專利名稱：機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)涉及一種新型電器開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)由有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)也就是機(jī)械開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)例如電子開(kāi)關(guān)及控制裝置組成。例如，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)可由接觸器和可控硅開(kāi)關(guān)再加上微處理器組合而成。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)后仍然能夠共存，證明由于它們各具有優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)而且互相不能完全取代。在有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)中，例如接觸器，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造和維護(hù)方便，而且屬于傳統(tǒng)產(chǎn)品，曾經(jīng)占領(lǐng)著廣大的市場(chǎng)，但是它的觸點(diǎn)斷開(kāi)負(fù)載時(shí)容易產(chǎn)生電弧而且觸點(diǎn)容易被電弧燒傷，造成接觸不良，觸點(diǎn)發(fā)熱甚至動(dòng)、靜觸點(diǎn)相互焊接的現(xiàn)象，產(chǎn)生的電弧甚至可能造成相間短路事故，使其工作不可靠，甚至造成事故；而且在產(chǎn)生電弧的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾，影響其他元件、系統(tǒng)甚至環(huán)境。而無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)雖然因?yàn)闊o(wú)觸點(diǎn)因此不產(chǎn)生電弧，可靠性、可控性很好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，正在不斷地?cái)U(kuò)大自己的市場(chǎng)，但是也常常存在散熱問(wèn)題，存在抗干擾能力、過(guò)載能力相對(duì)較弱等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)是由有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及控制裝置組成。如圖1所示在接觸器的常開(kāi)觸點(diǎn)上直接并聯(lián)著電子開(kāi)關(guān)，并且它們的動(dòng)作都由包括傳感器在內(nèi)的控制裝置所控制，這樣就構(gòu)成了機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)。其中的接觸器是依靠機(jī)械的動(dòng)作來(lái)完成觸點(diǎn)的通斷轉(zhuǎn)換的，屬于機(jī)械開(kāi)關(guān)。它與可控硅、IGBT之類的電子開(kāi)關(guān)及控制裝置組合成為機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)后，只要通過(guò)適當(dāng)程序的控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)性能上的提高。
例如，圖1中的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)(啟動(dòng)的過(guò)程先由電子開(kāi)關(guān)為負(fù)載接通電源并進(jìn)行軟啟動(dòng)，完成軟啟動(dòng)后才由接觸器觸點(diǎn)閉合使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn))，則首先用調(diào)節(jié)電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角等辦法來(lái)均勻平滑地增加加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的三相等效交流電壓Ud，使其從零逐漸增大，以實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)力矩的均勻平滑控制，在限制di/dt、du/dt的條件下使電動(dòng)機(jī)平滑加速，避免啟動(dòng)沖擊；直到電動(dòng)機(jī)升速至規(guī)定值、電壓Ud達(dá)到預(yù)定值時(shí)再通過(guò)它們的控制裝置的控制及時(shí)地把機(jī)械開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)閉合、將電子開(kāi)關(guān)的兩極短接以完成啟動(dòng)?？梢?jiàn)啟動(dòng)過(guò)程必須在控制裝置所預(yù)定的程序及相關(guān)的條件(如轉(zhuǎn)速、電壓等反饋信號(hào))控制之下才能順利進(jìn)行。由于啟動(dòng)過(guò)程中在機(jī)械開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)閉合前已經(jīng)存在著電子開(kāi)關(guān)的閉合通路，故機(jī)械開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)閉合時(shí)甚至彈跳時(shí)都不會(huì)產(chǎn)生電弧，這樣就顯著降低了觸點(diǎn)的發(fā)熱和簡(jiǎn)化了觸頭維護(hù)，延長(zhǎng)了壽命，解決了環(huán)境污染的問(wèn)題，又可避免產(chǎn)生觸頭粘連造成事故；而在軟啟動(dòng)結(jié)束后由于電子開(kāi)關(guān)被閉合的動(dòng)、靜觸頭所短接而不工作，不但降低了電子開(kāi)關(guān)的發(fā)熱，而且可為它屏蔽電磁干擾；既延長(zhǎng)了它的壽命，也提高了抗干擾能力和可靠性。這樣，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)很好地完成了軟啟動(dòng)。同樣，如使電動(dòng)機(jī)定子繞組上的Ud均勻平滑地降低也可實(shí)現(xiàn)軟制動(dòng)。它的過(guò)程是機(jī)械開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭先行斷開(kāi)到位，此時(shí)仍然導(dǎo)通著的電子開(kāi)關(guān)發(fā)揮其軟制動(dòng)的功能，逐漸降低Ud來(lái)降低電動(dòng)機(jī)的端壓直到Ud為零，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)在降低沖擊的條件下完成了軟制動(dòng)。由于在機(jī)械開(kāi)關(guān)觸頭打開(kāi)之初與其并聯(lián)的電子開(kāi)關(guān)仍然導(dǎo)通，即動(dòng)、靜觸點(diǎn)之間雖然打開(kāi)了但是仍然存在著旁路，使打開(kāi)了的動(dòng)、靜觸點(diǎn)一直被電子開(kāi)關(guān)短接著，因此在整個(gè)軟制動(dòng)過(guò)程中動(dòng)、靜觸點(diǎn)上都不會(huì)產(chǎn)生電弧。
我們可以把軟啟動(dòng)、軟制動(dòng)之類的利用調(diào)節(jié)Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)降低沖擊的操作統(tǒng)稱為軟操作。它證明了在機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)中保留了電子開(kāi)關(guān)的“能控性好”的功能；并且，只要恰當(dāng)?shù)厥闺娮娱_(kāi)關(guān)和機(jī)械開(kāi)關(guān)互相協(xié)調(diào)、配合地完成軟操作，就能夠使機(jī)械開(kāi)關(guān)和電子開(kāi)關(guān)雙方取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同實(shí)現(xiàn)性能的提高。由于機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)觸頭之間已經(jīng)不會(huì)燃弧，因此其機(jī)械開(kāi)關(guān)中可以取消滅弧罩和吹弧線圈等有關(guān)設(shè)計(jì)；由于不需要再考慮電弧所造成的對(duì)地短路、相間短路，因此其中機(jī)械開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸、安裝距離都可大大減小。這些都使得機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的性能指標(biāo)顯著提高。
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式可以有多種。例如圖2就是以零點(diǎn)開(kāi)關(guān)的形式實(shí)現(xiàn)的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)。由于在開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)下零點(diǎn)具有零電位，這樣使得位于零點(diǎn)的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的工作條件更加安全；而且由于在零點(diǎn)和電網(wǎng)之間有電抗性的電動(dòng)機(jī)定子繞組的隔離，使得電磁干擾雜散波在它們之間的相互傳播受到阻隔而大為削弱，因此既可以使用電設(shè)備的電子開(kāi)關(guān)免除由電網(wǎng)傳入的電磁干擾，又可使電網(wǎng)免除由用電設(shè)備的電子開(kāi)關(guān)產(chǎn)生和傳入的電磁干擾；這樣使電網(wǎng)尤其是使電子開(kāi)關(guān)工作的可靠性都可得到提高。同時(shí)，由于無(wú)論開(kāi)關(guān)是在接通或者斷開(kāi)于電網(wǎng)時(shí)零點(diǎn)都具有相同的零電位，因此它的三個(gè)靜觸頭可以成為一體而共同加以翅形散熱片，使觸頭及電子開(kāi)關(guān)的散熱條件得以改善而提高開(kāi)關(guān)的載流能力。
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)中的有、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)還可以采用如圖3所示的串聯(lián)形式構(gòu)成。即在動(dòng)或者靜觸點(diǎn)上直接地與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的一極相連接以構(gòu)成串聯(lián)電路。這時(shí)機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的軟操作程序是有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)先接通電壓后，再由無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)接通負(fù)載電流進(jìn)行軟啟動(dòng)直至完成升速；或者由無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)先進(jìn)行軟制動(dòng)直至完成降速、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電路結(jié)束制動(dòng)后有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)才斷開(kāi)電壓。在這種方式中，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)接通負(fù)載的同時(shí)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)即電子開(kāi)關(guān)也必然要接通負(fù)載進(jìn)行工作，因此電子開(kāi)關(guān)的工作時(shí)間比前者較長(zhǎng)。
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)用在高壓系統(tǒng)中時(shí)，由于其在高壓、超高壓條件下仍然具有良好的高壓滅弧性能，可以顯著地簡(jiǎn)化甚至取消高壓開(kāi)關(guān)熄弧裝置及相關(guān)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，故可使其成本降低，減輕甚至免除產(chǎn)生電磁干擾和產(chǎn)品維護(hù)方面的困擾，提高其使用價(jià)值。
綜上所述，與單獨(dú)的有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)或者單獨(dú)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)比較，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)為1.能控性好?？梢院碗娮娱_(kāi)關(guān)一樣實(shí)現(xiàn)軟操作，既可滿足用電設(shè)備對(duì)軟操作的需要，又能限制di/dt、du/dt、降低對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊；而單獨(dú)的有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)無(wú)此能力；2.不但具有了有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的較強(qiáng)的抗干擾能力、過(guò)載能力，而且因?yàn)椴僮鬟^(guò)程中不產(chǎn)生電弧，不僅避免了有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的電弧所產(chǎn)生的發(fā)熱、觸頭焊死，而且使開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、效能提高；由于電子開(kāi)關(guān)僅在開(kāi)關(guān)通斷或斷通轉(zhuǎn)換的極短時(shí)間內(nèi)工作(電子開(kāi)關(guān)采用如圖3的串聯(lián)時(shí)除外)，發(fā)熱極為有限，因此電子開(kāi)關(guān)散熱條件大為改善，還可免受外界干擾；機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)延長(zhǎng)了其中兩種開(kāi)關(guān)的使用壽命，節(jié)能而且避免環(huán)境污染，各項(xiàng)性能指標(biāo)都得到提高；在高壓、超高壓電網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)效果尤其顯著；

圖1中的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)KJ安裝在電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源端U、V、W上，它由三相電子開(kāi)關(guān)KK和機(jī)械開(kāi)關(guān)(例如具有常開(kāi)觸點(diǎn)的接觸器)的常開(kāi)觸點(diǎn)K1K2K3直接并聯(lián)而構(gòu)成，KZ是其控制裝置，Kd是隔離開(kāi)關(guān)。
圖2是零點(diǎn)開(kāi)關(guān)形式的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)KJ，它由三相電子開(kāi)關(guān)KK和機(jī)械開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)K1K2K3直接并聯(lián)而構(gòu)成，KZ是其控制裝置，Kd是隔離開(kāi)關(guān)。圖中O是電動(dòng)機(jī)的零點(diǎn)，零點(diǎn)還可以接地。
圖3和圖2一樣也是零點(diǎn)開(kāi)關(guān)形式的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)KJ，但是它由三相電子開(kāi)關(guān)KK和機(jī)械開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)K1K2K3直接串聯(lián)而構(gòu)成，KZ是其控制裝置。
圖4是機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)中之一相的結(jié)構(gòu)原理圖。其中DC是動(dòng)觸頭，JC是靜觸頭，CC是側(cè)觸頭，在動(dòng)觸頭閉合的過(guò)程中將先與側(cè)觸頭接觸，然后才接觸靜觸頭；KK是電子開(kāi)關(guān)，KZ是控制裝置。從圖可見(jiàn)它屬于有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組合。
圖5也是機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)中之一相的結(jié)構(gòu)原理圖。其中DC是動(dòng)觸頭，JC是靜觸頭，F(xiàn)C是輔觸頭，KK是電子開(kāi)關(guān)，控制裝置KZ中還可包括傳感器。它也屬于有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組合。輔觸頭要比動(dòng)觸頭先通后斷。
具體實(shí)施例方式對(duì)于采用接觸器作為控制器的傳統(tǒng)系統(tǒng)如在原有的直流接觸器的主觸點(diǎn)上并聯(lián)電子開(kāi)關(guān)(例如用IGBT構(gòu)成)，再加上微處理器即可構(gòu)成機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)。這種機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)能控性好，可以消除直流電弧，還可以利用脈寬調(diào)制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)端壓的連續(xù)調(diào)整實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；有很強(qiáng)的過(guò)載能力和抗干擾能力，適合于直流調(diào)速、承擔(dān)沖擊負(fù)載，也十分安全可靠。使用于在軋鋼機(jī)、電氣機(jī)車(chē)等直流傳動(dòng)系統(tǒng)中時(shí)可以獲得經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的效果，是很適合的。
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式還可以是集群方式。即如果將每一個(gè)機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)作為一個(gè)單元，那么把兩個(gè)以上這樣相同的單元并聯(lián)起來(lái)作為一個(gè)大容量的開(kāi)關(guān)，并且通過(guò)協(xié)同一致的動(dòng)作來(lái)共同承擔(dān)起完成對(duì)電路的總負(fù)載電流的操作的任務(wù)，也就是用“螞蟻啃骨頭”的辦法用許多小設(shè)備集合起來(lái)共同完成一項(xiàng)比較巨大的任務(wù)。這樣借助于小單元的大并聯(lián)的作用可以將總負(fù)載電流基本上均勻地分布在每個(gè)單元的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)上(因并聯(lián)電路中各支路電流將與各個(gè)支路電阻的大小成反比，而在這里各個(gè)支路的電阻大致平衡，故各支路的負(fù)載電流也大體平衡)，而各單元的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的磨損、發(fā)熱等涉及使用壽命的工作狀態(tài)也基本相同。由于每個(gè)單元的可靠性很高，而且各個(gè)單元還可以互為潛性備用，因此并聯(lián)后的單元集群的可靠性更高。
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式再如，作為高壓開(kāi)關(guān)諸品種之一的真空斷路器在閉合接通電路時(shí)觸頭常常會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)生彈跳而產(chǎn)生電弧，造成燒蝕觸頭甚至產(chǎn)生觸頭焊死的故障，以至造成電力系統(tǒng)的事故。那么，針對(duì)這種情況，如果采用機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)就可很好地解決問(wèn)題。即方案一在真空斷路器的動(dòng)、靜觸頭之間直接并連接著電子開(kāi)關(guān)再加上微處理器來(lái)構(gòu)成機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)。其原理接線圖仍如圖1。此電子開(kāi)關(guān)直接承擔(dān)著無(wú)電弧通斷負(fù)載和比真空斷路器觸頭先通后斷的任務(wù)即在接通的過(guò)程中，當(dāng)動(dòng)觸頭動(dòng)作之前電子開(kāi)關(guān)先行接通構(gòu)成動(dòng)、靜觸頭的旁路，然后動(dòng)、靜觸頭才接通，此時(shí)動(dòng)、靜觸頭之間即使彈跳也已無(wú)燃弧的可能；動(dòng)、靜觸頭穩(wěn)定閉合后電子開(kāi)關(guān)被閉合的觸頭所短路而退出工作。在斷開(kāi)的過(guò)程中當(dāng)動(dòng)觸頭充分打開(kāi)之后電子開(kāi)關(guān)才斷開(kāi)旁路，因此在斷開(kāi)的過(guò)程中動(dòng)、靜觸頭之間也無(wú)燃弧的可能?？梢?jiàn)，方案一的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)能夠確保在通斷操作中都不產(chǎn)生電弧，從而徹底解決高壓電弧所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。但是，由于方案一的電子開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)仍然長(zhǎng)期在高電壓的作用下，工作條件比較嚴(yán)酷，它同時(shí)對(duì)電子開(kāi)關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)提出了較高的要求。
方案二如圖4所示為有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)按照串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組合在真空斷路器的動(dòng)觸頭DC與靜觸頭JC之間的適當(dāng)位置上設(shè)置著固定的側(cè)觸頭CC，側(cè)觸頭經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)KK與靜觸頭相串連，再加上微處理器KZ就構(gòu)成了機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)。側(cè)觸頭與靜觸頭之間的距離大于動(dòng)觸頭彈跳的距離P，也大于在該電壓下在動(dòng)、靜觸頭之間可能點(diǎn)燃電弧的動(dòng)、靜觸頭最大距離L。在動(dòng)觸頭閉合的過(guò)程中，動(dòng)觸頭首先接觸側(cè)觸頭，而此時(shí)電子開(kāi)關(guān)尚未導(dǎo)通，故動(dòng)觸頭與側(cè)觸頭、動(dòng)觸頭與靜觸頭之間都不可能產(chǎn)生電弧；然后，微處理器使電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通而構(gòu)成動(dòng)與靜觸頭之間的旁路；動(dòng)觸頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至接觸靜觸頭時(shí)，即使動(dòng)觸頭發(fā)生彈跳，由于已經(jīng)存在旁路，故在動(dòng)觸頭與靜觸頭之間都不可能產(chǎn)生電弧。而在觸頭穩(wěn)定閉合之后，電子開(kāi)關(guān)即使仍然導(dǎo)通也是處于被閉合的觸頭所短路的狀態(tài)而退出工作。同樣，在動(dòng)觸頭斷開(kāi)的過(guò)程中也不會(huì)產(chǎn)生電弧在動(dòng)觸頭打開(kāi)之初，由于動(dòng)觸頭與靜觸頭之間仍然有經(jīng)過(guò)側(cè)觸頭的旁路，所以動(dòng)觸頭和靜觸頭之間不可能產(chǎn)生電??；到動(dòng)觸頭運(yùn)行到與側(cè)觸頭即將分離時(shí)，微處理器才使電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此時(shí)雖然高壓重新加到動(dòng)、靜觸頭之間，但是其距離已經(jīng)大于距離L，而與側(cè)觸頭連接的電子開(kāi)關(guān)也已斷開(kāi)，故動(dòng)觸頭與側(cè)觸頭、動(dòng)觸頭與靜觸頭之間已經(jīng)不可能再產(chǎn)生電??；直到動(dòng)觸頭完全打開(kāi)電弧也不會(huì)重新點(diǎn)燃。這樣，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)就徹底解決了觸頭通、斷及彈跳而產(chǎn)生電弧的問(wèn)題。
方案三如圖5所示也是有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)按照串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組合，把真空斷路器的動(dòng)觸頭DC經(jīng)過(guò)其輔觸頭FC與電子開(kāi)關(guān)KK一端相串連、把靜觸頭與電子開(kāi)關(guān)另一端相串連，再加上傳感器及微處理器KZ就構(gòu)成了機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)。此開(kāi)關(guān)在觸頭閉合的過(guò)程中首先使輔觸頭閉合，將尚未導(dǎo)通的電子開(kāi)關(guān)與動(dòng)觸頭連通；然后，當(dāng)動(dòng)觸頭運(yùn)行到與靜觸頭之間距離減小到等于距離L或者距離P之前由微處理器、位置或者時(shí)間傳感器發(fā)出信號(hào)使電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通以構(gòu)成動(dòng)、靜觸頭的旁路，此后即使動(dòng)、靜觸頭之間距離減小到小于L或P但是由于已經(jīng)被電子開(kāi)關(guān)所短路而動(dòng)、靜觸頭之間不可能產(chǎn)生電??；故在動(dòng)觸頭繼續(xù)運(yùn)動(dòng)直到與靜觸頭接通，即使動(dòng)觸頭彈跳，但是由于已經(jīng)存在電子開(kāi)關(guān)的旁路，觸頭之間也不可能產(chǎn)生電弧。而在觸頭穩(wěn)定地完成閉合之后，電子開(kāi)關(guān)即使仍然導(dǎo)通也是處于被閉合的觸頭所短路的狀態(tài)而退出工作。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的動(dòng)作順序正好相反在動(dòng)、靜觸頭之間達(dá)到距離L之前電子開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，使正在打開(kāi)的動(dòng)、靜觸頭被導(dǎo)通的電子開(kāi)關(guān)所旁路而不會(huì)產(chǎn)生電?。划?dāng)動(dòng)觸頭打開(kāi)到與靜觸頭之間超過(guò)規(guī)定的距離L時(shí)，由微處理器或傳感器給出的信號(hào)控制下電子開(kāi)關(guān)才斷開(kāi)，而此時(shí)由于動(dòng)、靜觸頭之間的距離已經(jīng)超過(guò)距離L，觸頭之間就已經(jīng)不會(huì)再點(diǎn)燃電弧了。在此后才使輔觸頭打開(kāi)，使已經(jīng)斷路的電子開(kāi)關(guān)與動(dòng)觸頭之間再斷開(kāi)，以隔斷經(jīng)過(guò)動(dòng)觸頭加到電子開(kāi)關(guān)上的高電壓；最后動(dòng)觸頭打開(kāi)到規(guī)定位置而停止運(yùn)動(dòng)。由此可見(jiàn)，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)可以可靠地避免在通、斷負(fù)載及在觸頭彈跳時(shí)產(chǎn)生電弧以及由它所引發(fā)的事故。能夠同樣承受高電壓的輔觸頭需要特殊設(shè)計(jì)，其作用是比動(dòng)觸頭先通后斷。當(dāng)然，輔觸頭的這種作用也可用其他開(kāi)關(guān)及傳感器來(lái)替代。
如果再利用調(diào)節(jié)電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通角等辦法來(lái)調(diào)節(jié)Ud，實(shí)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)軟操作，則在操作中還能夠降低甚至消除對(duì)用電設(shè)備以及對(duì)高壓電網(wǎng)產(chǎn)生的電磁沖擊，從而還可以提高用電設(shè)備以及高壓電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量和可靠性。
總之，從上述方案可見(jiàn)，機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)可以徹底解決高壓電弧所帶來(lái)的一系列問(wèn)題，因此機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)可以取消以真空斷路器為代表的高壓開(kāi)關(guān)中相應(yīng)的熄弧裝置、材料的設(shè)計(jì)，既可節(jié)能，又可免除環(huán)境污染；同時(shí)，無(wú)須加快動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)的速度來(lái)縮短觸頭之間燃弧的時(shí)間和造成的影響，故動(dòng)觸頭的動(dòng)作速度也可大幅降低，使機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)化，震動(dòng)減小，穩(wěn)定性更好；維護(hù)簡(jiǎn)化，壽命延長(zhǎng)；也不存在由于電弧引起的相間短路、對(duì)地短路的危險(xiǎn)，因此開(kāi)關(guān)的安全性能得以提高，結(jié)構(gòu)尺寸、安裝尺寸可以降低，從而使機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)的整體構(gòu)成大為簡(jiǎn)化，各項(xiàng)性能指標(biāo)得到大幅度的提高；同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)軟操作，避免產(chǎn)生操作過(guò)電壓，以提高用電設(shè)備運(yùn)行的性能和和避免影響高壓電網(wǎng)的供電質(zhì)量。如果機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)再采用零點(diǎn)開(kāi)關(guān)的運(yùn)行方式，則不但開(kāi)關(guān)可以避免從電網(wǎng)傳入各種雜波的干擾，絕緣和散熱問(wèn)題也將可進(jìn)一步改善。
當(dāng)然，在機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)中的電子開(kāi)關(guān)應(yīng)該具有與電網(wǎng)特性和工作條件相適應(yīng)的性能指標(biāo)，才能滿足需要。可喜的是，迅速發(fā)展的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠越來(lái)越全面地滿足這些要求。有報(bào)導(dǎo)說(shuō)“第一個(gè)采用晶閘管閥的高壓直流(HVDC)輸電線路是1972年建成的依爾河(Eel River)電力系統(tǒng)，額定電壓DC80KV，傳輸功率350MW。我國(guó)于20世紀(jì)80年代中期建成第一條由舟山——鎮(zhèn)海的高壓直流(HVDC)，電壓100KV，輸送功率50MW輸電線路以來(lái)，葛洲壩——上海HVDC系統(tǒng)采用±500KV雙極聯(lián)絡(luò)線，額定容量1200MW線路；天生橋——廣州HVDC線路全長(zhǎng)980KM，額定輸送功率1800MW，額定電流1800A，采用±500KV、12脈波雙極換流閥，……”。由此可見(jiàn)，目前電力電子技術(shù)既然已經(jīng)達(dá)到可以以晶閘管“閥”、雙極換流“閥”的形式即作為電網(wǎng)中的一次元件的形式在高壓甚至超高壓電網(wǎng)中長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的水平，那么，使用當(dāng)前最新的電力電子技術(shù)成果來(lái)幫助把真空斷路器等高壓開(kāi)關(guān)改造成機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)，并且完成其相應(yīng)的任務(wù)則不但是可能的，而且確實(shí)已經(jīng)是現(xiàn)實(shí)可行的了。
權(quán)利要求
1.作為高壓及低壓電器開(kāi)關(guān)品種之一的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)，其特征是機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)是由接觸器之類的有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和可控硅、IGBT之類的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)及包括傳感器、微處理器在內(nèi)的控制裝置結(jié)合起來(lái)而構(gòu)成的新型開(kāi)關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)，其特征是其中的有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)相互結(jié)合的方式是有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)單的串聯(lián)或者并聯(lián)，如在有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)上直接地與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的兩極分別相連接以構(gòu)成并聯(lián)電路；或在有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)或者靜觸點(diǎn)上直接地與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的一極相連接以構(gòu)成串聯(lián)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)，其特征是其中的有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)相互結(jié)合的方式是有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)與無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)按照串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組合，如在無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)與有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的其他觸點(diǎn)如側(cè)觸頭、輔觸頭或其他開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)相串聯(lián)后再與有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)并聯(lián)而實(shí)現(xiàn)的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)電路。
全文摘要
機(jī)電一體化開(kāi)關(guān)是由有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)再加上控制裝置組合而成。如在接觸器的觸點(diǎn)K
文檔編號(hào)H03K17/00GK1832076SQ200510051439
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月7日
發(fā)明者黃群 申請(qǐng)人:黃群