專利名稱：無電弧斷電交流電力開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電力開關(guān)。
在電力電路中，廣泛使用電力開關(guān)。開關(guān)在斷電時(shí)，會(huì)在觸頭間隙中形成強(qiáng)烈電弧，不僅極大縮短開關(guān)的電壽命，甚至?xí)劤墒鹿?，本發(fā)明就是針對(duì)這一問題，采用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟脑恚岢鲆环N無電弧斷電交流電力開關(guān)。
交流電流的導(dǎo)通方向周期性的變化著，如果在交流開關(guān)連接電源和負(fù)載的觸頭兩端，并聯(lián)二極管，當(dāng)電流和二極管方向相同時(shí)分?jǐn)嚅_觸頭，由于二極管承受了全部電流，二極管正向兩端壓降很小，在觸頭間隙中不會(huì)產(chǎn)生電弧，當(dāng)電流反向時(shí)，二極管阻斷了負(fù)載電流，此時(shí)再斷開二極管和電路的連接，由于這種分?jǐn)嗍窃跓o電流狀態(tài)下進(jìn)行的，也不會(huì)產(chǎn)生電弧，這樣就實(shí)現(xiàn)了無弧斷電。因此會(huì)得到下述發(fā)明構(gòu)思如

圖1、2所示，在交流開關(guān)連接電源和負(fù)載的觸頭1兩端，并聯(lián)一個(gè)二極管通路3(以下簡(jiǎn)稱一通路)或兩個(gè)二極管通路3(以下簡(jiǎn)稱二通路)。二極管通路是由二極管2和輔助觸頭4串聯(lián)組成。對(duì)于一通路情況，斷電由控制電路控制，在交流電流方向和二極管2方向一致時(shí)的半周期內(nèi)(以下簡(jiǎn)稱正半周期)觸頭1分?jǐn)?，在緊接著的交流電流反向和二極管2方向相反的半周期內(nèi)(以下簡(jiǎn)稱負(fù)半周期)，觸頭4分?jǐn)?；?duì)于二通路情況，這兩個(gè)通路中二極管在電路中互為反向。斷電時(shí)，觸頭1先分?jǐn)?，由控制機(jī)構(gòu)控制兩個(gè)二極管通路中二極管和電流方向相反的那個(gè)通路中觸頭4接著分?jǐn)?，二極管和電流方向一致的那個(gè)通路中觸頭4不分?jǐn)?，直到電流反向時(shí)，再分?jǐn)唷?br> 對(duì)于一通路情況，主觸頭1的分?jǐn)嗪洼o助觸頭4分?jǐn)嗟捻樞虻膶?shí)現(xiàn)，可以通過觸頭分?jǐn)嚅g隙大小來實(shí)現(xiàn)，觸頭分?jǐn)嚅g隙大的觸頭分離早于觸頭分?jǐn)嚅g隙小的觸頭，因而觸頭1的分?jǐn)嚅g隙大于輔助觸頭4的分?jǐn)嚅g隙，這樣觸頭1和輔助觸頭4分?jǐn)嗟臅r(shí)間差基本上是一個(gè)恒定值，由控制電路控制觸頭1的分?jǐn)鄷r(shí)間，就能實(shí)現(xiàn)正半周期內(nèi)觸頭1分離，負(fù)半周期內(nèi)輔助觸頭4分離。圖3是觸頭1分離時(shí)間控制電路，該電路由四部分組成電源31、斷電脈沖電路32、斷電信號(hào)電路33、斷電執(zhí)行電路34。其中電源31是一個(gè)典型的整流濾波穩(wěn)壓電路，其交流繞組311是在開關(guān)磁力線圈351上增設(shè)的副繞組。斷電脈沖電路由三部分構(gòu)成電流互感器321、過零比較器322和脈沖延時(shí)器323。電流互感器以負(fù)載和電源連接的主電路為初級(jí)繞組，副繞組兩端連接于過零比較器322的輸入端上。過零比較器322通過微分電路耦合至脈沖延時(shí)器323的輸入端上。脈沖延時(shí)器輸出端連接斷電執(zhí)行電路34中的可控硅341控制極，可控硅341陽(yáng)極連接電阻344。電阻344另一端接電源正極。可控硅341陽(yáng)極再和三極管342基極連接，可控硅341陰極接電源負(fù)極。三極管342集電極連接整流電橋343的正輸出端，整流電橋的負(fù)輸出端連接電源的負(fù)極，三極管342的發(fā)射極和信號(hào)電路中的穩(wěn)壓管331負(fù)極連接，穩(wěn)壓管331和電容332、電阻333并聯(lián)，另一端接電源負(fù)極。穩(wěn)壓管331的輸出再通過兩個(gè)反向放大器334輸出到脈沖延時(shí)器323的控制端。橋式整流器343輸入端和磁力線圈控制開關(guān)352并聯(lián)。
圖1、2分別是由一個(gè)二極管通路構(gòu)成的無電弧斷電交流電力開關(guān)結(jié)構(gòu)圖和由兩個(gè)二極管通路構(gòu)成的無電弧斷電交流電力開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。其中1是連接電源和負(fù)載的觸頭，2是二極管，3是二極管通路，4是輔助觸頭，5是對(duì)輔助觸頭增設(shè)的磁力線圈。
圖3是一個(gè)二極管通路的無電弧斷電交流電力開關(guān)的控制電路原理圖，圖中31是電源，32是斷電脈沖電路，33是斷電信號(hào)電路，34是斷電執(zhí)行電路，311是開關(guān)磁力線圈351增設(shè)的副繞組，351是開關(guān)的磁力線圈，321是電流互感器，322是過零比較器，323是脈沖延時(shí)器，341是可控硅，342是三極管，343是整流電橋，344是電阻，331是穩(wěn)壓管，332是電容器，333是電阻，334是兩個(gè)反向放大器，352是磁力線圈控制開關(guān)。
上述控制電路控制主觸頭1分離的工作過程如下當(dāng)電力開關(guān)磁力線圈被控制開關(guān)接通時(shí)，磁力線圈得電，開關(guān)導(dǎo)通，控制電路中電源同時(shí)得電，主電路中電流信號(hào)由電流互感器傳至斷電脈沖電路的過零比較器輸入端，過零比較器輸出方波信號(hào)，方波信號(hào)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)電流零點(diǎn)，該信號(hào)通過微分電路后變?yōu)橐越涣髦芷跒橹芷诘募饷}沖，該脈沖對(duì)應(yīng)著主電路電流由負(fù)向正轉(zhuǎn)換的零點(diǎn)(或者對(duì)應(yīng)著主電路電流由正向負(fù)轉(zhuǎn)換的零點(diǎn))，該脈沖經(jīng)脈沖延時(shí)器轉(zhuǎn)換為延遲的脈沖，但控制開關(guān)在閉合時(shí)，斷電執(zhí)行電路中橋式整流器輸入端被控制開關(guān)所短路，因此三極管342集電極到發(fā)射極電路中沒有電流，只有基極到發(fā)射極的電流，該電流很小不能提高三極管發(fā)射極的電位，因而經(jīng)過兩個(gè)反向放大器后輸出到脈沖延時(shí)器控制端的電平為低，脈沖延時(shí)器沒有輸出，可控硅處于非導(dǎo)通狀態(tài)，三極管342基極電流一直保持。當(dāng)控制開關(guān)352斷開時(shí)，橋式整流器輸入端不再被短路，三極管342由于有基極電流，集電極到發(fā)射極導(dǎo)通，有較大電流流過，發(fā)射極電位提高，并由電容保持，這時(shí)脈沖延時(shí)器323控制端變?yōu)楦唠娖?，脈沖信號(hào)由脈沖延時(shí)器輸出給可控硅控制極，可控硅導(dǎo)通，三極管342基極失去電流，從而關(guān)斷磁力線圈351中的電流，觸頭1被關(guān)斷。適當(dāng)調(diào)節(jié)延遲的時(shí)間(應(yīng)考慮到開關(guān)的機(jī)械延遲)，可以使觸頭1在正半周期斷開，副觸頭4在負(fù)半周期斷開?？刂齐娐返碾娫词щ姡捎诳煽毓鑼?dǎo)通后始終保持，直到電源中濾波電容電荷被完全釋放，可控硅恢復(fù)關(guān)斷。斷電后三極管342發(fā)射極連接的電容中的電荷也由它所并聯(lián)電阻釋放，這樣電路處于再次被接通的準(zhǔn)備狀態(tài)。
如圖2所示，對(duì)于二通路情況，控制機(jī)構(gòu)構(gòu)成如下給每個(gè)輔助觸頭4增設(shè)磁力線圈5，控制輔助觸頭的釋放。磁力線圈5串聯(lián)于各自的二極管通路中。兩個(gè)輔助觸頭4分?jǐn)嚅g隙小于觸頭1的分?jǐn)嚅g隙，它們閉合與觸頭1聯(lián)動(dòng)，分?jǐn)嘤筛髯源帕€圈5控制?？刂茩C(jī)構(gòu)工作過程如下斷電時(shí)，觸頭1先斷開，電流沿和二極管方向一致的二極管通路3流過，同時(shí)流過該通路的磁力線圈5，吸合了該路的觸頭4不得斷開。而另一二極管通路則無電流流過，因而這路輔助觸頭4被釋放。等到電流反向時(shí)，剛才導(dǎo)通的二極管截止，磁力線圈5失電，吸合的輔助觸頭4也被釋放。至于斷電時(shí)截止的二極管所在的通路，由于它的輔助觸頭4已被釋放，不可能再導(dǎo)通。這樣就完成了斷電過程，此過程中不會(huì)有電弧產(chǎn)生。
由實(shí)驗(yàn)已完全證實(shí)這種方式的開關(guān)可以有效地抑制斷電電弧的產(chǎn)生，延長(zhǎng)開關(guān)的使用壽命，并且主要電子器件是二極管，它的成本也很低，適合于開發(fā)推廣。
權(quán)利要求
1.一種包括觸頭的無電弧斷電交流電力開關(guān)，其主要特征在于在連接電源和負(fù)載的觸頭(1)兩端，并聯(lián)一個(gè)二極管通路(3)(以下簡(jiǎn)稱一通路)或兩個(gè)二極管通路(3)(以下簡(jiǎn)稱二通路)；二極管通路是由二極管(2)和輔助觸頭(4)串聯(lián)組成；對(duì)于一通路情況，斷電由控制電路控制，在交流電流方向和二極管(2)方向一致時(shí)的半周期內(nèi)(以下簡(jiǎn)稱正半周期)觸頭(1)分?jǐn)?，在緊接著的交流電流反向和二極管(2)方向相反的半周期內(nèi)(以下簡(jiǎn)稱負(fù)半周期)，觸頭(4)分?jǐn)啵粚?duì)于二通路情況，這兩個(gè)通路中二極管在電路中互為反向；斷電時(shí)，觸頭(1)先分?jǐn)?，由控制機(jī)構(gòu)控制兩個(gè)二極管通路中二極管和電流方向相反的那個(gè)通路中觸頭(4)接著分?jǐn)?，二極管和電流方向一致的那個(gè)通路中觸頭(4)不分?jǐn)?，直到電流反向時(shí)，再分?jǐn)唷?br> 2.根據(jù)權(quán)利1所述的無電弧斷電交流電力開關(guān)，其主要特征在于對(duì)于一通路情況，主觸頭(1)的分?jǐn)嗪洼o助觸頭4分?jǐn)嗟捻樞虻膶?shí)現(xiàn)，可以通過觸頭分?jǐn)嚅g隙大小來實(shí)現(xiàn)，觸頭(1)的分?jǐn)嚅g隙大于輔助觸頭(4)的分?jǐn)嚅g隙，由控制電路控制觸頭(1)的分?jǐn)鄷r(shí)間；控制電路由四部分組成電源(31)、斷電脈沖電路(32)、斷電信號(hào)電路(33)、斷電執(zhí)行電路(34)；其中電源(31)是一個(gè)整流濾波穩(wěn)壓電路，其交流繞組(311)是在開關(guān)磁力線圈(351)上增設(shè)的副繞組；斷電脈沖電路由三部分構(gòu)成電流互感器(321)、過零比較器322和脈沖延時(shí)器(323) 電流互感器以負(fù)載和電源連接的主電路為初級(jí)繞組，副繞組兩端連接于過零比較器(322)的輸入端上；過零比較器(322)通過微分電路耦合至脈沖延時(shí)器(323)的輸入端上；脈沖延時(shí)器輸出端連接斷電執(zhí)行電路(34)中的可控硅(341)控制極，可控硅(341)陽(yáng)極連接電阻(344) 電阻(344)另一端接電源正極；可控硅(341)陽(yáng)極再和三極管(342)基極連接，可控硅(341)陰極接電源負(fù)極；三極管(342)集電極連接整流電橋(343)的正輸出端，整流電橋的負(fù)輸出端連接電源的負(fù)極，三極管(342)的發(fā)射極和信號(hào)電路中的穩(wěn)壓管(331)負(fù)極連接，穩(wěn)壓管(331)和電容(332)、電阻(333)并聯(lián)，另一端接電源負(fù)極；穩(wěn)壓管(331)的輸出再通過兩個(gè)反向放大器(334)輸出到脈沖延時(shí)器(323)的控制端；橋式整流器(343)輸入端和磁力線圈控制開關(guān)(352)并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的無電弧斷電交流電力開關(guān)，其主要特征在于對(duì)于二通路情況，控制機(jī)構(gòu)構(gòu)成如下給每個(gè)輔助觸頭(4)增設(shè)磁力線圈(5)，控制輔助觸頭的釋放；磁力線圈(5)串聯(lián)于各自的二極管通路中；兩個(gè)輔助觸頭(4)分?jǐn)嚅g隙小于觸頭(1)的分?jǐn)嚅g隙，它們閉合與觸頭(1)聯(lián)動(dòng)，分?jǐn)嘤筛髯源帕€圈(5)控制。
全文摘要
本發(fā)明提出一種無電弧斷電的交流電力開關(guān),它的主要原理基于半導(dǎo)體器件二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶匦?理論和實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)這種開關(guān)具有良好的消除電弧作用,可以極大延長(zhǎng)開關(guān)的電壽命,提高斷電的安全性,并能節(jié)約觸頭使用的寶貴的稀有金屬,因而這種開關(guān)在電力領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01H9/42GK1377051SQ01111050
公開日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2001年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月24日
發(fā)明者王振民 申請(qǐng)人:王振民