消除直流器件觸頭電弧的方法及其裝置和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直流電路中電力器件觸頭滅弧技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種消除直流器件觸頭電弧的方法及其裝置和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的觸頭型直流斷路器、直流接觸器都會產(chǎn)生一定的電弧，既影響其使用壽命又妨礙安全，特別是直流電壓較高的情況下，電弧問題更為突出，滅弧措施十分必要。混合型直流斷路器因線路復(fù)雜，實際使用時有一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種原理簡單、科學有效、安全可靠的消除直流器件觸頭電弧的方法及其裝置和應(yīng)用。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:消除直流器件觸頭電弧的裝置，包括動觸頭Me和固定觸頭CC，還包括滯后分斷觸頭J、半導體元件、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與半導體元件的輸入極相連接，半導體元件的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在半導體元件的輸出極和基極之間，半導體元件的輸出極與滯后分斷觸頭J相連接。
[0005]半導體元件為三極管，也可為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或集成門極換流晶閘管(IGCT)。
[0006]上述消除直流器件觸頭電弧的裝置在高壓或低壓的直流斷路器、直流接觸器、直流插座中的應(yīng)用。
[0007]具有上述消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流斷路器，動觸頭Me與滯后分斷觸頭J通過滑動面相互連接。
[0008]具有上述消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流接觸器，上下兩組動觸頭的行程不一樣，上下兩組固定觸頭一端相互連接。
[0009]具有上述消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流插座，具有a、b、e三個固定觸頭，其中e與直流電源V-連接，固定觸頭b、e位置一致，a固定觸頭低于b固定觸頭。
[0010]使用上述裝置消除直流器件觸頭電弧的方法，在一路分斷點上，具有動觸頭Mc、固定觸頭CC和滯后分斷觸頭J共三個觸頭，分斷時有兩個過程:首先是動觸頭Me與固定觸頭CC分斷，然后是動觸頭Me與滯后分斷觸頭J分斷；當動觸頭Me與固定觸頭CC接觸時，半導體元件的輸入輸出極被短路；當動觸頭Me與固定觸頭CC分離時，但動觸頭Me與滯后分斷觸頭J仍接觸時，充放電阻R由充電狀態(tài)瞬間變?yōu)榉烹姞顟B(tài)，半導體元件被啟動并迅速由飽和導通變?yōu)榻刂埂?br>[0011]上述消除直流器件觸頭電弧的方法在高壓或低壓的直流斷路器、直流接觸器、直流插座中的應(yīng)用。
[0012]針對目前解決直流器件觸頭電弧缺乏有效措施的問題，發(fā)明人設(shè)計制作了一種消除直流器件觸頭電弧的裝置，包括動觸頭Me和固定觸頭CC，還包括滯后分斷觸頭J、半導體元件、電容c和充放電阻R，固定觸頭CC與半導體元件的輸入極相連接，半導體元件的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在半導體元件的輸出極和基極之間，半導體元件的輸出極與滯后分斷觸頭J相連接。本發(fā)明通過增加滯后分斷觸頭J，由它來啟動半導體元件工作，并在滯后分斷過程中充分利用半導體元件的關(guān)斷性能，安全可靠地分斷直流電，從而實現(xiàn)在分斷過程中消除電弧之目的。該裝置及其方法適用于高壓或低壓的直流斷路器、直流接觸器、直流插座，而且具有較強實用性。首先，在正常使用時，較脆弱半導體元件的輸入輸出極被短路，不會產(chǎn)生影響元件使用的熱量，而且工作時間也很短；其次，由于增加的滯后分斷觸頭，巧妙地啟動并瞬時改變了半導體元件的工作狀態(tài)；第三，滯后分斷觸頭也使充放電阻R具有兩個工作狀態(tài)，正常工作時，充放電阻R給電容充電，斷開時，充放電阻R給電容放電，簡化了電路。
【附圖說明】
[0013]圖1消除直流器件觸頭電弧裝置原理圖。
[0014]圖2動觸頭與固定觸頭及滯后分斷觸頭均接觸示意圖，圖中:a結(jié)構(gòu)及狀態(tài)示意圖，b電路原理圖，21轉(zhuǎn)軸，22軟連接。
[0015]圖3是動觸頭與固定觸頭分斷與滯后分斷觸頭接觸示意圖，圖中:a結(jié)構(gòu)及狀態(tài)示意圖，b電路原理圖。
[0016]圖4是直流斷路器分斷時示意圖，圖中:a結(jié)構(gòu)及狀態(tài)示意圖，b電路原理圖。
[0017]圖5是分斷時動觸頭對V-的電壓變化圖，圖中:51動觸頭與固定觸頭分斷時的電壓，52動觸頭與固定觸頭分斷后滯后分斷觸頭的電壓變化曲線，53動觸頭與滯后分斷觸頭分斷時間。
[0018]圖6是目前常用斷路器與帶滯后觸頭斷路器示意圖，圖中:a目前常用斷路器，b帶滯后分斷觸頭斷路器。
[0019]圖7是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流斷路器原理圖，圖中:71負載。
[0020]圖8是普通插頭插座和直流插頭插座示意圖，圖中:虛線框內(nèi)為插座，a普通插頭插座，b直流插頭插座，1為插頭1腳，2為插頭2腳，81負載，82滅弧電路。
[0021 ] 圖9具有消除直流器件觸頭電弧的裝置插座原理圖，圖中:1插頭1腳，2插頭2腳，91負載。
[0022]圖10是普通接觸器吸合狀態(tài)和帶滯后分斷觸頭接觸器未完全吸合狀態(tài)示意圖，圖中:a普通接觸器，b帶滯后分斷觸頭接觸器，100線圈，101上動觸頭，102下動觸頭。
[0023]圖11是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置直流接觸器原理圖，圖中:1第一組觸頭，2第二組觸頭，110線圈，111負載。
[0024]圖12是用IGBT替換三極管的原理圖。
【具體實施方式】
[0025]一、基本原理(以半導體元件是三極管為例)
[0026]1.電路結(jié)構(gòu)
[0027]如圖1所示，本發(fā)明消除直流器件觸頭電弧的裝置包括動觸頭Me和固定觸頭CC，還包括滯后分斷觸頭J、三極管Q、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與三極管Q的集電極相連接，三極管Q的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在三極管Q的發(fā)射極和基極之間，三極管Q的發(fā)射極與滯后分斷觸頭J相連接。與常規(guī)觸頭分斷相比，該裝置增加了三極管Q、電容C、充放電阻R及滯后分斷觸頭J，減去了滅弧罩。
[0028]2.方法過程
[0029]使用上述裝置消除直流器件觸頭電弧的方法，在一路分斷點上，具有動觸頭Mc、固定觸頭CC和滯后分斷觸頭J共三個觸頭，分斷時有兩個過程:首先是動觸頭Me與固定觸頭CC分斷，然后是動觸頭Me與滯后分斷觸頭J分斷；當動觸頭Me與固定觸頭CC接觸時(開關(guān)處于導通狀態(tài))，半導體元件的輸入輸出極被短路，半導體元件不會產(chǎn)生影響元件使用的熱量。當動觸頭Me與固定觸頭CC分離時，但動觸頭Me與滯后分斷觸頭J仍接觸時，充放電阻R由充電狀態(tài)瞬間變?yōu)榉烹姞顟B(tài)，半導體元件被啟動并迅速由飽和導通變?yōu)榻刂埂?br>[0030]如圖2至4所示，具體過程如下:
[0031]<1>當Me與J、CC均連接時(圖2a)，三極管Q的集電極與發(fā)射極短路(圖2b)，電壓V+通過電阻R向電容C充電。
[0032]<2>動觸頭Me與固定觸頭CC分斷，但與滯后分斷觸頭J仍接觸時(圖3a)，三極管Q的集電極與發(fā)射極短路點斷開(圖3b)，三極管Q的基極由于電容C的高電位而使三極管處于飽和導通狀態(tài)，CC與J之間電位差是三極管的飽和壓降(小于1伏)，故Me從CC處分斷不會有大的電弧。
[0033]<3>動觸頭Me與固定觸頭CC分斷時，但與滯后分斷觸頭J仍接觸時，電阻R也不再給電容充電，而成為放電電阻，使三極管Q基極電位迅速下降，三極管Q也由飽和導通迅速變?yōu)榻刂梗⑹笿點電位迅速下降至接近V-;此時動觸頭Me離開滯后分斷觸頭J不會產(chǎn)生電弧，從而實現(xiàn)了動觸頭Me與固定觸頭CC的無電弧分斷(圖4)。
[0034]〈4>圖5中0到tl是三極管Q飽和導通維持時間，0到t2是動觸頭Me從固定觸頭CC分斷加上動觸頭Me從滯后分斷觸頭J分斷的時間；通過選擇電阻R和電容C的大小即可改變?nèi)龢O管Q導通維持時間及導通變?yōu)榻刂沟臅r間。