專利名稱：復(fù)合式電力電子開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種復(fù)合式電力電子開關(guān)，集無觸點開關(guān)與電磁繼電器為一體的復(fù)合型電氣開關(guān)裝置，由于可控硅作交流開關(guān)能有效地消除觸點電弧，故復(fù)合開關(guān)特別適于頻繁啟動的場合，屬低壓電器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，公知的低壓電器開關(guān)類產(chǎn)品多數(shù)為電磁繼電器和交流接觸器等，這些開關(guān)在閉合、并斷的瞬間易在觸點間產(chǎn)生電弧，損環(huán)觸頭并引發(fā)設(shè)備故障及火災(zāi)等事故，在頻繁動作的電氣設(shè)備里問題尤為突出。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)的可控硅作無觸點滅弧交流開關(guān)，如本公司專利產(chǎn)品“電子滅弧器”(專利號為EL01201907.0)可有效地解決電弧燒損觸頭的問題延長設(shè)備壽命，杜絕事故的發(fā)生。但因可控硅導(dǎo)通時的通態(tài)壓降會產(chǎn)生一定的功率損耗，長期運行仍存在一定問題。
本實用新型與已授權(quán)的專利技術(shù)“一種低壓復(fù)合式開關(guān)”(專利號為EL02239247.5)有明顯進步，可控硅觸發(fā)信號與主回路之間采用光電隔離；而“低壓復(fù)合式開關(guān)”沒采用此項技術(shù)；繼電器采用大功率磁保持繼電器，通過極型轉(zhuǎn)換進行控制；而“低壓復(fù)合式開關(guān)”使用的是普通繼電器；可控硅的觸發(fā)控制采用簡單實用的延時電路，而“低壓復(fù)合式開關(guān)”采用單片機技術(shù)，控制電路相當(dāng)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述電子滅弧器專利技術(shù)的不足，本實用新型采用了在電子滅弧器技術(shù)的基礎(chǔ)上，再并聯(lián)一只大功率磁保持繼電器；當(dāng)復(fù)合式電力電子開關(guān)投入或切出時，可控硅先于繼電器導(dǎo)通，而滯后于繼電器斷開。正常工作狀態(tài)時主回路電流的通導(dǎo)由繼電器完成，故可避免可控硅通態(tài)壓降產(chǎn)生的功率損耗。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的方案是它由殼體、相電壓輸入接線端子R、S、T、相電壓輸出接線子U、V、W、主回路板、控制板、可控硅板、主回路光耦合隔離電路、主回路電路、可控硅觸發(fā)控制電路、延時電路、極性轉(zhuǎn)換回路、磁保持繼電器工作驅(qū)動電路、掉電保護電路、控制信號輸入電路、光耦合隔離電路、系統(tǒng)電源電路、缺相保護電路等組成，呈長方體形；在殼體內(nèi)分上、中、下三層裝有線路板，下層裝有可控硅板，中層裝有主回路板，主回路板上的Ai、Bi、Ci接線端子接相電壓輸入端子R、S、T，L1、L2、L3接線端子接相電壓輸出接線端子U、V、W；+、-接線端子接直流電源+、-接線端子；上層裝有控制板，控制板的TB1上的Ai、Bi、Ci接線端子接相電壓輸入端子R、S、T，A、K接交流電源接線端子N、L。
主回路電路由可控硅SCR1、SCR2、大功率磁保持繼電器CJ1、電阻R41-R45及二級管D11、D12、抑制電感L構(gòu)成，可控硅作無觸點交流開關(guān)和大功率磁保持繼電器并聯(lián)連接，開關(guān)投入或切出時，可控硅先于大功率磁保持繼電器導(dǎo)通，而滯后于大功率磁保持繼電器斷開；正常工作期間，由大功率磁保持繼電器維持電路導(dǎo)通。輸入端接掉電保護電路的輸出端，輸出端接主回路光耦合隔離電路的輸入端；主回路光耦合隔離電路由光耦合器U2、U3構(gòu)成，輸入端接可控硅觸發(fā)控制電路輸出端PM+和PM-，輸出端接主回路電路；控制信號輸入電路由交、直流開關(guān)信號兩路組成，交流開關(guān)信號輸入電路由整流二極管D1-D4組成全橋，經(jīng)穩(wěn)壓二極管DW1及濾波阻容件C1、C2、R2-R4構(gòu)成，輸出端接控制板上的TB1的A、K兩點，輸出端接光耦隔離電路的光耦合器UIA；直流開關(guān)信號由三極管T1、T2電阻R0、R1組成恒流源電路，輸入端接控制板上的TB1的直流電源+、-接線端子，輸出端接光耦合隔離電路的光耦合器UIB；光耦合隔離電路由光耦合器UIB、UIA構(gòu)成，為控制信號輸入電路與延時電路、可控硅觸發(fā)的控制電路之間的隔離電路，輸入端接控制信號輸入電路的輸出端，輸出端接可控硅觸發(fā)控制電路輸入端COn；可控硅觸發(fā)控制電路由比較器集成塊IC1及電阻R6-R14、R19-R23、電容C3-C6、C13、單穩(wěn)態(tài)集成塊IC2及電阻R15-R18、電容C7-C12組成脈沖觸發(fā)電路，二極管D5、D6、三極管T3、電阻R26、R27組成觸發(fā)推動電路，構(gòu)成可控硅觸發(fā)控制電路，輸出端與缺相保護電路輸出端BH和光耦合隔離電路輸出端C0n相連接，輸出端與主回路光耦合隔離電路輸出端相連接；極性轉(zhuǎn)換電路由三極管T4、繼電器J2、電阻R24、R25二極管D14、LED1等構(gòu)成，輸入端與系統(tǒng)電源電路和延時電路輸出端相連接，輸出端與磁保持繼電器工作驅(qū)動電路輸入端相連接；磁保持繼電器工作驅(qū)動電路由三極管T5、T6構(gòu)成，輸入端與極性轉(zhuǎn)換電路輸出端相連接，輸出端與主回路電路的大功率磁保持繼電器CJ1相連接；延時電路由電阻R19、電容C14構(gòu)成，控制可控與大功率磁保持繼電器的切換輸入端與光耦合隔離電路輸出端相連接，輸出端與極性轉(zhuǎn)換電路和可控硅觸發(fā)控制電路輸入端相連接；掉電保護電路由二極管D00、D9、繼電器J1、電容C15構(gòu)成，輸入端與系統(tǒng)電源電路輸出端相連接，輸出端與主回路電路的大功率磁保持繼電器在CJ1相連接；系統(tǒng)電源電路由變壓器TF1、二極管D10-D13組成全橋，電容C16-C19及穩(wěn)壓塊IC3構(gòu)成，輸入端由變壓器TF1初級接Ai、Bi接線端子，輸出端分別為各部份電路提供直流穩(wěn)壓電源；缺相保護電路由變壓器TF2、TF3、二極管D15-D18和D19-D22分別組成兩個全橋、分壓電阻R31、R32及可調(diào)電阻VR1、VR2及運算放大器集成塊IC4、IC5、二極管D7、D8電阻R28、R33-R35構(gòu)成，輸入端變壓器TF2、TF3的初級分別接Ai、Bi、Ci接線端子，輸出端通過BH接線端子接可控硅觸發(fā)控制電路的比較器IC1A的輸入端。
本實用新型的有益效果是充分采用電子滅弧器無觸點交流開關(guān)能消除電弧和專用磁保持繼電器觸點接觸電阻極小，可靠性高的優(yōu)點；控制電路簡單實用，并具有缺相保護、欠壓保護、掉電保護等功能；它可以有效消除繼電器關(guān)斷產(chǎn)生的浪涌電流，杜絕電弧，保護觸頭，延長設(shè)備壽命，又解決了無觸點開關(guān)存在可控硅通態(tài)壓降和功率損耗的缺點，是一種集兩種開關(guān)技術(shù)為一身，優(yōu)勢互補，缺點互抵的新型技術(shù)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型復(fù)合式電力電子開關(guān)左側(cè)立體圖。
圖2是右側(cè)立體圖。
圖3是內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖4是可控硅板元件分布圖。
圖5是主回路板元件分布圖。
圖6是控制板元件分布圖。
圖7是輔助電路原理圖。
圖8是主回路電路原理圖。
圖9是電路原理方框圖。
圖中標(biāo)號1、殼體 2、輸入端子R3、輸入端子S4、輸入端子T5、輸出端子U6、輸出端子V7、輸出端子W8、直流電源+接線端子9、直流電源-接線端子10、交流電源N接線端子11、交流電源L接線端子 12、主回路板13、控制板 14、可控硅板15、Ai接線端子 16、Bi接線端子17、Ci接線端子 18、L1接線端子19、L2接線端子 20、L3接線端子21、控制信號輸入電路22、光耦合隔離電路
23、系統(tǒng)電源電路 24、缺相保護電路25、主回路電路 26、主回路光耦合隔離電路27、可控硅觸發(fā)控制電路 28、延時電路29、極性轉(zhuǎn)換電路 30、磁保持繼電器工作驅(qū)動電路31、掉電保護電路具體實施方式
請參閱圖1至圖9，它由殼體(1)、相電壓輸入接線端子R(2)、S(3)、T(4)、相電壓輸出接線端子U(5)、V(6)、W(7)、主回路板(12)、控制板(13)、可控硅板(14)、主回路光耦合隔離電路(26)、主回路電路(25)、可控硅觸發(fā)控制電路(27)、延時電路(28)、極性轉(zhuǎn)換電路(29)、磁保持繼電器工作驅(qū)動電路(30)、掉電保護電路(31)、控制信號輸入電路(21)、光耦合隔離電路(22)、系統(tǒng)電源電路(23)、缺相保護電路(24)等構(gòu)成，呈長方體形；在殼體(1)內(nèi)分上、中、下三層裝有線路板，下層裝有可控硅板(14)，中層裝有主回路板(12)，主回路板(12)上的Ai接線端子(15)，接相電壓輸入端子R(2)，Bi接線端子(16)接相電壓輸入端子S(3)，Ci接線端子(17)接相電壓輸入端子T(4)，L1接線端子(18)接相電壓輸出端子U(5)，L2接線端子(19)接相電壓輸出端子V(6)，L3接線端子(20)接相電壓輸出端子W(7)；+、-接直流電源+接線端子(8)和直流電源-接線端子(9)；上層裝有控制板(13)，控制板(13)上的TB1的Ai接線端子(15)接相電壓輸入端子R(2)，Bi接線端子(16)接相電壓輸入端子S(3)，Ci接線端子(17)接相電壓輸入端子T(4)；A接交流電源N接線端子(10)，K接交流電源L接線端子(11)。主回路電路(25)由可控硅SCK1、SCK2、大功率磁保持繼電器CJ1、電阻R41-R45及二極管D11、D12、抑制電感L構(gòu)成；輸入端接掉電保護電路(31)的輸出端Cj+和Cj-，輸出端接主回路光耦合隔離電路(26)的輸入端，其中SCR1和SCR2反向并聯(lián)，同時與大功率磁保持繼電器Cj1并聯(lián)；主回路光耦合隔離電路(26)由光耦合器U2、U3構(gòu)成，輸入端接可控觸發(fā)控制電路(27)輸出端的PM+和PM-，輸出端接主回路電路(25)；控制信號輸入電路(21)由交、直流開關(guān)信號兩路組成交流開關(guān)信號輸入電路由整流二極管D1-D4組成全橋，經(jīng)穩(wěn)壓二極管DW1及濾波阻容件C1、C2、R2-R4構(gòu)成；輸入端接控制板(13)上的TB1的A、K兩點，輸出端接光耦合隔離電路(22)的光耦合器UIA；直流開關(guān)信號由三極管T1、T2、電阻R0、R1組成恒流源電路；輸入端接控制板(13)上的TB1的直流電源+接線端子(8)和直流電源一接線端子(9)；輸出端接光耦合隔離電路(22)的光耦合器UIB；光耦合隔離電路(22)由光耦合器UIB、UIA構(gòu)成，輸入端接控制信號輸入電路(21)的輸出端，輸出端接可控硅觸發(fā)控制電路(27)輸入端COR；可控硅觸發(fā)控制電路(27)由比較器集成塊IC1及電阻R6-R14、R19-R23電容C3-C6、C13、單穩(wěn)態(tài)集成塊IC2及電阻R15-R18、電容C7-C12組成脈沖觸發(fā)電路，二極管D5、D6、三極管T3、電阻R26、R27組成觸發(fā)推動電路，構(gòu)成可控硅觸發(fā)控制電路(27)，輸入端與缺相保護電路(24)輸出端BH和光耦合隔離電路(22)輸出端CON相連接，輸出端與主回路光耦合隔離電路(26)輸入端相連接。極性轉(zhuǎn)換電路(29)由三極管T4、繼電器J2、電阻R24、R25、二極管D10、LED1等構(gòu)成，輸出端與系統(tǒng)電源電路(23)和延時電路(28)輸出端相連接，輸出端與磁保持繼電器工作驅(qū)動電路(30)輸入端相連接；磁保持繼電器工作驅(qū)動電路(30)由三極管T5、T6構(gòu)成，輸入端與極性轉(zhuǎn)換電路(29)輸出端相連接，輸出端與主回路電路(25)的大功率磁保持繼電器CJ1相連接；延時電路(28)由電阻R19、電容C14構(gòu)成，輸入端與光耦合隔離電路(22)輸出端相連接，輸出端與極性轉(zhuǎn)換電路(29)和可控硅觸發(fā)控制電路(27)輸出端相連接；掉電保護電路(31)由二極管D00、D9、繼電器J1、電容C15構(gòu)成，輸入端與系統(tǒng)電源電路(23)輸出端相連接，輸出端與主回路電路(25)的大功率磁保持繼電器CJ1相連接；系統(tǒng)電源電路(23)由變壓器TF1、二極管D10-D13組成全橋，電容C16-C19及穩(wěn)壓塊IC3構(gòu)成，輸入端由變壓器TF1初級接Ai接線端子(15)和Bi接線端子(16)；輸出端分別為各部分電路提供直流穩(wěn)壓電源缺相保護電路(24)由變壓器TF2、TF3、二極管D15-D18和D19-D22分別組成兩個全橋、分壓電阻R31、R32及可調(diào)電阻VR1、VR2及運算放大器集成塊IC4、IC5、二極管D7、D8、電阻R28、R33-R35構(gòu)成，輸入端變壓器TF2、TF3的初級分別接Ai接線端子(15)、Bi接線端子(16)、Ci接線端子(17)，輸出端通過BH接線端子接可控硅觸發(fā)控制電路(27)的比較器IC1A的輸入端。
當(dāng)本復(fù)合式電力電子開關(guān)合閘使用時，首先由TB1接入高電平開通信號，其中交流信號由N、L端子接入，直流信號由+、-端子接入。光耦合隔離電路(22)的光耦合器U1將高電平信號輸出至R9進入比較器電路IC1A。IC1A有兩路輸出，一路高電平經(jīng)R11到達反相器IC1B；另一路給到射隨器ICIC，ICIC將此高電平信號輸出驅(qū)動三極管T4，使繼電器J2導(dǎo)通，并帶動主回路電路(25)的大功率磁保持繼電器CJ1，使CJI完成極性轉(zhuǎn)換，待導(dǎo)通工作。因反相器IC1B輸出相反電平信號，故給到單穩(wěn)態(tài)電路IC2A的是一個低電平負(fù)脈沖，因此IC2A將輸出一個寬度為110ms的觸發(fā)脈沖，并由三極管T3驅(qū)動，到達主回路光耦合隔離電路(26)的光耦合器輸入端(PM)，U2、U3令可控硅SCR1、SCR2導(dǎo)通。單穩(wěn)態(tài)負(fù)脈沖信號經(jīng)T3同時也輸出到延時電路(28)R19-C14，延時約40-60ms，并經(jīng)比較器ICID輸出一個高電平，由復(fù)合晶體管T5、T6驅(qū)動經(jīng)繼電器J2接點由端子(CJ)到達大功率磁保持繼電器CJ1，令CJ1吸合，主回路電路(25)此時由可控硅與繼電器同時導(dǎo)通。因CJ1之導(dǎo)通，可控硅兩端被短接，可控硅立即關(guān)斷，主回路電路(25)導(dǎo)通由繼電器獨立執(zhí)行。
當(dāng)本實用新型關(guān)斷使用時，由TB1接入低水平關(guān)斷信號，經(jīng)光耦合隔離電路(22)的光耦合器U1將此低電平輸出到比較器IC1A，ICIA輸出一個負(fù)脈沖信號經(jīng)射隨器ICIC輸出，一路經(jīng)C9到達單穩(wěn)態(tài)電路IC2B；另一路經(jīng)R25到達三極管T4，驅(qū)動繼電器J2工作，因J2接點的切換令CJ1實現(xiàn)極性轉(zhuǎn)換。IC1A的負(fù)脈沖到達單穩(wěn)態(tài)電路IC2B后，IC2B輸出一個寬度為110ms的觸發(fā)脈沖，并經(jīng)三級管T3驅(qū)動，到達主回路光耦合隔離電路(26)輸入端(PM)，U2、U3把觸發(fā)脈沖用隔離方式使可控硅SCR1、SCR2導(dǎo)通。主回路電路(25)再次進入可控硅與繼電器同時導(dǎo)通狀態(tài)。驅(qū)動三極管T3的脈沖信號從另一路經(jīng)延時電路(28)R19-C14，約延時40-60ms到達比較器ICID，并輸出一個高電平推動復(fù)合管T5、T6導(dǎo)通，經(jīng)繼電器J2使大功率磁保持繼電器CJ1斷開。在CJ1關(guān)斷后約50-70ms，可控硅亦因電流過零而關(guān)斷。此時整個主回路電路(25)關(guān)斷。
由上述實施過程可知，復(fù)合式電力電子開關(guān)閉合時，可控硅先于繼電器導(dǎo)通，關(guān)斷時，可控硅又滯后于繼電器關(guān)斷，避免了浪涌電流的產(chǎn)生，繼電器觸頭間不會產(chǎn)生電弧；而主回路電路(25)在投入或切出以外的正常工作期間，電流仍由繼電器觸點完成，不存在因可控硅正向壓降而引起的功耗和散熱問題，使整個復(fù)合式電力電子開關(guān)的壽命接近其機械壽命。
由隔離變壓器TF2、TF3、整流全橋D15-D22，分壓電阻R29-R32及VR1、VR2，運算放大器IC4、IC5組成的缺相保護電路(24)，對三相電出現(xiàn)的缺相和嚴(yán)重欠電壓故障，都會通過缺相保護電路(24)給出一個低電平信號，令主回路電路(25)不能閉合，或從閉合狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。
當(dāng)整個系統(tǒng)意外掉電時，由D00、繼電器J1，電容C15以及三極管T4，繼電器J2都因掉電而斷開，主回路電路(25)立即從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為斷開狀態(tài)實現(xiàn)掉電保護。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合式電力電子開關(guān)，它由殼體、相電壓輸入接線端子R、S、T、相電壓輸出接線端子U、V、W、主回路板、控制板、可控硅板、主回路光耦合隔離電路、主回路電路、可控硅觸發(fā)控制電路、延時電路、極性轉(zhuǎn)換回路、磁保持繼電器工作驅(qū)動電路、掉電保護電路、控制信號輸入電路、光耦合隔離電路、系統(tǒng)電源電路、缺相保護電路等組成，呈長方體形；其特征在于主回路電路(25)由可控硅SCR1、SCR2、大功率磁保持繼電器CJ1、電阻R41-R45及二級管D11、D12、抑制電感L構(gòu)成，可控硅作無觸點交流開關(guān)和大功率磁保持繼電器并聯(lián)連接，開關(guān)投入或切出時，可控硅先于大功率磁保持繼電器導(dǎo)通，而滯后于大功率磁保持繼電器斷開；正常工作期間，由大功率磁保持繼電器維持電路導(dǎo)通；延時電路(28)由電阻R19、電容C14構(gòu)成，控制可控硅與大功率磁保持繼電器的切換；主回路光耦合隔離電路(26)由光耦合器U1、U2構(gòu)成，為可控硅與觸發(fā)信號之間的隔離電路光耦合隔離電路(22)由耦合器UIB、UIA構(gòu)成，為控制信號輸入電路(21)與延時電路(28)、可控硅觸發(fā)控制電路(27)之間的隔離電路；缺相保護電路由變壓器TF2、TF3二極管D15-D18和D19-D22分別組成兩個全橋、分壓電阻R31、R32及可調(diào)電阻VR1、VR2及運算放大器集成塊IC4、IC5、二極管D7、D8、電阻R28、R33-R35構(gòu)成；輸入端變壓器TF2、TF3的初級分別接Ai接線端子(15)、Bi接線端子(16)、Ci接線端子(17)，輸出端通過BH接線端子接可控硅觸發(fā)控制電路(27)的比較器IC1A的輸入端。
專利摘要本實用新型公開了一種復(fù)合式電力電子開關(guān)，它由殼體、主回路光耦合隔離電路、主回路電路、可控硅觸發(fā)控制電路、延時電路、極性轉(zhuǎn)換回路、磁保持繼電器工作驅(qū)動電路、掉電保護電路、控制信號輸入電路、光耦合隔離電路、系統(tǒng)電源電路、缺相保護電路等組成，它采用了在電子滅弧器技術(shù)的基礎(chǔ)上，再并聯(lián)一只大功率磁保持繼電器，當(dāng)復(fù)合開關(guān)投入或切出時，可控硅先于繼電器導(dǎo)通，而滯后于繼電器斷開。正常工作時主回路電流的通導(dǎo)由繼電器完成；控制電路簡單實用，有效消除繼電器關(guān)斷產(chǎn)生的的浪涌電流，杜絕電弧，保護觸頭，延長設(shè)備壽命，又解決了無觸點開關(guān)存在可控硅通態(tài)壓降和功率損耗的缺點，是一種集兩種開關(guān)技術(shù)為一身，優(yōu)勢互補，缺點互抵的新型技術(shù)。
文檔編號H01H73/18GK2678115SQ200420018458
公開日2005年2月9日 申請日期2004年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者華洪武, 魯廣斌, 朱家國 申請人:齊齊哈爾齊力達電子有限公司