开后在极短的时间内将电容器上的剩余电量放掉。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (3)
1.一种放电开关是一个两端元件，放电开关由可控硅T1、可控硅T2、互感线圈L1L2、电阻R1、电容C、双向触发二极管DB3和热敏电阻Rt组成，电阻R1和电容C串联后与可控硅T1和可控硅T2的串联支路并联，电阻R1和电容C的连接点通过双向触发二极管DB3和热敏电阻Rt的串联支路与互感线圈L1的一端连接，互感线圈L1的另一端与可控硅T1的触发极连接，互感线圈的L2一端与可控硅T2的控制极连接，L2另一端与可控硅T2的阴极连接。
2.根据权利要求1所述的放电开关，其特征在于，所述放电开关的所有元件采用贴片元件，电阻R1的取值范围是1MΩ-100MΩ，C的取值范围在200pF-0.1uF。
3.根据权利要求1、2所述的放电开关，其特征在于，放电开关与放电电阻R串联组成电容器快速放电装置，放电电阻R与放电开关的A1端连接。
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