CN202285333U

CN202285333U - 节能型复合开关

Info

Publication number: CN202285333U
Application number: CN 201120437328
Authority: CN
Inventors: 梁德政; 骆武宁; 李俊
Original assignee: GUANGXI NORMSBAY ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: GUANGXI NORMSBAY ELECTRICAL CO Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2021-11-08

Abstract

本实用新型公开了一种节能型复合开关。本复合开关的第一端子用于与电网相连，第二端子用于与电力电容相连，第三端子用于连接继电器直流供电电源其中一极，第四端子经与控制开关串联后连接至继电器直流供电电源另一极；第一端子与第二端子之间为双向可控硅开关和继电器常开触点的并联；第三端子和第四端子分别内接至继电器线圈的A端和B端；还设有直接接至与第四端子所连直流供电电源同极的第五端子；第五端子与线圈A端间还连接有电容；线圈A端与第三端子间还连接有电阻。由于在投入电力电容后继电器线圈上通过的电流大为减小，线圈发热量可显著降低，因而继电器及复合开关整机的工作可靠性可大为增加。

Description

节能型复合开关

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，更具体地说是涉及一种节能型复合开关。

背景技术

复合开关是用于控制电力电容器投切的器件，其工作原理是通过将可控硅(晶闸管)开关与继电器的触点并联接通电路，使可控硅在电容投入和切除的瞬间进行过零投切，即投入时在电压过零瞬间可控硅先过零触发导通，稳定后再将继电器触点吸合导通，而要切出时是先将可控硅导通，继电器触点继而断开，可控硅延时过零断开，从而实现电流过零时切除。由于复合开关是由可控硅经短时间导通后转为由继电器的机械接点来通过运行电流，因此，复合开关既具有可控硅开关过零投切无涌流的优点，又具有机械触点运行无功耗的长处，也就避免了可控硅运行发热和机械触点投切火花及给电网带来可能冲击的缺陷，是一种较为理想的电容投切开关。此外，由于继电器在吸合与断开的瞬间都没有涌流和火花，因此，它的电器理论寿命远高于设计的寿命，而它的机械寿命高达几十甚至上百万次，可以保证长期运行。

然而，由于复合开关通常都采用的是全封闭封装，即复合开关的组件可控硅和继电器通常是一起被封装于封闭壳体内，根据本领域普通技术人员的常识，在全封闭状态下的继电器线圈工作温升会远高于开放状态下的工作温升，严重时甚至可能影响继电器线圈的寿命，因而，复合开关的电器寿命也极可能受到影响。本发明人通过对若干组不同型号复合开关的继电器线圈进行了不同运行状态下阻值的对比测量实验也证实了上述说法：在工作状态下单相复合开关的继电器线圈至少有20多摄氏度的温升，三相复合开关的继电器线圈温升更高。

此外，现有技术中，电磁式继电器的线圈多为直接(或通过串接的控制开关直接)接到供电电源上，因此，在工作状态下，触点吸合前后该线圈上通过的电流大小是一致的。由于触点吸合后用于维持触点吸合的继电器线圈维持电流通常可以远小于吸合瞬间电流，因而，触点吸合后继续向继电器线圈通以原大电流，不但会造成电能浪费，而且继电器线圈也会因发热量大而使继电器使用寿命降低，尤其触点非频繁启闭的大功率电磁式继电器更是明显。

实用新型内容

本实用新型的目的，即在于提供一种节能效果好、使用寿命长的节能型复合开关。

本实用新型节能型复合开关，包括有用于与电网相连的第一端子，用于与电力电容相连的第二端子，用于连接继电器直流供电电源其中一极的第三端子，用于经与继电器控制开关串联后连接至继电器直流供电电源另一极的第四端子；在本复合开关内部，所述第一端子与第二端子之间为双向可控硅开关和继电器常开触点的并联电路，所述双向可控硅的门极与可控硅投切控制电路的输出端相连，所述第三端子和第四端子分别连接至继电器线圈的A端和B端；其特别之处在于：本复合开关还设有直接连接至所述继电器直流供电电源一极的第五端子，该端子与第四端子连接到所述继电器直流供电电源的同一极；所述第五端子与所述线圈A端之间，还连接有电容；所述线圈A端与第三端子之间，还连接有电阻。

所述电容的容量选择，应使得由该电容和所述继电器线圈组成的RC串联电路的时间常数为该继电器的可靠吸合时间的1.5倍以上，优选的所述时间常数为该继电器的可靠吸合时间的3倍。

所述电阻的阻值R≤U/I_维-R_J，其中：U为所述直流供电电源的供电电压，I_维为所述继电器线圈的最小可靠吸合维持电流，R_J为所述继电器线圈的直流电阻。

此外，所述继电器直流供电电源的供电电压，可采用等于所述继电器线圈的额定工作电压或高于该电压。本复合开关的其它控制电路部分，可采用或借鉴现有技术。所述继电器控制开关，可采用手控开关，或者采用电子式的有触点或无触点开关，例如采用由可控硅或三极管或场效应管等为基本元件的无触点开关。

本实用新型节能型复合开关的工作原理、工作过程及优点分析如下：

1)初始状态：在复合开关接收到电力电容投入指令前，继电器控制开关断开，直流供电电源通过电阻对电容按指数规律进行充电，直至充电结束；按照电学常识，此时电容两端电压基本可视同等于直流供电电源电压；

2)需要投入电力电容时，先控制复合开关中的可控硅在电压过零瞬间触发导通，电力电容稳定投入运行后再闭合所述继电器控制开关，此时，由于电容两端电压不能突变，在继电器线圈上基本上可视同接入了与直流供电电源等值的电压，则继电器线圈得电，将继电器触点接入电网；

3)在所述继电器的触点吸合到位后，控制复合开关中的可控硅切除；

在电力电容投入稳定运行期间，由继电器的机械接点来通过运行电流；电路最终达到平衡状态时，根据电学常识，电容上所通过的电流接近为零，直流供电电源电压可视同加在继电器线圈与电阻形成的串联支路上，加在继电器线圈的分压U_J＝U/(R+R_J)X R_J。由于电磁式继电器具有用于维持触点可靠吸合的线圈维持电流通常可以远小于吸合瞬间电流的特性，即继电器线圈维持电压可以大大小于继电器的额定工作电压，因此，即便继电器线圈上所加电压远小于继电器的额定工作电压，只要U_J维持一定值，则继电器仍然能可靠工作于稳定吸合状态。因此，继电器线圈工作状态下的发热量得以大为降低，同时，工作寿命得以延长。

作为对上述节能型复合开关的再进一步优化，所述电阻的两端，还并联有所述继电器的一对常闭触点。其作用是：在电容充电前闭合，可进一步减少电容的充电时间，提高本复合开关的快速响应能力，适用于对转换时间要求比较高的场合。

本发明人的实际测试表明：在选择了合适的所述电阻及电容参数的情形下，采用本实用新型技术方案的节能型复合开关，相较于现有技术，节能可高达75％，更重要的是，由于继电器线圈温升大幅降低使得复合开关的内部温升得以大幅降低，复合开关的工作寿命及整机可靠性得以大大提升。

附图说明

图1是本实用新型节能型复合开关的一个实施例的电路原理图。

图2是本实用新型节能型复合开关的另一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型节能型复合开关作进一步地说明。

实施例1：

图一所示的节能型复合开关，包括有五个外接端子：第一端子1用于与电网相连，第二端子2用于与电力电容相连，第三端子3用于连接继电器直流供电电源正极，第四端子4经与继电器控制开关K串联后连接至继电器直流供电电源负极，第五端子5直接接至继电器直流供电电源负极。本节能型复合开关的内部电路连接关系为：第一端子1与第二端子2之间为双向可控硅开关和继电器常开触点的并联电路；所述双向可控硅的门极与可控硅投切控制电路的输出端相连；第三端子和第四端子分别内接至继电器线圈的A端和B端；第五端子与线圈A端之间，还连接有电容C；所述线圈A端与第三端子3之间，还连接有电阻R。

图中，所述继电器的直流供电电压，采用等于所述继电器线圈的额定工作电压。本复合开关的其它控制电路部分，可采用或借鉴现有技术。所述继电器控制开关K，可采用手控开关，或者采用电子式的有触点或无触点开关，例如采用由可控硅或三极管或场效应管等为基本元件的无触点开关，并可采用单片机的I/O口控制其启/闭。

(1)元器件及电路参数：

直流供电电源电压：U＝12V；

HF2160型电磁继电器：额定工作电压12V，线圈直流电阻R_J＝160Ω，线圈的最小可靠吸合电压9V，线圈的释放电压为1.2V；最小维持电流I_维＝7.5mA，电磁继电器触点的吸合时间为15ms；吸合功率0.9W。

电阻R＝510Ω；

电容C＝220uF。

(2)采用现有常规方法时：(即线圈与控制开关串联后连接到12V直流供电电源上)

继电器线圈的功率P1＝UXU/R_J＝0.9W；得电后运行1小时后的线圈温升为25℃。

(3)采用本实用新型技术方案，并采用上述参数的电阻和电容：

1)实验数据：

A)初始状态下，控制开关K断开，电容两端电压经200ms，已基本等于直流供电电源电压；

B)闭合控制开关K，电容对继电器线圈放电；

C)继电器线圈在得电后，电容两端电压继续降低；经过200ms，电容两端电压基本达到稳定值2.85V。

D)经100次的实验观察，电磁继电器触点能保持可靠吸合；

吸合状态下，实测得线圈的吸合维持电流I_维＝18mA，线圈两端的电压为2.85V；得电后运行1小时后的线圈温升为2℃；

2)相关技术分析：

继电器线圈的功率P2＝I²XR_J＝(U/(R+R_J))²XR_J≈0.05W；

电阻的功率P3＝I²XR＝(U/(R+R_J))²XR≈0.17W；

总损耗功率P＝P2+P3≈0.05+0.17＝0.22W；

吸合状态下电容两端电压的稳定值2.85V，与继电器线圈的分压U_J理论值＝U/(R+R_J)XR_J基本相符。

(4)上述实验数据表明：

1)由于吸合状态下，线圈两端的电压＞释放电压，故而电磁继电器触点能保持可靠吸合；

2)由此可见，采用本实用新型方案，本实施例的继电器线圈的用电量仅为现有常规方法的不到6％，线圈的发热量也大为降低。总的损耗功率仅为原电磁继电器吸合功率的24％，节能76％。

实施例2：

图2是本实用新型节能型复合开关的另一个实施例的电路原理示意图。与图1相比，区别在于电阻R的两端还并联有所述继电器的一对常闭触点。

实施例3：

参照图1，本实用新型节能型复合开关的控制方法为：

1)在复合开关接收到电力电容投入指令前：复合开关中的继电器直流供电电源通过电阻R对电容C充电；

2)复合开关接收到电力电容投入指令后，控制复合开关中的可控硅在电压过零瞬间触发导通；

3)电力电容投入稳定运行后，通过控制开关K的闭合，使电容C对继电器线圈瞬间放电并使继电器的触点吸合到位；

4)在所述继电器的触点吸合到位后，控制复合开关中的可控硅从电路中切除：

在电力电容稳定投入运行期间，继电器线圈与电阻R串联后连接至所述直流供电电源上；继电器线圈两端电压在远小于继电器额定工作电压的水平维持工作，从而继电器线圈在低电流低发热量下工作，并进而使得复合开关的温升得以大大降低。

Claims

1.节能型复合开关，包括有用于与电网相连的第一端子，用于与电力电容相连的第二端子，用于连接继电器直流供电电源其中一极的第三端子，用于经与继电器控制开关串联后连接至继电器直流供电电源另一极的第四端子；在本复合开关内部，所述第一端子与第二端子之间为双向可控硅开关和继电器常开触点的并联电路，所述双向可控硅的门极与可控硅投切控制电路的输出端相连，所述第三端子和第四端子分别连接至继电器线圈的A端和B端；其特征在于，本复合开关还设有直接连接至所述继电器直流供电电源一极的第五端子，该端子与第四端子连接到所述继电器直流供电电源的同一极；所述第五端子与所述线圈A端之间，还连接有电容；所述线圈A端与第三端子之间，还连接有电阻。

2.根据权利要求1所述的节能型复合开关，其特征在于：所述电容的容量选择，应使得由该电容和所述继电器线圈组成的RC串联电路的时间常数为该继电器的可靠吸合时间的1.5倍以上。

3.根据权利要求2所述的节能型复合开关，其特征在于：所述电容的容量选择，使得由该电容和所述继电器线圈组成的RC串联电路的时间常数为该继电器的可靠吸合时间的3倍。

4.根据权利要求1所述的节能型复合开关，其特征在于：所述电阻的阻值R≤U/I_维-R_J，其中：U为所述直流供电电源的供电电压，I_维为所述继电器线圈的最小可靠吸合维持电流，R_J为所述继电器线圈的直流电阻。

5.根据权利要求1至4之一所述的节能型复合开关，其特征在于：所述电阻的两端，还并联有所述继电器的一对常闭触点。