專利名稱：一種開關消弧電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種防止開關電器在閉合或斷開時拉弧的開關消弧電路。
背景技術：
負荷開關、插座、分斷器、交流接觸器、繼電器等是常用的開關電器，這類開關電 器多采用機械觸點的接觸與斷開來實現(xiàn)工作電路的導通或分斷。但是，上述開關電器的 機械觸點在閉合和分離的瞬間由于觸點間距離很小而電場強度很大，這時便會產(chǎn)生拉弧 (放電)現(xiàn)象，頻繁拉弧會燒毀開關觸頭，進而影響開關使用壽命，也降低了電路的可 靠性，因此，如何有效熄滅電弧是開關電器在實際應用中需要亟待解決的一個問題。
為了消除開關電器的拉弧現(xiàn)象，現(xiàn)有技術中廣泛采用真空滅弧室或SF6滅弧裝置來 消除電弧，尤其是高壓大電流領域，這種滅弧裝置雖然克服了打火、拉弧現(xiàn)象，能夠達 到較好的滅弧效果，但其本身結構復雜，制造成本較高，維修困難，而且開關電器的載 流量和使用壽命受到滅弧能力的限制，不利于普遍推廣使用。
另一種較為常見的消除拉弧現(xiàn)象的方法是在主開關兩端并聯(lián)一個等效電阻分流電 路來實現(xiàn)消弧的目的，如申請?zhí)枮?00810034835.3的中國發(fā)明專利《基于可變電容的無 弧分斷電路及其方法》就公開了一種基于可變電容的無弧分斷電路及其方法，包括開關 電器的主觸頭、輔助觸點、可變電容、限流電阻，輔助觸點、可變電容和限流電阻串聯(lián) 在一起形成輔助通道，輔助通道與主觸頭并聯(lián)。在上述專利中，采用了由輔助觸點、可 變電容和限流電阻串連形成的輔助電路來消除主觸頭在斷開時的電弧，利用可變電容的 充電特性來轉移電弧能量，使得主觸頭在最小起弧電壓下斷開。
但是，由于電容本身除了充電特性之外，同時具有放電的功能，上述專利中的電容 對充放電時間的設計要求較高，若在主觸頭還未完全斷開之前已經(jīng)飽和，則此時電容就 會釋放電荷，于是，會有部分電能又轉移到主觸頭回路上，當主觸頭斷開時仍會產(chǎn)生電 弧，不能達到較好的滅弧效果，也不利于普遍使用；而且，該專利中的輔助電路只能夠 消除主開關在斷開時的電弧，當主開關再次閉合時仍然會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，因此，不能夠消除主開關在斷開時的電弧，當主開關再次閉合時仍然會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，因此，不能夠 同時保證開關在斷開和閉合時均能實現(xiàn)消除，滅弧效果不理想，還有待于作進一步的改 進。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是針對上述的技術現(xiàn)狀而提供一種能夠保證開關 無弧閉合和無弧分斷且滅弧效果更佳的開關消弧電路，該開關消弧電路的電路結構簡 單，有利于普遍推廣使用。
本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為該開關消弧電路，包括有可串 接在直流或交流電路中的開關電器主觸頭，該主觸頭具有第一電極端和第二電極端，所 述主觸頭的第一電極端和第二電極端之間還并聯(lián)有一輔助電路，其特征在于所述的輔 助電路包括有
一輔觸頭，該輔觸頭與所述主觸頭為具有先后邏輯控制關系的聯(lián)動開關； 一限流電阻；以及
一三端可控電路，包括有第一電壓端、第二電壓端和控制端；
其中，所述可控電路的第一電壓端和所述主觸頭的第一電極端相連，所述可控電路 的第二電壓端和所述主觸頭的第二電極端相連，所述可控電路的控制端和所述輔觸頭的 第一端相連，該輔觸頭的第二端經(jīng)所述限流電阻和所述可控電路的第一電壓端相連，并 且，所述可控電路的第一電壓端、第二電壓端和控制端之間具有如下的邏輯關系-
當所述第一電壓端相對于第二電壓端加正向電壓，且所述控制端同時接收觸發(fā)信號 時，所述的可控電路導通；
當所述第一電壓端相對于第二電壓端加負向電壓，且所述控制端同時接收觸發(fā)信號 時，所述的可控電路導通；
當所述第一電壓端和第二電壓端之間加正向或負向電壓，而所述控制端無觸發(fā)信號 時，所述的可控電路截止。
所述的輔助電路可以僅包括有一個可控電路，也可以包括有兩個或者兩個以上多級 并聯(lián)的可控電路，其中，每一所述可控電路的第一電壓端和第二電壓端分別和所述主觸 頭的第一電極端和第二電極端相連，并且，每一所述可控電路的控制端共接為一點并和 所述輔觸頭的第一端相連。
簡單地，所述的可控電路可以為一雙向可控硅，該雙向可控硅的陽極和所述主觸頭 的第一電極端相連，該雙向可控硅的陰極和所述主觸頭的第二電極端相連，該雙向可控 硅的控制端和所述輔觸頭的第一端相連。
作為優(yōu)選，也可以將雙向可控硅用兩個單向可控硅替代，所述可控電路包括有第一單向可控硅和第二單向可控硅，其中，所述第一單向可控硅的陽極和所述主觸頭的第一 電極端相連，該第一單向可控硅的陰極和所述主觸頭的第二電極端相連，該第一單向可 控硅的控制端和所述輔觸頭的第一端相連；所述第二單向可控硅的陽極和所述主觸頭的 第二電極端相連，該第二單向可控硅的陰極和所述主觸頭的第一電極端相連，該第二單 向可控硅的控制端和所述輔觸頭的第一端相連。
作為另一優(yōu)選，所述可控電路還可以為包括有電容、延時電阻、NPN型三極管、 第一穩(wěn)壓管和第二穩(wěn)壓管，其中，所述三極管的基極一路和所述輔觸頭的第一端相連， 另一路和所述第一穩(wěn)壓管的陰極相連，所述三極管的發(fā)射極和所述主觸頭的第二電極端 相連，該三極管的集電極一路經(jīng)依次串接的延時電阻和電容后和所述第一電極端相連， 該三極管的集電極另一路和所述第二穩(wěn)壓管的陰極相連，所述第一穩(wěn)壓管的陽極和第二 穩(wěn)壓管的陽極共接后和所述主觸頭的第二電極端相連。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于采用了輔助電路來消除開關電器在斷開 或閉合時產(chǎn)生的電弧，該輔助電路同時適用于交流電路和直流電路，無需設置專門的滅 弧裝置即可達到滅弧的目的，使得開關電器本身的結構簡單，開關電器的載流量不會受 到滅弧裝置的限制，提高性能的同時也降低了制造成本；
其次，輔助電路中采用了一帶控制端的三端可控電路，該可控電路在控制端和輔觸 頭的第一端相連，可控電路在控制端的作用下實現(xiàn)導通和截止；當輔觸頭先閉合時，控 制端即接收到觸發(fā)信號并進而導通該可控電路，可控電路的導通使得直接加在主觸頭兩 端的工作電流從可控電路流過，破壞了主觸頭的起弧條件，可以有效消除主觸頭閉合時 的電弧，而當主觸頭先斷開時，由于輔觸頭仍然閉合，可控電路保持導通，仍然破壞主 觸頭的起弧條件，同樣可消除主觸頭在斷開時的電弧，而且，可控電路自由在輔觸頭閉 合時才導通，保證了電路工作的可靠性；
另外，在本實用新型中，由于輔觸頭的其中一端是和可控電路的控制端相連的，輔 觸頭的兩端并沒有直接加工作電壓，在有效地消除主觸頭在開閘和合閘時的拉弧現(xiàn)象的 前提下，當輔觸頭閉合或斷開時，該輔觸頭也不會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，因此，能夠同時保證 主觸頭和輔觸頭的使用壽命，提高了產(chǎn)品性能，而且，本實用新型的消弧電路結構簡單、 安裝使用方便、消弧效果好，有利于普遍推廣使。


圖1為本實用新型的電路原理框圖之一； 圖2為本實用新型的電路原理框圖之二； 圖3為本實用新型實施例一的電路結構圖； 圖4為本實用新型實施例二的電路結構圖； 圖5為本實用新型實施例三的電路結構圖；圖6為本實用新型實施例四的電路結構具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖l、圖2所示，為本實用新型的電路原理框圖，該開關消弧電路同時適用于直 流電路和交流電路，包括有串接在工作電路中的開關電器主觸頭K1，該主觸頭K1具有 第一電極端Pl和第二電極端P2，在主觸頭Kl的第一電極端Pl和第二電極端P2之間 還并聯(lián)有一輔助電路B，參見圖l，該輔助電路B包括有
一輔觸頭K2，該輔觸頭和主觸頭為具有先后邏輯控制關系的聯(lián)動開關；
一限流電阻R1;以及
一第一級可控電路A1;
其中，第一級可控電路A1為包括有第一電壓端tll、第二電壓端tl2和控制端ctrl 的三端電路，第一電壓端tll和主觸頭Kl的第一電極端Pl相連，第一級可控電路Al 的第二電壓端tl2和主觸頭Kl的第二電極端P2相連，第一級可控電路A1的控制端ctrl 和輔觸頭K2的第一端a相連，該輔觸頭K2的第二端b經(jīng)限流電阻Rl和第一級可控電 路A1的第一電壓端tll相連，并且，第一級可控電路A1的第一電壓端tll、第二電壓 端t12和觸發(fā)端ctrl之間滿足如下的邏輯關系
當?shù)谝浑妷憾藅ll相對于第二電壓端tl2加正向電壓，且控制端ctrl同時接收到觸 發(fā)信號時，第一級可控電路A1導通；
當?shù)谝浑妷憾藅ll相對于第二電壓端tl2加負向電壓，且控制端ctrl同時接收到觸 發(fā)信號時，第一級可控電路A1也導通；
當?shù)谝浑妷憾藅ll和第二電壓端tl2之間加正向或負向電壓，而控制端ctrl無觸發(fā) 信號時，第一級可控電路A1截止。
為能夠保證有效地消除主觸頭的電弧，主觸頭和輔觸頭組成的聯(lián)動開關還必須滿足 以下的控制邏輯關系
(I) 合閘過程
輔助電路的輔觸頭先閉合，可控電路在控制端同時得到一經(jīng)限流電阻限制的微弱觸
發(fā)電流信號，該可控電路導通；
然后，在延遲時間At后，主觸頭再閉合，其中，At大于所選主觸頭的開關電弧 起弧時間；
(II) 分閘過程
主觸頭先斷開，此時，輔觸頭仍然閉合，可控電路繼續(xù)保持導通； 然后，在延遲時間At后，令輔觸頭斷開，可控電路的控制端無觸發(fā)信號，該可控 電路截止；其中，At大于所選主觸頭的開關電弧起弧時間。當開關電器的工作電路為高電壓強電流時，為了防止大電流燒壞可控電路中的元器 件，可以在第一級的第一級可控電路Al基礎上再并聯(lián)多個次級可控電路A2，參見圖2， 其中，次級可控電路A2同樣具有第一電壓端t21、第二電壓端t22和控制端ctr2，并且 次級可控電路A2的三端之間具有和第一級可控電路Al相同的邏輯關系，次級可控電 路A2的具體電路連接結構可以和第一級可控電路Al完全相同，也可以有所不同；次 級可控電路A2的第一電壓端t21、第二電壓端t22分別對應地連接在第一級可控電路 Al的第一電壓端tll、第二電壓端t12上，而次級可控電路A2的控制端ctr2和第一可 控電路Al的控制端ctrl共接為一點并連接在輔觸頭K2的第一端a。這里，三端可控電 路可以選擇滿足上述邏輯關系的現(xiàn)有元器件，如雙向可控硅、單向可控硅或三極管，也 可以是根據(jù)上述邏輯關系而構建的功能電路。
實施例一，如圖3所示
該消弧電路具體包括有主觸頭K1、輔觸頭K2、限流電阻R1和雙向可控硅BCR， 其中，主觸頭K1具有第一電極端P1和第二電極端P2，雙向可控硅BCR的陽極和主觸 頭Kl的第一電極端Pl相連，雙向可控硅BCR的陰極和主觸頭Kl的第二電極端P2相 連，雙向可控硅BCR的控制端和輔觸頭K2的第一端a相連，輔觸頭K2的第二端b經(jīng) 限流電阻Rl和主觸頭Kl的第一電極端Pl相連。
工作原理
合閘過程輔觸頭K2先閉合，此時，雙向可控硅BCR的控制端獲得經(jīng)限流電阻 Rl限流后的微弱電流信號，雙向可控硅BCR導通，第一電極端P1與第二電極端P2之 間的電壓近似為零(忽略雙向可控硅BCR的管壓降)，加在主觸頭K1兩端的工作電流 經(jīng)雙向可控硅BCR流過，破壞主觸頭K1的拉弧條件，經(jīng)過At后(At為主觸頭Kl的 起弧時間)，主觸頭K1無弧閉合。
分閘過程主觸頭K1先斷開，此時，輔觸頭K2仍然閉合，雙向可控硅BCR保持 導通狀態(tài)，加在主觸頭K1兩端的工作電流仍經(jīng)雙向可控硅BCR流過，主觸頭K1無弧 斷開，經(jīng)過At后(At為主觸頭Kl的起弧時間)，輔觸頭K2斷開，雙向可控硅BCR 截止。
由于雙向可控硅BCR的控制端在接收觸發(fā)信號后，無論可控硅的陽極和陰極之間 是加正向電壓或是反向電壓，都可以保證導通，因此，可以本實施例可以同時適用于直 流電路或交流電路中。
實施例二，如圖4所示
本實施例和實施例一的不同之處在于將雙向可控硅 替換成兩個并聯(lián)設置的第一單向可控硅SCR1和第二單向可控硅SCR2，其中，第一單向可控硅SCR1的陽極和 主觸頭K1的第一電極端P1相連，第一單向可控硅SCR1的陰極和主觸頭K1的第二電 極端P2相連，第一單向可控硅SCR1的控制端和輔觸頭K2的第一端a相連；第二單向 可控硅SCR2的陽極和主觸頭Kl的第二電極端P2相連，第二單向可控硅SCR2的陰極 和主觸頭Kl的第一電極端Pl相連，第二單向可控硅SCR2的控制端和輔觸頭K2的第 一端a相連。
本實施例的電路工作原理和實施例一的基本相同，僅是將一個雙向可控硅的控制功 能通過兩個并聯(lián)的單向可控硅來實現(xiàn)，在此不做贅述。
實施例三，如圖5所示
該消弧電路包括有主觸頭K1、輔觸頭K2、限流電阻R1、電容C、延時電阻R2、 NPN型三極管BG、第一穩(wěn)壓管D1和第二穩(wěn)壓管D2，其中，主觸頭K1具有第一電極 端P1和第二電極端P2，三極管BG的基極一路和輔觸頭K2的第一端a相連，另一路 和第一穩(wěn)壓管D1的陰極相連，三極管BG的發(fā)射極和主觸頭K1的第二電極端P2相連， 三極管BG的集電極一路和延時電阻R2的一端相連，該延時電阻R2的另一端經(jīng)電容C 后和主觸頭Kl的第一電極端Pl相連，三極管BG的集電極另一路和第二穩(wěn)壓管D2的 陰極相連，第一穩(wěn)壓管Dl的陽極和第二穩(wěn)壓管D2的陽極共接后和主觸頭Kl的第二電 極端P2相連。
工作原理
合閘過程當?shù)谝浑姌O端P1相對于第二電極端P2加正向電壓時，輔觸頭K2先閉 合，加在第一電極端Pl和第二點極端P2的工作電流經(jīng)限流電阻Rl和輔觸頭K2限流 后并經(jīng)過第一穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓，NPN型三極管BG導通(若為PNP型三極管，則三極 管截止)，此時，電容C的一端通過延時電阻R2和三極管BG放電，而該電容C和第 一電極端P1相連的另一端同時充電；經(jīng)過At后(At為主觸頭Kl的起弧時間)，主觸 頭K1閉合，在此過程中，由于電容C的充電作用，破壞了主觸頭K1的拉弧條件，故 主觸點Kl在近似無弧或低弧狀態(tài)下閉合。
當?shù)谝浑姌O端P1相對于第二電極端P2加反向電壓時，輔觸頭K2先閉合，NPN型 三極管BG進入反向截止狀態(tài)(若為PNP型三極管則導通)，此時，工作電流通過第二 穩(wěn)壓管D2和延時電阻R2向電容C充電；經(jīng)過At后(At為主觸頭Kl的起弧時間)， 主觸頭K1閉合，在此過程中，由于電容C的充電作用，破壞了主觸頭K1的拉弧條件， 于是，主觸頭K1在近似無弧或低弧狀態(tài)下閉合。
分閘過程當?shù)谝浑姌O端P1相對于第二電極端P2加正向電壓時，主觸頭K1先斷開，此時輔觸頭K2仍處于閉合狀態(tài)，在NPN型三極管BG導通的狀態(tài)下，由于電容C 的充電作用，破壞主觸頭K1的拉弧條件，故主觸頭K1在近似無弧或低弧狀態(tài)下斷開; 經(jīng)過At后(At為主觸頭Kl的起弧時間)，輔觸頭K2在近似無弧狀態(tài)下斷開，同時電 容C停止充放電；
當?shù)谝浑姌O端P1相對于第二電極端P2加反向電壓時，主觸頭K1先斷開，輔觸頭 K2仍處于閉合狀態(tài)，由于此時NPN型三極管BG為截止狀態(tài)，工作電流仍然通過第二 穩(wěn)壓管D2和延時電阻R2向電容C充電，由于電容C的充電作用，破壞主觸頭K1的 拉弧條件，故主觸頭K1在近似無弧或低弧狀態(tài)下斷開；經(jīng)過At后(At為主觸頭Kl 的起弧時間)，輔觸頭K2同樣在近似無弧狀態(tài)下斷開。
實施例四，如圖6所示
本實施例是對實施例一的改進，本實施例包括有第一雙向可控硅BCR1和第二雙向 可控硅BCR2兩個可控硅，其中，第二雙向可控硅BCR2的陽極和第一雙向可控硅BCR1 的陽極共接并和第一電極端Pl相連，第二雙向可控硅BCR2的陰極和第一雙向可控硅 BCR1的陰極共接并和第二電極端P2相連，而第二雙向可控硅BCR2的控制端和第一 雙向可控硅BCR1的控制端共接后連接到輔觸頭K2的第一端a。
該電路適用于大電壓強電流的工作電路中，為達到快速消弧的目的，通過兩級或者 兩級以上并聯(lián)雙向可控硅來實現(xiàn)消除主觸頭的電弧，以達到較好的消弧效果。
權利要求1、一種開關消弧電路，包括有可串接在直流或交流電路中的開關電器主觸頭(K1)，該主觸頭(K1)具有第一電極端(P1)和第二電極端(P2)，所述主觸頭(K1)的第一電極端(P1)和第二電極端(P2)之間還并聯(lián)有一輔助電路(B)，其特征在于所述的輔助電路(B)包括有一輔觸頭(K2)，該輔觸頭與所述主觸頭為具有先后邏輯控制關系的聯(lián)動開關；一限流電阻(R1)；以及一三端可控電路(A1)，包括有第一電壓端(t11)、第二電壓端(t12)和控制端(ctr1)；其中，所述可控電路的第一電壓端(t11)和所述主觸頭(K1)的第一電極端(P1)相連，所述可控電路的第二電壓端(t12)和所述主觸頭(K1)的第二電極端(P2)相連，所述可控電路的控制端(ctr1)和所述輔觸頭(K2)的第一端(a)相連，該輔觸頭(K2)的第二端(b)經(jīng)所述限流電阻(R1)和所述可控電路的第一電壓端(t11)相連，并且，所述可控電路的第一電壓端(t11)、第二電壓端(t12)和控制端(ctr1)之間具有如下的邏輯關系當所述第一電壓端(t11)相對于第二電壓端(t12)加正向電壓，且所述控制端(ctr1)同時接收觸發(fā)信號時，所述的可控電路導通；當所述第一電壓端(t11)相對于第二電壓端(t12)加負向電壓，且所述控制端(ctr1)同時接收觸發(fā)信號時，所述的可控電路導通；當所述第一電壓端(t11)和第二電壓端(t12)之間加正向或負向電壓，而所述控制端(ctr1)無觸發(fā)信號時，所述的可控電路截止。
2、 根據(jù)權利要求1所述的開關消弧電路，其特征在于所述的輔助電路(B)包括有 至少兩個所述的三端可控電路，其中，每一所述可控電路的第一電壓端和第二電壓端分 別和所述主觸頭的第一電極端和第二電極端相連，并且，每一所述可控電路的控制端共 接為一點并和所述輔觸頭的第一端相連。
3、 根據(jù)權利要求1所述的開關消弧電路，其特征在于所述的可控電路為一雙向 可控硅(BCR)，該雙向可控硅(BCR)的陽極和所述主觸頭(K1)的第一電極端(P1)相連，該 雙向可控硅(BCR)的陰極和所述主(BCR)觸頭的第二電極端(P2)相連，該雙向可控硅 (BCR)的控制端和所述輔觸頭(K2)的第一端(a)相連。
4、 根據(jù)權利要求1所述的開關消弧電路，其特征在于所述可控電路包括有第一 單向可控硅(SCR1)和第二單向可控硅(SCR2)，其中，所述第一單向可控硅(SCR1)的陽極 和所述主觸頭(K1)的第一電極端(P1)相連，該第一單向可控硅(SCR1)的陰極和所述主觸 頭(K1)的第二電極端(P2)相連，該第一單向可控硅(SCR1)的控制端和所述輔觸頭(K2)的 第一端(a)相連；所述第二單向可控硅(SCR2)的陽極和所述主觸頭(K1)的第二電極端(P2)相連，該第二單向可控硅(SCR2)的陰極和所述主觸頭(K1)的第一電極端(P1灘連，該第 二單向可控硅(SCR2)的控制端和所述輔觸頭(K2)的第一端(a)相連。
5、根據(jù)權利要求1所述的開關消弧電路，其特征在于所述可控電路包括有電容 (C)、延時電阻(R2)、 NPN型三極管(BG)、第一穩(wěn)壓管(D1)和第二穩(wěn)壓管(D2)，其中，所 述三極管(BG)的基極一路和所述輔觸頭(K2)的第一端(a)相連，另一路和所述第一穩(wěn)壓管 (Dl)的陰極相連，所述三極管(BG)的發(fā)射極和所述主觸頭(K1)的第二電極端(P2)相連， 該三極管(BG)的集電極一路經(jīng)依次串接的延時電阻(R2)和電容(C)后和所述第一電極端 (Pl)相連，該三極管(BG)的集電極另一路和所述第二穩(wěn)壓管(D2)的陰極相連，所述第一 穩(wěn)壓管(D1)的陽極和第二穩(wěn)壓管(D2)的陽極共接后和所述主觸頭(K1)的第二電極端(P2) 相連。
專利摘要一種開關消弧電路，包括有主觸頭，主觸頭的第一電極端和第二電極端之間并聯(lián)輔助電路，其特征在于輔助電路包括輔觸頭；限流電阻以及包括有第一電壓端、第二電壓端和控制端的三端可控電路；第一電壓端和第一電極端相連，第二電壓端和第二電極端相連，控制端和輔觸頭第一端相連，輔觸頭第二端經(jīng)限流電阻和第一電壓端相連，當?shù)谝浑妷憾撕偷诙妷憾思诱螂妷?，且控制端接收觸發(fā)信號時，可控電路導通；當?shù)谝浑妷憾撕偷诙妷憾思迂撓螂妷?，且控制端收觸發(fā)信號時，可控電路導通；當?shù)谝浑妷憾撕偷诙妷憾酥g加正向或負向電壓，而控制端無觸發(fā)信號時，可控電路截止。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型采用一帶控制端的三端可控電路，在輔觸頭閉合的同時接收觸發(fā)信號而導通，使得工作電流從可控電路流過，破壞了主觸頭的起弧條件，有效消除主觸頭閉合時的電?。浑娐方Y構簡單、安裝使用方便、消弧效果好，有利于普遍推廣使。
文檔編號H01H9/38GK201383445SQ200920118729
公開日2010年1月13日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權日2009年4月24日
發(fā)明者沈永年, 誠 顧 申請人:沈永年;顧 誠