CN1377051A - 无电弧断电交流电力开关 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无电弧断电的交流电力开关,它的主要原理基于半导体器件二极管正向导通反向截止的特性,理论和实践已经证实这种开关具有良好的消除电弧作用,可以极大延长开关的电寿命,提高断电的安全性,并能节约触头使用的宝贵的稀有金属,因而这种开关在电力领域有着诱人的应用前景。

Description

无电弧断电交流电力开关

本发明涉及一种交流电力开关。

在电力电路中，广泛使用电力开关。开关在断电时，会在触头间隙中形成强烈电弧，不仅极大缩短开关的电寿命，甚至会酿成事故，本发明就是针对这一问题，采用二极管正向导通反向截止的原理，提出一种无电弧断电交流电力开关。

交流电流的导通方向周期性的变化着，如果在交流开关连接电源和负载的触头两端，并联二极管，当电流和二极管方向相同时分断开触头，由于二极管承受了全部电流，二极管正向两端压降很小，在触头间隙中不会产生电弧，当电流反向时，二极管阻断了负载电流，此时再断开二极管和电路的连接，由于这种分断是在无电流状态下进行的，也不会产生电弧，这样就实现了无弧断电。因此会得到下述发明构思：

如图1、2所示，在交流开关连接电源和负载的触头1两端，并联一个二极管通路3(以下简称一通路)或两个二极管通路3(以下简称二通路)。二极管通路是由二极管2和辅助触头4串联组成。对于一通路情况，断电由控制电路控制，在交流电流方向和二极管2方向一致时的半周期内(以下简称正半周期)触头1分断，在紧接着的交流电流反向和二极管2方向相反的半周期内(以下简称负半周期)，触头4分断；对于二通路情况，这两个通路中二极管在电路中互为反向。断电时，触头1先分断，由控制机构控制两个二极管通路中二极管和电流方向相反的那个通路中触头4接着分断，二极管和电流方向一致的那个通路中触头4不分断，直到电流反向时，再分断。

对于一通路情况，主触头1的分断和辅助触头4分断的顺序的实现，可以通过触头分断间隙大小来实现，触头分断间隙大的触头分离早于触头分断间隙小的触头，因而触头1的分断间隙大于辅助触头4的分断间隙，这样触头1和辅助触头4分断的时间差基本上是一个恒定值，由控制电路控制触头1的分断时间，就能实现正半周期内触头1分离，负半周期内辅助触头4分离。图3是触头1分离时间控制电路，该电路由四部分组成：电源31、断电脉冲电路32、断电信号电路33、断电执行电路34。其中电源31是一个典型的整流滤波稳压电路，其交流绕组311是在开关磁力线圈351上增设的副绕组。断电脉冲电路由三部分构成：电流互感器321、过零比较器322和脉冲延时器323。电流互感器以负载和电源连接的主电路为初级绕组，副绕组两端连接于过零比较器322的输入端上。过零比较器322通过微分电路耦合至脉冲延时器323的输入端上。脉冲延时器输出端连接断电执行电路34中的可控硅341控制极，可控硅341阳极连接电阻344。电阻344另一端接电源正极。可控硅341阳极再和三极管342基极连接，可控硅341阴极接电源负极。三极管342集电极连接整流电桥343的正输出端，整流电桥的负输出端连接电源的负极，三极管342的发射极和信号电路中的稳压管331负极连接，稳压管331和电容332、电阻333并联，另一端接电源负极。稳压管331的输出再通过两个反向放大器334输出到脉冲延时器323的控制端。桥式整流器343输入端和磁力线圈控制开关352并联。

图1、2分别是由一个二极管通路构成的无电弧断电交流电力开关结构图和由两个二极管通路构成的无电弧断电交流电力开关结构图。其中1是连接电源和负载的触头，2是二极管，3是二极管通路，4是辅助触头，5是对辅助触头增设的磁力线圈。

图3是一个二极管通路的无电弧断电交流电力开关的控制电路原理图，图中31是电源，32是断电脉冲电路，33是断电信号电路，34是断电执行电路，311是开关磁力线圈351增设的副绕组，351是开关的磁力线圈，321是电流互感器，322是过零比较器，323是脉冲延时器，341是可控硅，342是三极管，343是整流电桥，344是电阻，331是稳压管，332是电容器，333是电阻，334是两个反向放大器，352是磁力线圈控制开关。

上述控制电路控制主触头1分离的工作过程如下：当电力开关磁力线圈被控制开关接通时，磁力线圈得电，开关导通，控制电路中电源同时得电，主电路中电流信号由电流互感器传至断电脉冲电路的过零比较器输入端，过零比较器输出方波信号，方波信号的转折点对应电流零点，该信号通过微分电路后变为以交流周期为周期的尖脉冲，该脉冲对应着主电路电流由负向正转换的零点(或者对应着主电路电流由正向负转换的零点)，该脉冲经脉冲延时器转换为延迟的脉冲，但控制开关在闭合时，断电执行电路中桥式整流器输入端被控制开关所短路，因此三极管342集电极到发射极电路中没有电流，只有基极到发射极的电流，该电流很小不能提高三极管发射极的电位，因而经过两个反向放大器后输出到脉冲延时器控制端的电平为低，脉冲延时器没有输出，可控硅处于非导通状态，三极管342基极电流一直保持。当控制开关352断开时，桥式整流器输入端不再被短路，三极管342由于有基极电流，集电极到发射极导通，有较大电流流过，发射极电位提高，并由电容保持，这时脉冲延时器323控制端变为高电平，脉冲信号由脉冲延时器输出给可控硅控制极，可控硅导通，三极管342基极失去电流，从而关断磁力线圈351中的电流，触头1被关断。适当调节延迟的时间(应考虑到开关的机械延迟)，可以使触头1在正半周期断开，副触头4在负半周期断开。控制电路的电源失电，由于可控硅导通后始终保持，直到电源中滤波电容电荷被完全释放，可控硅恢复关断。断电后三极管342发射极连接的电容中的电荷也由它所并联电阻释放，这样电路处于再次被接通的准备状态。

如图2所示，对于二通路情况，控制机构构成如下：给每个辅助触头4增设磁力线圈5，控制辅助触头的释放。磁力线圈5串联于各自的二极管通路中。两个辅助触头4分断间隙小于触头1的分断间隙，它们闭合与触头1联动，分断由各自磁力线圈5控制。控制机构工作过程如下：断电时，触头1先断开，电流沿和二极管方向一致的二极管通路3流过，同时流过该通路的磁力线圈5，吸合了该路的触头4不得断开。而另一二极管通路则无电流流过，因而这路辅助触头4被释放。等到电流反向时，刚才导通的二极管截止，磁力线圈5失电，吸合的辅助触头4也被释放。至于断电时截止的二极管所在的通路，由于它的辅助触头4已被释放，不可能再导通。这样就完成了断电过程，此过程中不会有电弧产生。

由实验已完全证实这种方式的开关可以有效地抑制断电电弧的产生，延长开关的使用寿命，并且主要电子器件是二极管，它的成本也很低，适合于开发推广。

Claims (3)

1、一种包括触头的无电弧断电交流电力开关，其主要特征在于：在连接电源和负载的触头(1)两端，并联一个二极管通路(3)(以下简称一通路)或两个二极管通路(3)(以下简称二通路)；二极管通路是由二极管(2)和辅助触头(4)串联组成；对于一通路情况，断电由控制电路控制，在交流电流方向和二极管(2)方向一致时的半周期内(以下简称正半周期)触头(1)分断，在紧接着的交流电流反向和二极管(2)方向相反的半周期内(以下简称负半周期)，触头(4)分断；对于二通路情况，这两个通路中二极管在电路中互为反向；断电时，触头(1)先分断，由控制机构控制两个二极管通路中二极管和电流方向相反的那个通路中触头(4)接着分断，二极管和电流方向一致的那个通路中触头(4)不分断，直到电流反向时，再分断。

2、根据权利1所述的无电弧断电交流电力开关，其主要特征在于：对于一通路情况，主触头(1)的分断和辅助触头4分断的顺序的实现，可以通过触头分断间隙大小来实现，触头(1)的分断间隙大于辅助触头(4)的分断间隙，由控制电路控制触头(1)的分断时间；控制电路由四部分组成：电源(31)、断电脉冲电路(32)、断电信号电路(33)、断电执行电路(34)；其中电源(31)是一个整流滤波稳压电路，其交流绕组(311)是在开关磁力线圈(351)上增设的副绕组；断电脉冲电路由三部分构成：电流互感器(321)、过零比较器322和脉冲延时器(323)  电流互感器以负载和电源连接的主电路为初级绕组，副绕组两端连接于过零比较器(322)的输入端上；过零比较器(322)通过微分电路耦合至脉冲延时器(323)的输入端上；脉冲延时器输出端连接断电执行电路(34)中的可控硅(341)控制极，可控硅(341)阳极连接电阻(344)  电阻(344)另一端接电源正极；可控硅(341)阳极再和三极管(342)基极连接，可控硅(341)阴极接电源负极；三极管(342)集电极连接整流电桥(343)的正输出端，整流电桥的负输出端连接电源的负极，三极管(342)的发射极和信号电路中的稳压管(331)负极连接，稳压管(331)和电容(332)、电阻(333)并联，另一端接电源负极；稳压管(331)的输出再通过两个反向放大器(334)输出到脉冲延时器(323)的控制端；桥式整流器(343)输入端和磁力线圈控制开关(352)并联。

3、根据权利1所述的无电弧断电交流电力开关，其主要特征在于：对于二通路情况，控制机构构成如下：给每个辅助触头(4)增设磁力线圈(5)，控制辅助触头的释放；磁力线圈(5)串联于各自的二极管通路中；两个辅助触头(4)分断间隙小于触头(1)的分断间隙，它们闭合与触头(1)联动，分断由各自磁力线圈(5)控制。

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