專利名稱：高壓電子滅弧開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利申請(qǐng)涉及ー種電氣開關(guān)，特別是ー種具有斷路器功能的交流高壓負(fù)荷開關(guān)，屬于電氣開關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
負(fù)荷開關(guān)和斷路器是供配電系統(tǒng)必不可少的部件，用于接通或切斷電源。傳統(tǒng)的開關(guān)和斷路器都是由機(jī)械觸點(diǎn)完成閉合或斷開過(guò)程，高壓開關(guān)由于觸點(diǎn)行程長(zhǎng)所以開關(guān)觸點(diǎn)在閉合或斷開瞬間的打火和拉 弧是無(wú)法避免的，傳統(tǒng)的開關(guān)是通過(guò)各種滅弧的方法來(lái)減少和避免開關(guān)觸點(diǎn)閉合時(shí)的打火和開關(guān)觸點(diǎn)斷開時(shí)的拉弧。從結(jié)構(gòu)和滅弧原理來(lái)分有空氣滅弧、油滅弧、六氟化硫滅弧、真空滅弧和產(chǎn)氣式滅弧等，負(fù)荷開關(guān)或斷路器在使用了上述的滅弧方式才可以保證開關(guān)在閉合和斷開的瞬間減少或避免打火或拉弧的產(chǎn)生，從而保證開關(guān)觸點(diǎn)的完好和開關(guān)有效的斷開。隨著開關(guān)分?jǐn)嚯妷旱膲埣?，滅弧裝置的復(fù)雜程度和成本也相應(yīng)的增加。從現(xiàn)有的滅弧方式可以分為吹滅電弧和提高觸點(diǎn)分?jǐn)鄷r(shí)的絕緣場(chǎng)強(qiáng)兩種辦法，現(xiàn)有的開關(guān)觸點(diǎn)滅弧的辦法都沒(méi)有解決觸點(diǎn)的負(fù)荷問(wèn)題，開關(guān)觸點(diǎn)在閉合和斷開的瞬間承受了高電壓脈沖或大浪涌電流，一方面給開關(guān)觸點(diǎn)造成的很大的壓力，另ー方面給電網(wǎng)也造成了污染，這種高電壓脈沖或大浪涌電流有可能對(duì)電網(wǎng)中的電器造成損壞。如果開關(guān)觸點(diǎn)動(dòng)作在電流或電壓為零點(diǎn)，沒(méi)有了打火或拉弧的能量，也就不會(huì)產(chǎn)生打火或拉弧了，顯然傳統(tǒng)的機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)是無(wú)法解決這個(gè)問(wèn)題的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種高壓電子滅弧開關(guān)，解決了傳統(tǒng)機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)的在閉合和斷開瞬間開關(guān)觸點(diǎn)承受高電壓脈沖和大浪涌電流的問(wèn)題，以及現(xiàn)有的高壓負(fù)荷開關(guān)和斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高的缺點(diǎn)，開關(guān)的觸點(diǎn)在閉合時(shí)不會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，開關(guān)觸點(diǎn)斷開時(shí)負(fù)載電路中也不產(chǎn)生高壓脈沖。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出如下技術(shù)方解決案本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)由主繼電器組觸點(diǎn)保護(hù)電路、主繼電器組和開關(guān)控制模塊組成主繼電器組觸點(diǎn)保護(hù)電路由多個(gè)ニ極管與多個(gè)輔助繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)組成，并聯(lián)在主繼電器組觸點(diǎn)Ki兩端；主繼電器組的觸點(diǎn)由多個(gè)繼電器觸點(diǎn)串、并聯(lián)組成；開關(guān)控制模塊控制主繼電器組和輔助繼電器組的閉合和斷開的時(shí)間順序。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)的開關(guān)控制模塊由電容降壓整流濾波電源供電。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)的開關(guān)控制模塊可以接收和處理用電負(fù)載電流互感器的信號(hào)，控制主繼電器組的觸點(diǎn)斷開實(shí)現(xiàn)過(guò)流和短路保護(hù)的功能。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)不需要對(duì)開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行特殊的物理保護(hù)，因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低的特點(diǎn)，由于在開關(guān)動(dòng)作過(guò)程中，開關(guān)觸點(diǎn)不承受負(fù)載壓力，開關(guān)正常工作時(shí)幾乎沒(méi)有開關(guān)觸點(diǎn)的損耗，大大延長(zhǎng)開關(guān)觸點(diǎn)的壽命，開關(guān)的壽命大大長(zhǎng)于現(xiàn)有的各種負(fù)荷開關(guān)和斷路器。另外開關(guān)工作時(shí)不會(huì)給電網(wǎng)產(chǎn)生額外的浪涌電流和浪涌電壓，對(duì)于電網(wǎng)還有保護(hù)作用。


圖I、本發(fā)明的聞壓電子滅弧開關(guān)電路原通圖I ;圖2、本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)動(dòng)作過(guò)程電流、電壓波形圖；圖3、本發(fā)明的聞壓電子滅弧開關(guān)原理圖2 ; 具體實(shí)施例圖I為本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)電路原理圖。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)由三部分組成①主繼電器組J1觸點(diǎn)K1的保護(hù)電路是并聯(lián)在主繼電器觸點(diǎn)組も兩端的多支ニ極管D1-Dn和輔助繼電器組J21-J2n觸點(diǎn)K21-K2n的串聯(lián)電路，這個(gè)保護(hù)電路的作用是在觸點(diǎn)K1閉合或斷開時(shí)防止觸點(diǎn)打火或拉??；②主繼電器組J1 :主繼電器組J1由J111-Jlnn多個(gè)繼電器組成，主繼電器組觸點(diǎn)K1是由K111-Klnn的觸點(diǎn)串、并聯(lián)組成開關(guān)控制模塊由單片機(jī)及外圍電路組成，其作用是控制主繼電器組J111-Jlnn和輔助繼電器J2「J2n觸點(diǎn)的閉合或斷開的時(shí)間順序。下面結(jié)合圖2說(shuō)明本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)的工作過(guò)程開關(guān)閉合吋，開關(guān)控制模塊首先控制輔助繼電器組J21-J2n的觸點(diǎn)K21-K2n閉合，觸點(diǎn)K21-K2n閉合的時(shí)間選擇在h到t2的時(shí)間段內(nèi)，在h到t2的時(shí)間內(nèi)為交流電的負(fù)半周，即使觸點(diǎn)K21-K211閉合，ニ極管D11-Dln —直處于反向電壓，ニ極管截至，沒(méi)有電流通過(guò)ニ極管和繼電器J21-J2n的觸點(diǎn)K21-K2n，觸點(diǎn)K21-K2n動(dòng)作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生打火現(xiàn)象；交流電到達(dá)t2時(shí)刻過(guò)零，ニ極管組開始正向偏置，ニ極管D11-Dln將迅速導(dǎo)通，開關(guān)控制模塊控制主繼電器組J111-Jlnn的觸點(diǎn)K111-Klnn在t3時(shí)刻閉合，t3是交流電正半周的任意時(shí)刻，考慮到一般負(fù)載為感性，t3的起始位置應(yīng)該滯后于電壓的過(guò)零點(diǎn)，繼電器觸點(diǎn)組K111-Klnn的閉合的過(guò)程中由于ニ極管組D1-Dn是導(dǎo)通的，觸點(diǎn)K111-Kln承受的電壓是ニ極管的導(dǎo)通電壓nX0. 7V(η為串聯(lián)ニ極管的個(gè)數(shù))，所以繼電器組J111-Jlnn的觸點(diǎn)K111-Klnn在閉合的瞬間承受的功耗是很小的，ニ極管D1-Dn起到了繼電器觸點(diǎn)保護(hù)的作用。主繼電器組J111-Jlnn的觸點(diǎn)K111-Klnn完全閉合后，ニ極管組D1-Dn即輔助繼電器組觸點(diǎn)被短路，K21-K2n的閉合或打開對(duì)K111-Klnn沒(méi)有影響，即完成了開關(guān)觸點(diǎn)閉合的過(guò)程。在開關(guān)閉合過(guò)程中主繼電器組J111-Jlnn的觸點(diǎn)K111-Klnn的抖動(dòng)是無(wú)法避免的并且各個(gè)觸點(diǎn)的閉合時(shí)刻也是不同的，如果沒(méi)有ニ極管的保護(hù)，必定會(huì)有觸點(diǎn)因打火而燒壞，而有了ニ極管的保護(hù)在觸點(diǎn)抖動(dòng)斷開的瞬間ニ極管組D1-Dn將隨時(shí)導(dǎo)通，觸點(diǎn)只承受nXO. 7V電壓，觸點(diǎn)的打火是很微弱的，只要控制打火的程度在觸點(diǎn)可以接受的范圍內(nèi)，即可最大限度的保護(hù)主繼電器組的觸點(diǎn)。開關(guān)斷開時(shí)先保證輔助繼電器觸點(diǎn)K21-K2n穩(wěn)定閉合，之后開關(guān)控制模塊控制繼電器組Jm-Jlnn的觸點(diǎn)K111-Klnn的斷開時(shí)間選在t4到t6的時(shí)間內(nèi)，即在負(fù)載電流波形的正半周，觸點(diǎn)K111-Klnn斷開時(shí)ニ極管組D1-Dn承受的是正向(導(dǎo)通)電壓即可隨時(shí)導(dǎo)通，即在t5時(shí)刻觸點(diǎn)K111-Klnn—旦穩(wěn)定斷開電流立即從ニ極管組流過(guò)，觸點(diǎn)K111-Klnn斷開時(shí)承受的電壓不超過(guò)nXO. 7V，保證nXO. 7V的電壓小于觸點(diǎn)的斷開拉弧電壓則即使觸點(diǎn)發(fā)生抖動(dòng)也不會(huì)發(fā)生拉弧現(xiàn)象。繼電器組J111-Jlnn的觸點(diǎn)K111-Klnn斷開后ニ極管組D1-Dn —直導(dǎo)通到t6時(shí)刻自動(dòng)關(guān)斷。在t6到t7的時(shí)間段內(nèi)ニ極管組D1-Dn反向偏置不導(dǎo)通，開關(guān)控制模塊控制輔助繼電器組J21-J2n的觸點(diǎn)K21-K2n在t6到t7的時(shí)間內(nèi)完全斷開，即完成了開關(guān)斷開過(guò)程，t6到t7的時(shí)間內(nèi)沒(méi) 有電流通過(guò)觸點(diǎn)K21-K2n，所以觸點(diǎn)K21-K2n斷開時(shí)也不會(huì)發(fā)生拉弧。開關(guān)的實(shí)際斷開點(diǎn)是在電流為零的t6時(shí)刻，所以負(fù)載系統(tǒng)中不會(huì)產(chǎn)生脈沖高壓，而這是采用物理滅弧開關(guān)所做不到的。觸點(diǎn)閉合和斷開過(guò)程中通過(guò)ニ極管的電流波形和通過(guò)主繼電器組觸點(diǎn)的電流波形如圖2所示。如果圖I中二極管反向連接，本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)也能正常工作，只是輔助繼電器組觸點(diǎn)和主繼電器組觸點(diǎn)的閉合和斷開的時(shí)間發(fā)生相應(yīng)的變化，一般技術(shù)人員可以通過(guò)前述可自行推導(dǎo)，在此不再贅述。另外圖I中用三支ニ極管、三個(gè)繼電器代表多個(gè)ニ極管和繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)，所需串聯(lián)的數(shù)量根據(jù)單只元件的耐壓和實(shí)際工作電壓的要求進(jìn)行選擇，一般技術(shù)人員通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)可以容易的得到，在此也無(wú)需詳述。傳統(tǒng)的高壓負(fù)荷開關(guān)或斷路器是使用物理的方法將開關(guān)閉合和斷開過(guò)程中觸點(diǎn)產(chǎn)生的火花或電弧強(qiáng)行滅掉，而本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)是使用電子開關(guān)避免了開關(guān)過(guò)程中觸點(diǎn)產(chǎn)生火花或電弧，故稱之為電子滅弧開關(guān)；傳統(tǒng)的高壓負(fù)荷開關(guān)或斷路器在開關(guān)閉合或斷開過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生浪涌電流和脈沖高壓，只是采用物理的方法保護(hù)觸點(diǎn)不被損壞，無(wú)法顧及浪涌電流和脈沖高壓對(duì)負(fù)載系統(tǒng)的影響，而本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)是使用ニ極管這種最簡(jiǎn)單、最可靠的電子開關(guān)避免了開關(guān)過(guò)程中浪涌電流和脈沖高壓的產(chǎn)生。兩種方案的優(yōu)劣是顯而易見的。傳統(tǒng)的高壓負(fù)荷開關(guān)只有單個(gè)觸點(diǎn)，本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)是使用多個(gè)觸點(diǎn)串并聯(lián)，由于解決了多個(gè)觸點(diǎn)不能同一時(shí)刻閉合或斷開所帶來(lái)的問(wèn)題，多個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)的優(yōu)勢(shì)就顯現(xiàn)了出來(lái)①每ー個(gè)觸點(diǎn)承受的負(fù)荷大大小于總觸點(diǎn)的負(fù)荷，可以提高每個(gè)觸點(diǎn)的可靠性和壽命可用多個(gè)空氣觸點(diǎn)串聯(lián)實(shí)現(xiàn)高壓負(fù)荷開關(guān)觸點(diǎn)，這將大大筒化高壓負(fù)荷開關(guān)的結(jié)構(gòu)并降低成本；③增加觸點(diǎn)的串并聯(lián)的數(shù)量可以提高了開關(guān)觸點(diǎn)的可靠性即使ー個(gè)觸點(diǎn)損壞，開關(guān)仍可正常工作。主繼電器組的觸點(diǎn)K111-Klnn必須在ニ極管組導(dǎo)通時(shí)完成閉合和斷開的過(guò)程，輔助繼電器組的觸點(diǎn)也是在ニ極管組截止時(shí)完成閉合和斷開的過(guò)程，而繼電器觸點(diǎn)閉合(包括觸點(diǎn)的抖動(dòng))是需要一定時(shí)間的并且有一定的誤差，一般ニ極管的導(dǎo)通和截止時(shí)間為IOmS (60Hz交流電為8. 3mS)，這對(duì)選用的繼電器提出比較高的要求，一般的繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作穩(wěn)定時(shí)間是大于這個(gè)時(shí)間的，配合本發(fā)明高壓電子滅弧開關(guān)使用的繼電器需要專門的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，不在本專利申請(qǐng)中詳述。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)中的繼電器可以是普通直流或交流電磁繼電器、磁保持繼電器，也可以是機(jī)械自鎖繼電器。使用磁保持繼電器或機(jī)械自鎖繼電器可以降低繼電器觸點(diǎn)閉合后的電路功耗。配合本發(fā)明高壓電子滅弧開關(guān)使用的繼電器應(yīng)能滿足觸點(diǎn)抖動(dòng)時(shí)間短和觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間穩(wěn)定的要求。圖3是由ニ極管D1-D3、輔助繼電器J21-J23、繼電器J11-J16和PIC單片機(jī)及外圍電路為主要部件組成的本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)。單片機(jī)的電源由電容降壓整流電源提供，單片機(jī)的4腳測(cè)量電網(wǎng)交流電壓的過(guò)零點(diǎn)，為開關(guān)的動(dòng)作提供時(shí)間基準(zhǔn)；單片機(jī)的7腳測(cè)量電流互感器的輸出，一方面獲得負(fù)載的電流波形為開關(guān)的斷開提供時(shí)間基準(zhǔn)，另ー方面測(cè)量負(fù)載電流的大小，使開關(guān)具有過(guò)流和短路保護(hù)功能，當(dāng)7腳測(cè)量到的負(fù)載電流過(guò)大時(shí)，控制5腳和6腳輸出使主繼電器觸點(diǎn)斷開，即可實(shí)現(xiàn)負(fù)載的過(guò)流和短路保護(hù)；5腳和6腳輸出分別按時(shí)序控制輔助繼電器J21-J23和主繼電器J11-J16的閉合和斷開，實(shí)現(xiàn)高壓電子滅弧開關(guān)的閉合或斷開。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)具有體積小、沒(méi)有發(fā)熱元件的特點(diǎn)，控制電路可以和繼電器開關(guān)做成一體。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的高壓電子滅弧開關(guān)是在ニ極管導(dǎo)通期間完成開關(guān)觸點(diǎn)的閉合 和斷開過(guò)程，ニ極管在觸點(diǎn)閉合和斷開的過(guò)程中起到了保護(hù)機(jī)械觸點(diǎn)的作用，因而具有電路巧妙、簡(jiǎn)單和容易控制的特點(diǎn)。機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)廣泛的應(yīng)用與供電系統(tǒng)和電器控制領(lǐng)域，使用微處理芯片精確的控制機(jī)械觸點(diǎn)的閉合和斷開，并配合觸點(diǎn)保護(hù)電路，這將是機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)的一個(gè)革命。
權(quán)利要求
1.一種高壓電子滅弧開關(guān)由主繼電器組觸點(diǎn)保護(hù)電路、主繼電器組和開關(guān)控制模塊組成，其特征在干主繼電器組觸點(diǎn)保護(hù)電路由多個(gè)ニ極管與多個(gè)輔助繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)組成，并聯(lián)在主繼電器觸點(diǎn)兩端；主繼電器組的觸點(diǎn)由多個(gè)繼電器觸點(diǎn)串、并聯(lián)組成；開關(guān)控制模塊控制主繼電器組和輔助繼電器組閉合和斷開的時(shí)間順序。
2.如權(quán)利要求I所述的高壓電子滅弧開關(guān)，其特征在于開關(guān)控制模塊由電容降壓整流濾波電源供電。
3.如權(quán)利要求I所述的高壓電子滅弧開關(guān)，其特征在于開關(guān)控制模塊可以接收和處理負(fù)載電流互感器的信號(hào)，控制主繼電器組的觸點(diǎn)斷開實(shí)現(xiàn)過(guò)流和短路保護(hù)的功能。
全文摘要
本發(fā)明提出一種高壓電子滅弧開關(guān)，用多支二極管和輔助繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)組成開關(guān)觸點(diǎn)保護(hù)電路并聯(lián)在開關(guān)觸點(diǎn)兩端，在二極管導(dǎo)通的期間讓開關(guān)觸點(diǎn)閉合或斷開，觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)沒(méi)有浪涌電流且不產(chǎn)生觸點(diǎn)打火。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低廉和開關(guān)過(guò)程中無(wú)浪涌電流和脈沖高壓的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01H9/30GK102623220SQ201110034379
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月1日
發(fā)明者王海 申請(qǐng)人:王海