專利名稱：智能無弧斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是利用交流電過零時控制機(jī)械動作，從而達(dá)到無弧切換的智能斷路器。
背景技術(shù)：
在本實(shí)用新型提出之前，由于機(jī)械式開關(guān)設(shè)備是用觸頭的位移來開關(guān)電路的，而在開斷過程中當(dāng)兩觸頭間電壓高于10～20V，通過其間電流大于80～100mA時，就會在動靜觸頭間產(chǎn)生電弧。盡管此時電路連接已被開斷，而電路的電流還在繼續(xù)流通，直到電弧熄滅，動靜觸頭間隙成為絕緣介質(zhì)后，電流才真正被開斷。在接通過程中也由于電壓的存在使觸頭間介質(zhì)產(chǎn)生游離，從而產(chǎn)生一定濃度的帶電質(zhì)點(diǎn)，出現(xiàn)弧光放電。
電弧對斷路器的危害由于電弧產(chǎn)生會放出大量能量，會對觸頭的材料、性能和壽命造成影響，從而加速了斷路器的破壞；電弧對電器設(shè)備的危害在電弧產(chǎn)生時，由于帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，產(chǎn)生電磁干擾，對某些精密設(shè)備的工作性能產(chǎn)生影響；電弧的產(chǎn)生會造成電流沖擊，有可能燒壞設(shè)備；電弧對操作者的危害電弧產(chǎn)生會放出大量能量，并形成弧光，如不加以控制防護(hù)，會造成觸電等安全事故。
目前各廠家和研究所從滅弧上加以改進(jìn)，如制作滅弧柵、電磁吹弧等。真正從機(jī)理上達(dá)到滅弧的，有過此類研究，但不見產(chǎn)品推廣。傳統(tǒng)的滅弧裝置從滅弧和尋找新的觸頭材料上下工夫，但仍有價格高、壽命短的弱點(diǎn)。目前使用的斷路器主要包括多油式斷路器、少油式斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器等等，都屬于此類產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種連接交流斷路器的控制電路，使得其觸頭的斷開或閉合發(fā)生在電流過零點(diǎn)，從而達(dá)到在整個過程中不產(chǎn)生電弧。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案，這種智能無弧斷路器，它由控制單元和普通斷路器構(gòu)成，所述的控制單元分為電流、電壓檢測電路、控制器和驅(qū)動器，電流、電壓檢測電路的輸入端分別連接用戶端和主電路，檢測后的電流、電壓信號通過電壓比較器分別連接控制器的輸入端IN1、IN2，控制器經(jīng)延時處理后由輸出端連接并控制驅(qū)動器使斷路器吸合線圈主觸頭在主電路電流過零點(diǎn)動作。
本實(shí)用新型在用于低壓主電路時，所述的電壓檢測電路采用電阻R1、R2、R0采集電壓信號，電流檢測電路采用設(shè)于R3處的電流互感器檢測電流信號，并經(jīng)處理后將檢測信號輸入連接的控制器。
本實(shí)用新型在應(yīng)用于KV以上高壓時，所述的電流互感器還可采用傳感器代替采集電流信號(如霍爾傳感器等)，而且由于電壓高，斷路器吸合線圈所在的回路不采用主電路供電，可采有民用220V專門供電，控制器則通過控制三極管，控制中間繼電器JZ的通斷。
在延時方面，單片機(jī)能自動記錄發(fā)出控制信號與主電路同步檢測電流變化(產(chǎn)生或消失)之間的時間差，即機(jī)械動作時間。然后進(jìn)行多次數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出統(tǒng)計規(guī)律，利用此規(guī)律，調(diào)整延時時間，這就解決了機(jī)械動作的分散性與時效變化。
本實(shí)用新型的優(yōu)越性是該智能無弧斷路器由于不產(chǎn)生或產(chǎn)生微弱電弧，不需要特殊的滅弧裝置，對觸頭的要求也比傳統(tǒng)斷路器低很多，雖另外加了電路設(shè)備，但總體造價比傳斷路器低，且壽命可達(dá)后者的幾倍。若為安全考慮，仍采用傳統(tǒng)斷路器作機(jī)械部分，即仍帶有滅弧裝置和高標(biāo)準(zhǔn)觸頭，僅將本技術(shù)方案作為輔助裝置，從壽命和電氣安全角度分析，仍是有很大優(yōu)勢的。由于有單片機(jī)進(jìn)行智能和實(shí)時調(diào)整，本實(shí)用新型具有高的性能可靠性。
智能無弧斷路器可廣泛應(yīng)用于各種電氣領(lǐng)域，如火車、輪船等電力機(jī)車，以及發(fā)變電站等高壓設(shè)備。應(yīng)用前景廣闊。


圖1智能無弧斷路器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2本實(shí)用新型在低壓主電路時的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本實(shí)用新型在高壓主電路時的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1(見附圖2)本實(shí)用新型在該低壓主電路為相對低壓(如民用220V)，由于電流很大，所以斷路器在分合時有電弧產(chǎn)生。圖中，R1、R2、R0用于采集到電壓信號，R3處的電流互感器用于檢測到電流信號(這里互感器還能用分流器、傳感器等代替)。檢測后的信號通過電壓比較器(LM339，LM139系列)，分別接到單片機(jī)(帶有斷電存儲的MCS51系列或其他)的輸入端IN1、IN2，單片機(jī)經(jīng)光電隔離控制晶閘管開合，從而控制斷路器吸合線圈的失電與得電，從而控制主觸頭開合。斷路器吸合線圈所在回路直接用主電路供電，經(jīng)橋式整流和電容濾波，變?yōu)橹绷?，可通過晶閘管控制該回路的關(guān)合。
其動作過程為當(dāng)需要電路斷開時，按下OFF，單片機(jī)開始自動識別同步電流信號的相位，然后經(jīng)過延時，單片機(jī)發(fā)出開斷信號經(jīng)光電隔離給左側(cè)的雙向晶閘管，雙向晶閘管將由主電路供電的接觸線圈KM所在回路斷開，線圈KM失電，觸頭在電流過零點(diǎn)斷開，無電弧產(chǎn)生。當(dāng)需要閉合時，按下ON，單片機(jī)識別同步電壓信號，經(jīng)延時，發(fā)出閉合信號給雙向晶閘管，使之接通線圈電路，線圈得電，主觸頭吸合。
在延時方面，單片機(jī)能自動記錄發(fā)出控制信號與主電路同步檢測電流變化(產(chǎn)生或消失)之間的時間差，即機(jī)械動作時間。然后進(jìn)行多次數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出統(tǒng)計規(guī)律，利用此規(guī)律，調(diào)整延時時間，這就解決了機(jī)械動作的分散性與時效變化。
實(shí)施例2(見附圖3)無弧斷路器在應(yīng)用于高壓(KV以上)時，考慮到安全和性能可靠性，電流互感器可用精度高的傳感器(如霍爾傳感器等)代替，R3處即為傳感器采集電流。由于電壓高，斷路器吸合線圈所在的回路不便用主電路供電，圖中可以用民用220V專門供電，這里可以直接用交流接觸器，通過中間繼電器JZ控制。單片機(jī)的則通過控制三極管，控制中間繼電器JZ的通斷。其它控制部分不變。
權(quán)利要求1.一種智能無弧斷路器，它由控制單元和普通斷路器構(gòu)成，其特征是，所述的控制單元分為電流、電壓檢測電路、控制器和驅(qū)動器，電流、電壓檢測電路的輸入端分別連接用戶端和主電路，檢測后的電流、電壓信號通過電壓比較器分別連接控制器的輸入端IN1、IN2，控制器經(jīng)延時處理后由輸出端連接并控制驅(qū)動器使斷路器吸合線圈主觸頭在主電路電流過零點(diǎn)動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能無弧斷路器，其特征是，所述的電壓檢測電路采用電阻R1、R2、R0采集電壓信號，電流檢測電路采用設(shè)于R3處的電流互感器檢測電流信號，并經(jīng)處理后將檢測信號輸入連接的控制器IN1、IN2端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種智能無弧斷路器，其特征是所述的電流互感器還可采用傳感器代替采集電流信號，接觸器線圈所在的回路可采有民用220V專門供電，控制器則通過控制三極管，控制中間繼電器JZ的通斷。
專利摘要一種智能無弧斷路器，本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。具體地說是利用交流電過零時進(jìn)行機(jī)械動作，從而達(dá)到無弧切換的智能斷路器。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案，這種智能無弧斷路器，它由控制單元和普通斷路器構(gòu)成，所述的控制電路分為電流、電壓檢測電路、控制器和驅(qū)動器，電流、電壓檢測電路的輸入端分別連接用戶端和主電路，檢測后的電流、電壓信號通過電壓比較器分別連接控制器的輸入端IN1、IN2，控制器經(jīng)延時處理后由輸出端連接并控制驅(qū)動器使斷路器吸合線圈主觸頭在主電路電流過零點(diǎn)動作。本實(shí)用新型的優(yōu)越性是該智能無弧斷路器由于不產(chǎn)生或產(chǎn)生微弱電弧，不需要特殊的滅弧裝置，對觸頭的要求也比傳統(tǒng)斷路器低很多，雖另外加了電路設(shè)備，但總體造價比傳斷路器低，且壽命可達(dá)后者的幾倍。
文檔編號H01H9/56GK2798278SQ20052009677
公開日2006年7月19日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者喻方平, 張尊華, 郭孝峰 申請人:武漢理工大學(xué)