智能開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)屬于電學(xué)領(lǐng)域，特別是一種帶有電子滅弧功能、過載能力強(qiáng)的智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)，其包括一機(jī)械開關(guān)，一單向晶閘管、一控制單元，所述機(jī)械開關(guān)主回路兩端分別與所述單向晶閘管的陰極、所述單向晶閘管的陽極連接，所述控制單元與所述機(jī)械開關(guān)的控制端連接，所述控制單元與所述單向晶閘管連接，本實(shí)用新型智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)，具有電子滅弧功能、過載能力強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
智能開關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)屬于電學(xué)領(lǐng)域，特別是一種帶有電子滅弧功能、過載能力強(qiáng)的智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]目前在電氣控制系統(tǒng)中，廣泛使用復(fù)合開關(guān)等智能開關(guān)，對電力電容及其它負(fù)載的接通分?jǐn)嗫刂?，其采用二只單向晶閘管(晶閘管)反向并聯(lián)再與機(jī)械開關(guān)(磁保持繼電器等電磁開關(guān))并聯(lián)。機(jī)械開關(guān)分?jǐn)噙^程中，由控制單元提供二只單向晶閘管導(dǎo)通控制信號， 機(jī)械開關(guān)分?jǐn)嗪?，延時(shí)關(guān)斷二只單向晶閘管導(dǎo)通控制信號，來達(dá)到無電弧分?jǐn)嗟哪康?機(jī)械開關(guān)接通過程中，由控制單元提供二只單向晶閘管導(dǎo)通控制信號，二只單向晶閘管過零導(dǎo)通，然后延時(shí)控制機(jī)械開關(guān)接通?，F(xiàn)有的復(fù)合開關(guān)存在以下缺點(diǎn):
[0003]1.單向晶閘管導(dǎo)通時(shí)間長，達(dá)到幾十毫秒，過載能力差、容易過流擊穿(特別是電力電容負(fù)載，其存在擊穿自愈等過程，在沒串聯(lián)電抗的情況下相當(dāng)于短路)。[〇〇〇4] 2.采用二只單向晶閘管與一機(jī)械開關(guān)并聯(lián)，性價(jià)比低。
[0005]由于以上原因，復(fù)合開關(guān)目前額定電流只能做到幾十安培，同時(shí)可靠性差。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有復(fù)合開關(guān)等智能開關(guān)的不足之處而提供一種只采用一只單向晶閘管，并具有晶閘管導(dǎo)通時(shí)間短、過載能力強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高的智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)。
[0007]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來達(dá)到的:
[0008]—種智能開關(guān)，其包括一機(jī)械開關(guān)，一單向晶閘管、一控制單元，所述機(jī)械開關(guān)主回路兩端分別與所述單向晶閘管的陰極、所述單向晶閘管的陽極連接，所述控制單元與所述機(jī)械開關(guān)的控制端連接，所述控制單元與所述單向晶閘管連接。
[0009]—種智能開關(guān)，所述控制單元預(yù)存有所述機(jī)械開關(guān)的動作時(shí)間參數(shù)。
[0010]—種智能開關(guān)，在分?jǐn)噙^程中，所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)在所述單向晶閘管的陽極對所述單向晶閘管的陰極為正電位時(shí)分?jǐn)?。[0011 ] —種智能開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)為單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
[0012]—種智能開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)為一電磁開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)的控制端為所述電磁開關(guān)的控制線圈。
[0013]—種智能開關(guān)，在接通過程中，所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)在所述單向晶閘管的陽極對所述單向晶閘管的陰極為正電位時(shí)閉合。
[0014]—種智能開關(guān)，還包括一電壓檢測電路，所述電壓檢測電路的輸出端與所述控制單元連接，所述電壓檢測電路與所述單向晶閘管并聯(lián)，所述控制單元在所述電壓檢測電路檢測到所述機(jī)械開關(guān)閉合時(shí)提供所述單向晶閘管導(dǎo)通控制信號，用于所述機(jī)械開關(guān)閉合彈跳滅弧。
[0015]—種智能開關(guān)，還包括一電壓檢測電路，所述電壓檢測電路與所述單向晶閘管主回路連接，所述電壓檢測電路的輸出信號傳遞至所述控制單元，在接通過程中，所述控制單元根據(jù)所述電壓檢測電路提供的信號，控制所述單向晶閘管電壓過零導(dǎo)通，控制所述機(jī)械開關(guān)在所述單向晶閘管導(dǎo)通后四分之一周波內(nèi)閉合。
[0016]—種智能開關(guān)，還包括一電流傳感器，所述電流傳感器與所述機(jī)械開關(guān)連接，所述電流傳感器用于檢測通過所述機(jī)械開關(guān)的電流，所述電流傳感器的輸出信號傳遞至所述控制單元。
[0017]一種智能開關(guān)，所述電流傳感器為一微型電流互感器。
[0018]—種智能開關(guān)，在分?jǐn)噙^程中，通過所述單向晶閘管的電流導(dǎo)通時(shí)間大于零且小于四分之一周波。
[0019]—種智能開關(guān)，所述控制單元在所述電流傳感器檢測到所述機(jī)械開關(guān)閉合時(shí)提供所述單向晶閘管導(dǎo)通控制信號，用于所述機(jī)械開關(guān)閉合彈跳滅弧。
[0020]—種智能開關(guān)，所述單向晶閘管的導(dǎo)通電流不通過所述電流傳感器。
[0021]—種智能開關(guān)，在分?jǐn)噙^程中，所述電流傳感器用于測量最后一個(gè)通過所述機(jī)械開關(guān)的電流波形的導(dǎo)通時(shí)間，所述控制單元根據(jù)所述導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)的時(shí)間參數(shù)。
[0022]—種智能開關(guān)，還包括一限流電阻、一電壓檢測電路，所述限流電阻與所述單向晶閘管串聯(lián)，所述電壓檢測電路的輸出信號傳遞至所述控制單元，所述電壓檢測電路的輸入端與所述單向晶閘管主回路連接。
[0023]—種智能開關(guān)，所述限流電阻為一電阻絲。
[0024]—種智能開關(guān)，在接通過程中，所述控制單元控制所述單向晶閘管在所述機(jī)械開關(guān)閉合前無涌流導(dǎo)通，在分?jǐn)噙^程中，控制所述機(jī)械開關(guān)在偏離所述電流的峰值分?jǐn)唷?br>[0025]—種智能開關(guān)，所述限流電阻通過額定電流條件下，所述限流電阻兩端產(chǎn)生的電壓降大于5伏特且小于30伏特。
[0026]—種智能開關(guān)，所述單向晶閘管的導(dǎo)通電流不通過所述電流傳感器，所述機(jī)械開關(guān)為單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，通過所述機(jī)械開關(guān)的電流至少分為兩路，其中至少一路電流通過所述電流傳感器。
[0027]—種智能開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)的電流超過所述單向晶閘管或所述機(jī)械開關(guān)極限分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，不做分?jǐn)?。[〇〇28] 一種智能開關(guān)，還包括輸入元件、顯示器件，所述輸入元件、所述顯示器件與所述控制單元連接，所述輸入元件用于設(shè)定保護(hù)電流值、保護(hù)動作時(shí)間、動作邏輯，所述顯示器件用于顯示電流信息、故障信息、設(shè)定菜單。
[0029]—種智能開關(guān)，通過所述機(jī)械開關(guān)的電流至少分為兩路，其中至少一路電流通過所述電流傳感器。
[0030]一種智能開關(guān)，所述控制單元預(yù)存有經(jīng)校正設(shè)備校正的所述電流傳感器的輸出信號與通過所述機(jī)械開關(guān)的電流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0031]—種智能開關(guān)，還包括一通訊接口，所述通訊接口與所述控制單元連接，所述通訊接口用于與所述校正設(shè)備連接。
[0032]—種智能開關(guān)，所述單向晶閘管串聯(lián)至少一可熔斷導(dǎo)體，所述可熔斷導(dǎo)體熔斷后，所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)在所述電流的峰值后至零點(diǎn)區(qū)間分?jǐn)唷?br>[0033]一種智能開關(guān)，所述可熔斷導(dǎo)體熔斷后，所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)在所述電流的峰值三毫秒后至零點(diǎn)區(qū)間分?jǐn)唷?br>[0034]—種智能開關(guān)，所述控制單元連接至少一通訊接口，所述通訊接口用于與外圍部件交換信息。
[0035]—種智能開關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，包括一上位機(jī)、至少一所述智能開關(guān)，所述上位機(jī)與所述智能開關(guān)通過所述通訊接口連接，所述上位機(jī)用于對所述智能開關(guān)的保護(hù)電流值、保護(hù)動作時(shí)間、動作邏輯、多個(gè)所述智能開關(guān)之間的動作邏輯或所述智能開關(guān)與其他設(shè)備相關(guān)動作邏輯進(jìn)行編程，所述上位機(jī)用于顯示所述智能開關(guān)提供的電流信息、故障信息、設(shè)定菜單。
[0036]—種智能開關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，所述上位機(jī)與所述智能開關(guān)通過總線通訊方式連接。 [〇〇37]其工作原理:如圖1所示，一種智能開關(guān)，其包括一機(jī)械開關(guān)K1、單向晶閘管SCR1、 控制單元(A)，機(jī)械開關(guān)K1主回路兩端分別與單向晶閘管SCR1的陰極、單向晶閘管SCR1的陽極連接，控制單元(A)與機(jī)械開關(guān)K1的控制端連接，控制單元(A)與單向晶閘管SCR1連接。在分?jǐn)噙^程中，J3端失電，控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位(即通過機(jī)械開關(guān)K1的電流為單向晶閘管SCR1正向?qū)ǚ较?時(shí)分?jǐn)噙_(dá)到無電弧分?jǐn)嗟哪康摹Ｗ?J3端失電，控制單元(A)可以利用控制單元(A)內(nèi)部電容儲能完成后續(xù)工作能量。
[0038]本實(shí)用新型智能開關(guān)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，采用一只單向晶閘管即可完成滅弧功能，具有晶閘管導(dǎo)通時(shí)間短、過載能力強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠高的優(yōu)點(diǎn)?！靖綀D說明】[〇〇39]圖1是本實(shí)用新型智能開關(guān)的原理圖。
[0040]圖2是本實(shí)用新型智能開關(guān)實(shí)施例一電路原理圖。[0041 ]圖3是本實(shí)用新型智能開關(guān)實(shí)施例二電路原理圖。[〇〇42]圖4是本實(shí)用新型智能開關(guān)實(shí)施例三電路原理圖。
[0043]圖5是本實(shí)用新型智能開關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施例一原理圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0044]本實(shí)用新型智能開關(guān)的實(shí)施例一，如圖2所示:
[0045]—種智能開關(guān)，其包括機(jī)械開關(guān)K1 (一單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)電磁開關(guān))，還包括單向晶閘管 SCR1、控制單元(A)、電流傳感器CT1 (一微型電流互感器)，機(jī)械開關(guān)K1主回路兩端分別與單向晶閘管SCR1的陰極、單向晶閘管SCR1的陽極連接，控制單元(A)與機(jī)械開關(guān)K1的控制端 (電磁開關(guān)的控制線圈)連接，控制單元(A)與單向晶閘管SCR1連接，控制單元(A)預(yù)存有機(jī)械開關(guān)K1的動作時(shí)間參數(shù)，電流傳感器CT1與機(jī)械開關(guān)K1連接，電流傳感器CT1用于檢測通過機(jī)械開關(guān)K1的電流，單向晶閘管SCR1的導(dǎo)通電流不通過電流傳感器CT1，通過機(jī)械開關(guān)K1 的電流分為兩路，其中一路電流通過電流傳感器CT1，電流傳感器CT1的輸出信號傳遞至控制單元(A)，J1端口、J2端口為主回路輸入輸出端口，J3端口為控制單元(A)的電源輸入端 □ 〇
[0046]工作原理:接通過程中，J3端口先得電，控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位時(shí)閉合，控制單元(A)在電流傳感器CT1檢測到機(jī)械開關(guān)K1閉合時(shí)(即電流傳感器CT1檢測到有電流通過機(jī)械開關(guān)K1時(shí))，提供單向晶閘管SCR1導(dǎo)通控制信號，用于機(jī)械開關(guān)K1閉合彈跳滅弧，這樣大大減少了單向晶閘管SCR1 在接通過程中的導(dǎo)通時(shí)間，在機(jī)械開關(guān)K1不發(fā)生彈跳的情況下，則單向晶閘管SCR1無需導(dǎo)通，減少了接通負(fù)載時(shí)電流對單向晶閘管S C R1的沖擊(其中電機(jī)負(fù)載的接通電流可達(dá)四至十倍額定電流)；在分?jǐn)噙^程中，J3端口先失電，控制單元(A)提供單向晶閘管SCR1脈沖導(dǎo)通控制信號，控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位時(shí)分?jǐn)?即通過機(jī)械開關(guān)K1的電流方向與單向晶閘管SCR 1正向?qū)ǚ较蛳嗤?， 電流傳感器CT1檢測到通過機(jī)械開關(guān)K1的電流超過單向晶閘管SCR1或機(jī)械開關(guān)K1極限分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)不做分?jǐn)?，以保護(hù)單向晶閘管SCR1和機(jī)械開關(guān)K1不被損壞。電流傳感器CT1用于測量最后一個(gè)通過機(jī)械開關(guān)K1的電流波形的導(dǎo)通時(shí)間，控制單元(A)根據(jù)該導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1的時(shí)間參數(shù)，使得通過單向晶閘管SCR1的電流導(dǎo)通時(shí)間大于零且小于四分之一周波，盡可能縮短單向晶閘管SCR1的電流導(dǎo)通時(shí)間(可達(dá)1毫秒左右)。
[0047]本實(shí)用新型智能開關(guān)的實(shí)施例二，如圖3所示:
[0048]—種智能開關(guān)，其包括機(jī)械開關(guān)K1 (一單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)電磁開關(guān))，還包括單向晶閘管 SCR1、控制單元(A)、電流傳感器CT1(一微型電流互感器)、限流電阻RA( —電阻絲)、一電壓檢測電路(B)、輸入元件S1、顯示器件LCD、通訊接口 J4,電流傳感器CT1、電壓檢測電路(B)、 輸入元件S1、顯示器件IXD、通訊接口 J4與控制單元(A)連接，限流電阻RA與單向晶閘管SCR1 串聯(lián)，電壓檢測電路(B)—端與單向晶閘管SCR1主回路連接，電壓檢測電路(B)另一端JN端點(diǎn)用于與另一電源端連接，電壓檢測電路(B)的輸出端與控制單元(A)連接，機(jī)械開關(guān)K1主回路兩端分別與單向晶閘管SCR1的陰極、單向晶閘管SCR1的陽極連接，控制單元(A)與機(jī)械開關(guān)K1的控制端(電磁開關(guān)的控制線圈)連接，控制單元(A)與單向晶閘管SCR 1連接，控制單元(A)預(yù)存有機(jī)械開關(guān)K1的動作時(shí)間參數(shù)，電流傳感器CT1與機(jī)械開關(guān)K1連接，電流傳感器 CT1用于檢測通過機(jī)械開關(guān)K1的電流，單向晶閘管SCR1的導(dǎo)通電流不通過電流傳感器CT1， 通過機(jī)械開關(guān)K1的電流分為兩路，其中一路電流通過電流傳感器CT1，電流傳感器CT1輸出信號傳遞至控制單元(A)。J1端口、J2端口為主回路輸入輸出端口，J3端口為控制單元(A)的控制電源輸入端口。[〇〇49]輸入元件S1用于設(shè)定保護(hù)電流值、保護(hù)動作時(shí)間、動作邏輯，顯示器件LCD用于顯示電流信息、故障信息、設(shè)定菜單。
[0050]控制單元(A)預(yù)存有經(jīng)校正設(shè)備校正的電流傳感器CT1的輸出信號與通過機(jī)械開關(guān)K1的電流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，通訊接口 J4用于與校正設(shè)備連接，如連接有外圍部件則是與外圍部件交換信息。[0051 ]工作原理:以電力電容負(fù)載的接通分?jǐn)鄟砻枋龉ぷ鬟^程，在接通過程中，J3端口先得電，控制單元(A)根據(jù)電壓檢測電路(B)提供的信號，控制單向晶閘管SCR1電壓過零導(dǎo)通， 即控制單元(A)控制單向晶閘管SCR1在機(jī)械開關(guān)K1閉合前無涌流導(dǎo)通，控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1導(dǎo)通后四分之一周波內(nèi)閉合(電容負(fù)載的電流超前90度)，這樣大大減少了單向晶閘管SCR1在接通過程中的導(dǎo)通時(shí)間，限流電阻RA可以進(jìn)一步減少接通負(fù)載時(shí)電流對單向晶閘管SCR1的沖擊(由于電力電容存在擊穿自愈的現(xiàn)象，其產(chǎn)生的電流相當(dāng)于短路電流，此電流大小不可預(yù)計(jì)，而通過串聯(lián)限流電阻RA可以計(jì)算出通過單向晶閘管SCR1的負(fù)載短路電流)；在分?jǐn)噙^程中，J3端口先失電，控制單元(A)提供單向晶閘管SCR1脈沖導(dǎo)通控制信號，控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位時(shí)(即通過機(jī)械開關(guān)K1的電流方向與單向晶閘管SCR1正向?qū)ǚ较蛳嗤?，且偏離電流的峰值時(shí)分?jǐn)?，偏離電流的峰值分?jǐn)嘤糜跍p小單向晶閘管SCR1串聯(lián)限流電阻RA帶來的分?jǐn)嚯娀?，?dāng)通過機(jī)械開關(guān)K1的電流超過單向晶閘管SCR1或機(jī)械開關(guān)K1極限分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，不做分?jǐn)鄤幼?，以保護(hù)單向晶閘管SCR1和機(jī)械開關(guān)K1不被損壞，電流傳感器CT1用于測量最后一個(gè)通過機(jī)械開關(guān)K1的電流波形的導(dǎo)通時(shí)間，控制單元(A)根據(jù)該導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1的時(shí)間參數(shù)，使得通過單向晶閘管SCR1的電流導(dǎo)通時(shí)間大于零且小于四分之一周波，盡可能縮短單向晶閘管SCR1的電流導(dǎo)通時(shí)間(可達(dá)1毫秒左右)。在機(jī)械開關(guān)K1閉合狀態(tài)時(shí)，控制單元(A)通過電流傳感器CT1對負(fù)載電流的檢測，可以對其運(yùn)行情況進(jìn)行處理并記錄相關(guān)信息。在控制單元(A)上電后，控制單元(A)也可以對本實(shí)用新型智能開關(guān)本身進(jìn)行故障檢測，并進(jìn)行處理(如進(jìn)行保護(hù)動作、顯示或通過通訊接口 J4傳送信息) 和記錄相關(guān)信息。[〇〇52]由于采用分流檢測，控制單元(A)需預(yù)存有經(jīng)校正設(shè)備校正的電流傳感器CT1的輸出信號與通過機(jī)械開關(guān)K1的電流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，用于電流大小測量，通訊接口 J4用于與校正設(shè)備連接。注:僅用于測量接通電流、分?jǐn)嚯娏鞯膶?dǎo)通時(shí)間無需校正。[〇〇53]限流電阻RA阻值的選取:限流電阻RA通過額定電流(本實(shí)用新型智能開關(guān)的額定電流)條件下，以電阻兩端產(chǎn)生的電壓降大于5伏特小于30伏特來計(jì)算出阻值，阻值太小限流效果不好，阻值太大分?jǐn)嚯娀〈?。[〇〇54]本實(shí)用新型智能開關(guān)的實(shí)施例三，如圖4所示:
[0055] —種智能開關(guān)，其包括機(jī)械開關(guān)K1 (一單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)電磁開關(guān))，還包括單向晶閘管 SCR1、控制單元(A)、電流傳感器CT1(一微型電流互感器)、限流電阻RA( —電阻絲)、一電壓檢測電路(B)、輸入元件S1、顯示器件LCD、通訊接口 J4,電流傳感器CT1 (一微型電流互感器)、電壓檢測電路(B)、輸入元件S1、顯示器件LCD、通訊接口 J4與控制單元(A)連接，限流電阻R A與單向晶閘管S C R1串聯(lián)，電壓檢測電路(B)與單向晶閘管S C R1并聯(lián)，電壓檢測電路(B) 的輸出端與控制單元(A)連接，機(jī)械開關(guān)K1主回路兩端分別與單向晶閘管SCR1的陰極、單向晶閘管SCR1的陽極連接，控制單元(A)與機(jī)械開關(guān)K1的控制端(電磁開關(guān)的控制線圈)連接， 控制單元(A)與單向晶閘管SCR1連接，控制單元(A)預(yù)存有機(jī)械開關(guān)K1的動作時(shí)間參數(shù)，電流傳感器CT1與機(jī)械開關(guān)K1連接，電流傳感器CT1用于檢測通過機(jī)械開關(guān)K1的電流，單向晶閘管SCR1的導(dǎo)通電流不通過電流傳感器CT1，通過機(jī)械開關(guān)K1的電流分為兩路，其中一路電流通過電流傳感器CT1，電流傳感器CT1的輸出信號傳遞至控制單元(A)。J1端口、J2端口為主回路輸入輸出端口，J3端口為控制單元(A)的電源輸入端口。[〇〇56]輸入元件S1用于設(shè)定保護(hù)電流值、保護(hù)動作時(shí)間、動作邏輯，顯示器件LCD用于顯示電流信息、故障信息、設(shè)定菜單。[〇〇57]控制單元(A)預(yù)存有經(jīng)校正設(shè)備校正的電流傳感器CT1的輸出信號與通過機(jī)械開關(guān)K1的電流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，通訊接口 J4用于與校正設(shè)備連接，如連接有外圍部件則是與外圍部件交換信息。[〇〇58]工作原理:如負(fù)載為感性或阻性，在接通過程中，J3端口先得電，控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位時(shí)閉合，控制單元 (A)在電壓檢測電路(B)(或電流傳感器CT1)檢測到機(jī)械開關(guān)K1閉合時(shí)提供單向晶閘管SCR1 導(dǎo)通控制信號，用于機(jī)械開關(guān)K1閉合彈跳滅弧，這樣大大減少了單向晶閘管SCR1在接通過程中的導(dǎo)通時(shí)間，在機(jī)械開關(guān)K1不發(fā)生彈跳的情況下，則單向晶閘管SCR1無需導(dǎo)通，減少了接通負(fù)載時(shí)電流對單向晶閘管SCR1的沖擊(其中電機(jī)負(fù)載的接通電流可達(dá)四至十倍額定電流)。如負(fù)載為容性，這以電力電容的接通分?jǐn)鄟砻枋龉ぷ鬟^程，在接通過程中，J3端口先得電，控制單元(A)根據(jù)電壓檢測電路(B)提供的信號，控制單向晶閘管SCR1電壓過零導(dǎo)通，即控制單元(A)控制單向晶閘管SCR1在機(jī)械開關(guān)K1閉合前無涌流導(dǎo)通，控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1導(dǎo)通后四分之一周波內(nèi)閉合(電容負(fù)載的電流超前90度)，這樣大大減少了單向晶閘管SCR1在接通過程中的導(dǎo)通時(shí)間，限流電阻RA可以進(jìn)一步減少接通負(fù)載時(shí)電流對單向晶閘管SCR1的沖擊(由于電力電容存在擊穿自愈的現(xiàn)象，其產(chǎn)生的電流相當(dāng)于短路電流， 此電流大小不可預(yù)計(jì)，而通過串聯(lián)限流電阻RA可以計(jì)算出通過單向晶閘管SCR1的負(fù)載短路電流)；在分?jǐn)噙^程中，J3端口先失電，控制單元(A)提供單向晶閘管SCR1脈沖導(dǎo)通控制信號，控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位時(shí)(即電流的方向與單向晶閘管SCR1正向?qū)ǚ较蛳嗤?，且偏離電流的峰值分?jǐn)?，偏離電流的峰值分?jǐn)嘤糜跍p小單向晶閘管SCR1串聯(lián)限流電阻RA帶來的分?jǐn)嚯娀?，建議控制機(jī)械開關(guān)K1在電流的峰值后至零點(diǎn)區(qū)間且峰值三毫秒后至零點(diǎn)區(qū)間分?jǐn)啵缤ㄟ^機(jī)械開關(guān)K1 的電流超過單向晶閘管SCR1或機(jī)械開關(guān)K1極限分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，不做分?jǐn)啵员Ｗo(hù)單向晶閘管 SCR1和機(jī)械開關(guān)K1不被損壞，電流傳感器CT1用于測量最后一個(gè)通過機(jī)械開關(guān)K1的電流波形的導(dǎo)通時(shí)間，控制單元(A)根據(jù)該導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整控制單元(A)控制機(jī)械開關(guān)K1的時(shí)間參數(shù)，使得通過單向晶閘管SCR1的電流導(dǎo)通時(shí)間大于零且小于四分之一周波(即工作電流的四分之一周期時(shí)間)，盡可能縮短單向晶閘管SCR1的電流導(dǎo)通時(shí)間(可達(dá)1毫秒左右)。在機(jī)械開關(guān)K1閉合狀態(tài)時(shí)，控制單元(A)通過電流傳感器CT1對負(fù)載電流的檢測，可以對其運(yùn)行情況進(jìn)行處理并記錄相關(guān)信息。在控制單元(A)上電后，控制單元(A)也可以對本實(shí)用新型智能開關(guān)本身進(jìn)行故障檢測，并進(jìn)行處理(如進(jìn)行保護(hù)動作、進(jìn)行顯示或通過通訊接口 J4傳送信息)和記錄相關(guān)信息。
[0059]限流電阻RA為可熔斷導(dǎo)體時(shí)或單向晶閘管SCR1串聯(lián)的導(dǎo)線為可熔斷導(dǎo)體時(shí)，當(dāng)單向晶閘管SCR1損壞或過流，可熔斷導(dǎo)體熔斷，通過電壓檢測電路(B)與電流傳感器CT1檢測到可熔斷導(dǎo)體熔斷后，本智能開關(guān)轉(zhuǎn)為同步滅弧模式，顯示器件LCD顯示該狀態(tài)，由于采用分流檢測，控制單元(A)需預(yù)存有經(jīng)校正設(shè)備校正的電流傳感器CT1的輸出信號與通過機(jī)械開關(guān)K1的電流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，用于電流大小測量，通訊接口 J4用于與校正設(shè)備連接。注:僅用于測量接通電流、分?jǐn)嚯娏鞯膶?dǎo)通時(shí)間無需校正。
[0060]限流電阻RA阻值的選取:限流電阻RA通過額定電流(本實(shí)用新型智能開關(guān)的額定電流)條件下，以電阻兩端產(chǎn)生的電壓降大于5伏特小于30伏特來計(jì)算出阻值，阻值太小限流效果不好，阻值太大分?jǐn)嚯娀〈蟆?br>[0061]注:當(dāng)控制單元(A)內(nèi)置電壓檢測電路時(shí)，直接檢測機(jī)械開關(guān)K1的分?jǐn)酄顟B(tài)兩端電位和閉合狀態(tài)兩端電位，可以省略電流傳感器CT1;控制單元(A)檢測機(jī)械開關(guān)K1的閉合可以通過電流傳感器檢測，也可以通過控制單元(A)內(nèi)部電路檢測，在三相電應(yīng)用時(shí)，只要相應(yīng)增加機(jī)械開關(guān)、單向晶閘管等相關(guān)元器件數(shù)量即可，控制單元可以共用，工作原理相同。
[0062]以上實(shí)施例圖1、圖2、圖3、圖4的J3端口作為供電和控制復(fù)用，在實(shí)際應(yīng)用中，J3端可以作為控制端口，控制單元(A)另接一工作電源。以上實(shí)施例為方便描述本實(shí)用新型工作原理，以單極開關(guān)進(jìn)行描述，在三相電使用時(shí)，可以相應(yīng)增加相關(guān)組件即可，控制單元可以共用。工作原理相同，仍屬本實(shí)用新型專利范圍。[〇〇63]以上實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):[〇〇64]1.采用一只單向晶閘管配一機(jī)械開關(guān)設(shè)計(jì)，利用控制單元控制機(jī)械開關(guān)在單向晶閘管SCR1的陽極對單向晶閘管SCR1的陰極為正電位時(shí)分?jǐn)?可以通過電流傳感器檢測到)， 單向晶閘管的電流導(dǎo)通時(shí)間僅需幾毫秒，且對機(jī)械開關(guān)本身的機(jī)械動作時(shí)間要求低，與傳統(tǒng)復(fù)合開關(guān)的晶閘管幾十毫秒的導(dǎo)通時(shí)間比，其過載力可提高一個(gè)數(shù)量極，一個(gè)幾十安培的單向晶閘管，即可分?jǐn)鄮浊О才嗟碾娏?，同樣一個(gè)幾十安培的單向晶閘管可以設(shè)計(jì)出控制幾百安培的智能開關(guān)。
[0065]2.由于采用了電子滅弧，無需雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，機(jī)械開關(guān)采用單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，有利降低成本、減少重量和電壓降、減少溫升。
[0066]3.由于控制單元需要對機(jī)械開關(guān)的動作時(shí)間特性進(jìn)行檢測，以便優(yōu)化控制參數(shù)， 智能開關(guān)的接通電流和分?jǐn)嚯娏鬏^大，可達(dá)幾百安培至上萬安培，且要保證電流傳感器的測量線性，采用分流設(shè)計(jì)，電流傳感器可以為幾安培量程的微型電流互感器，可以減小智能開關(guān)的體積和成本。
[0067]4.在電容負(fù)載接通分?jǐn)嘀?，在單向晶閘管無涌流導(dǎo)通過程中電容存在擊穿自愈的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流極大，單向晶閘管串聯(lián)限流電阻，限定通過單向晶閘管的電流，由于通過限流電阻瞬間工作電流大，且其阻值較小，限流電阻RA采用電阻線，具有可靠性高、體積小、 成本低且過載力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0068]5.控制單元控制機(jī)械開關(guān)在單向晶閘管的陽極對單向晶閘管的陰極為正電位時(shí) (即電流的方向與單向晶閘管正向?qū)ǚ较蛳嗤?，且偏離電流的峰值分?jǐn)啵x電流的峰值分?jǐn)嗫梢詼p小單向晶閘管串聯(lián)限流電阻帶來的分?jǐn)嚯娀?，提高機(jī)械開關(guān)的電壽命。[〇〇69]如圖5所示:一種智能開關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)施例一原理圖，包括上位機(jī)M1、以上實(shí)施例帶通訊接口的智能開關(guān)KM1或KM1至KMn，上位機(jī)Ml與智能開關(guān)KM1或KM1至KMn通過通訊接口總線通訊方式連接，上位機(jī)Ml用于對智能開關(guān)KM1或KM1至KMn的保護(hù)電流值、保護(hù)動作時(shí)間、動作邏輯、智能開關(guān)KM 1至KMn之間的動作邏輯、或智能開關(guān)KM 1或KM 1至KMn與其他設(shè)備相關(guān)動作邏輯進(jìn)行編程;上位機(jī)Ml用于顯示智能開關(guān)KM1或KM1至KMn提供的電流信息、故障信息、設(shè)定菜單。
[0070]本實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn):充分發(fā)揮智能開關(guān)本身具有的資源優(yōu)勢，使控制系統(tǒng)無需復(fù)雜連線、無需熱繼電器、時(shí)間繼電器等元器件，本實(shí)用新型在不同場合和不同用途中使用時(shí)，只需通過上位機(jī)編程即可完成，同時(shí)具備對每個(gè)本實(shí)用新型智能開關(guān)的負(fù)載電流狀況、故障信息、動作狀態(tài)，進(jìn)行了解，可以大大減少人工維護(hù)成本、提高維護(hù)效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能開關(guān)，包括一機(jī)械開關(guān)，其特征是:還包括一單向晶閘管、一控制單元，所述 機(jī)械開關(guān)主回路兩端分別與所述單向晶閘管的陰極、所述單向晶閘管的陽極連接，所述控 制單元與所述機(jī)械開關(guān)的控制端連接，所述控制單元與所述單向晶閘管連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:所述控制單元預(yù)存有所述機(jī)械開關(guān)的動 作時(shí)間參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:在分?jǐn)噙^程中，所述控制單元控制所述 機(jī)械開關(guān)在所述單向晶閘管的陽極對所述單向晶閘管的陰極為正電位時(shí)分?jǐn)唷?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:所述機(jī)械開關(guān)為單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:所述機(jī)械開關(guān)為一電磁開關(guān)，所述機(jī)械 開關(guān)的控制端為所述電磁開關(guān)的控制線圈。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:在接通過程中，所述控制單元控制所述 機(jī)械開關(guān)在所述單向晶閘管的陽極對所述單向晶閘管的陰極為正電位時(shí)閉合。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能開關(guān)，其特征是:還包括一電壓檢測電路，所述電壓檢測 電路的輸出端與所述控制單元連接，所述電壓檢測電路與所述單向晶閘管并聯(lián)，所述控制 單元在所述電壓檢測電路檢測到所述機(jī)械開關(guān)閉合時(shí)提供所述單向晶閘管導(dǎo)通控制信號， 用于所述機(jī)械開關(guān)閉合彈跳滅弧。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:還包括一電壓檢測電路，所述電壓檢測 電路與所述單向晶閘管主回路連接，所述電壓檢測電路的輸出信號傳遞至所述控制單元， 在接通過程中，所述控制單元根據(jù)所述電壓檢測電路提供的信號，控制所述單向晶閘管電 壓過零導(dǎo)通，控制所述機(jī)械開關(guān)在所述單向晶閘管導(dǎo)通后四分之一周波內(nèi)閉合。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能開關(guān)，其特征是:還包括一電流傳感器，所述電流傳感器 與所述機(jī)械開關(guān)連接，所述電流傳感器用于檢測通過所述機(jī)械開關(guān)的電流，所述電流傳感 器的輸出信號傳遞至所述控制單元。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:所述電流傳感器為一微型電流互感器。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:在分?jǐn)噙^程中，通過所述單向晶閘管的 電流導(dǎo)通時(shí)間大于零且小于四分之一周波。12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:所述控制單元在所述電流傳感器檢測 到所述機(jī)械開關(guān)閉合時(shí)提供所述單向晶閘管導(dǎo)通控制信號，用于所述機(jī)械開關(guān)閉合彈跳滅 弧。13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:所述單向晶閘管的導(dǎo)通電流不通過所 述電流傳感器。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的智能開關(guān)，其特征是:在分?jǐn)噙^程中，所述電流傳感器用于 測量最后一個(gè)通過所述機(jī)械開關(guān)的電流波形的導(dǎo)通時(shí)間，所述控制單元根據(jù)所述導(dǎo)通時(shí) 間，調(diào)整所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)的時(shí)間參數(shù)。15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:還包括一限流電阻、一電壓檢測電路， 所述限流電阻與所述單向晶閘管串聯(lián)，所述電壓檢測電路的輸出信號傳遞至所述控制單 元，所述電壓檢測電路的輸入端與所述單向晶閘管主回路連接。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的智能開關(guān)，其特征是:所述限流電阻為一電阻絲。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的智能開關(guān)，其特征是:在接通過程中，所述控制單元控制所述單向晶閘管在所述機(jī)械開關(guān)閉合前無涌流導(dǎo)通，在分?jǐn)噙^程中，控制所述機(jī)械開關(guān)在偏 離所述電流的峰值分?jǐn)唷?8.根據(jù)權(quán)利要求15所述的智能開關(guān)，其特征是:所述限流電阻通過額定電流條件下， 所述限流電阻兩端產(chǎn)生的電壓降大于5伏特且小于30伏特。19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:所述單向晶閘管的導(dǎo)通電流不通過所 述電流傳感器，所述機(jī)械開關(guān)為單斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，通過所述機(jī)械開關(guān)的電流至少分為兩路，其中 至少一路電流通過所述電流傳感器。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的智能開關(guān)，其特征是:所述機(jī)械開關(guān)的電流超過所述單向晶 閘管或所述機(jī)械開關(guān)極限分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，不做分?jǐn)唷?1.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能開關(guān)，其特征是:還包括輸入元件、顯示器件，所述輸入 元件、所述顯示器件與所述控制單元連接，所述輸入元件用于設(shè)定保護(hù)電流值、保護(hù)動作時(shí) 間、動作邏輯，所述顯示器件用于顯示電流信息、故障信息、設(shè)定菜單。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的智能開關(guān)，其特征是:通過所述機(jī)械開關(guān)的電流至少分為兩 路，其中至少一路電流通過所述電流傳感器。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的智能開關(guān)，其特征是:所述控制單元預(yù)存有經(jīng)校正設(shè)備校正 的所述電流傳感器的輸出信號與通過所述機(jī)械開關(guān)的電流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的智能開關(guān)，其特征是:還包括一通訊接口，所述通訊接口與 所述控制單元連接，所述通訊接口用于與所述校正設(shè)備連接。25.根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一權(quán)利要求所述的智能開關(guān)，其特征是:所述單向晶閘管 串聯(lián)至少一可熔斷導(dǎo)體，所述可熔斷導(dǎo)體熔斷后，所述控制單元控制所述機(jī)械開關(guān)在通過 所述機(jī)械開關(guān)的電流的峰值后至零點(diǎn)區(qū)間分?jǐn)唷?6.根據(jù)權(quán)利要求25所述的智能開關(guān)，其特征是:所述可熔斷導(dǎo)體熔斷后，所述控制單 元控制所述機(jī)械開關(guān)在所述電流的峰值三毫秒后至零點(diǎn)區(qū)間分?jǐn)唷?7.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一權(quán)利要求所述的智能開關(guān)，其特征是:所述控制單元連 接至少一通訊接口，所述通訊接口用于與外圍部件交換信息。
【文檔編號】H02J13/00GK205583843SQ201620160349
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年2月26日
【發(fā)明人】郭橋石
【申請人】廣州市金矢電子有限公司