專利名稱：無電弧斷電交流電力開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電力開關(guān)。
在電力電路中，廣泛使用電力開關(guān)。開關(guān)在斷電時，會在觸頭間隙中形成強(qiáng)烈電弧，不僅極大縮短開關(guān)的電壽命，甚至?xí)劤墒鹿剩景l(fā)明就是針對這一問題，采用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟脑?，提出一種無電弧斷電交流電力開關(guān)。
交流電流的導(dǎo)通方向周期性的變化著，如果在交流開關(guān)連接電源和負(fù)載的觸頭兩端，并聯(lián)二極管，當(dāng)電流和二極管方向相同時分?jǐn)嚅_觸頭，由于二極管承受了全部電流，二極管正向兩端壓降很小，在觸頭間隙中不會產(chǎn)生電弧，當(dāng)電流反向時，二極管阻斷了負(fù)載電流，此時再斷開二極管和電路的連接，由于這種分?jǐn)嗍窃跓o電流狀態(tài)下進(jìn)行的，也不會產(chǎn)生電弧，這樣就實(shí)現(xiàn)了無弧斷電。因此會得到下述發(fā)明構(gòu)思如

圖1、2所示，在交流開關(guān)連接電源和負(fù)載的觸頭1兩端，并聯(lián)一個二極管通路3(以下簡稱一通路)或兩個二極管通路3(以下簡稱二通路)。二極管通路是由二極管2和輔助觸頭4串聯(lián)組成。對于一通路情況，斷電由控制電路控制，在交流電流方向和二極管2方向一致時的半周期內(nèi)(以下簡稱正半周期)觸頭1分?jǐn)?，在緊接著的交流電流反向和二極管2方向相反的半周期內(nèi)(以下簡稱負(fù)半周期)，觸頭4分?jǐn)?；對于二通路情況，這兩個通路中二極管在電路中互為反向。斷電時，觸頭1先分?jǐn)?，由控制機(jī)構(gòu)控制兩個二極管通路中二極管和電流方向相反的那個通路中觸頭4接著分?jǐn)?，二極管和電流方向一致的那個通路中觸頭4不分?jǐn)?，直到電流反向時，再分?jǐn)唷?br> 對于一通路情況，主觸頭1的分?jǐn)嗪洼o助觸頭4分?jǐn)嗟捻樞虻膶?shí)現(xiàn)，可以通過觸頭分?jǐn)嚅g隙大小來實(shí)現(xiàn)，觸頭分?jǐn)嚅g隙大的觸頭分離早于觸頭分?jǐn)嚅g隙小的觸頭，因而觸頭1的分?jǐn)嚅g隙大于輔助觸頭4的分?jǐn)嚅g隙，這樣觸頭1和輔助觸頭4分?jǐn)嗟臅r間差基本上是一個恒定值，由控制電路控制觸頭1的分?jǐn)鄷r間，就能實(shí)現(xiàn)正半周期內(nèi)觸頭1分離，負(fù)半周期內(nèi)輔助觸頭4分離。圖3是觸頭1分離時間控制電路，該電路由四部分組成電源31、斷電脈沖電路32、斷電信號電路33、斷電執(zhí)行電路34。其中電源31是一個典型的整流濾波穩(wěn)壓電路，其交流繞組311是在開關(guān)磁力線圈351上增設(shè)的副繞組。斷電脈沖電路由三部分構(gòu)成電流互感器321、過零比較器322和脈沖延時器323。電流互感器以負(fù)載和電源連接的主電路為初級繞組，副繞組兩端連接于過零比較器322的輸入端上。過零比較器322通過微分電路耦合至脈沖延時器323的輸入端上。脈沖延時器輸出端連接斷電執(zhí)行電路34中的可控硅341控制極，可控硅341陽極連接電阻344。電阻344另一端接電源正極?？煽毓?41陽極再和三極管342基極連接，可控硅341陰極接電源負(fù)極。三極管342集電極連接整流電橋343的正輸出端，整流電橋的負(fù)輸出端連接電源的負(fù)極，三極管342的發(fā)射極和信號電路中的穩(wěn)壓管331負(fù)極連接，穩(wěn)壓管331和電容332、電阻333并聯(lián)，另一端接電源負(fù)極。穩(wěn)壓管331的輸出再通過兩個反向放大器334輸出到脈沖延時器323的控制端。橋式整流器343輸入端和磁力線圈控制開關(guān)352并聯(lián)。
圖1、2分別是由一個二極管通路構(gòu)成的無電弧斷電交流電力開關(guān)結(jié)構(gòu)圖和由兩個二極管通路構(gòu)成的無電弧斷電交流電力開關(guān)結(jié)構(gòu)圖。其中1是連接電源和負(fù)載的觸頭，2是二極管，3是二極管通路，4是輔助觸頭，5是對輔助觸頭增設(shè)的磁力線圈。
圖3是一個二極管通路的無電弧斷電交流電力開關(guān)的控制電路原理圖，圖中31是電源，32是斷電脈沖電路，33是斷電信號電路，34是斷電執(zhí)行電路，311是開關(guān)磁力線圈351增設(shè)的副繞組，351是開關(guān)的磁力線圈，321是電流互感器，322是過零比較器，323是脈沖延時器，341是可控硅，342是三極管，343是整流電橋，344是電阻，331是穩(wěn)壓管，332是電容器，333是電阻，334是兩個反向放大器，352是磁力線圈控制開關(guān)。
上述控制電路控制主觸頭1分離的工作過程如下當(dāng)電力開關(guān)磁力線圈被控制開關(guān)接通時，磁力線圈得電，開關(guān)導(dǎo)通，控制電路中電源同時得電，主電路中電流信號由電流互感器傳至斷電脈沖電路的過零比較器輸入端，過零比較器輸出方波信號，方波信號的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)電流零點(diǎn)，該信號通過微分電路后變?yōu)橐越涣髦芷跒橹芷诘募饷}沖，該脈沖對應(yīng)著主電路電流由負(fù)向正轉(zhuǎn)換的零點(diǎn)(或者對應(yīng)著主電路電流由正向負(fù)轉(zhuǎn)換的零點(diǎn))，該脈沖經(jīng)脈沖延時器轉(zhuǎn)換為延遲的脈沖，但控制開關(guān)在閉合時，斷電執(zhí)行電路中橋式整流器輸入端被控制開關(guān)所短路，因此三極管342集電極到發(fā)射極電路中沒有電流，只有基極到發(fā)射極的電流，該電流很小不能提高三極管發(fā)射極的電位，因而經(jīng)過兩個反向放大器后輸出到脈沖延時器控制端的電平為低，脈沖延時器沒有輸出，可控硅處于非導(dǎo)通狀態(tài)，三極管342基極電流一直保持。當(dāng)控制開關(guān)352斷開時，橋式整流器輸入端不再被短路，三極管342由于有基極電流，集電極到發(fā)射極導(dǎo)通，有較大電流流過，發(fā)射極電位提高，并由電容保持，這時脈沖延時器323控制端變?yōu)楦唠娖?，脈沖信號由脈沖延時器輸出給可控硅控制極，可控硅導(dǎo)通，三極管342基極失去電流，從而關(guān)斷磁力線圈351中的電流，觸頭1被關(guān)斷。適當(dāng)調(diào)節(jié)延遲的時間(應(yīng)考慮到開關(guān)的機(jī)械延遲)，可以使觸頭1在正半周期斷開，副觸頭4在負(fù)半周期斷開。控制電路的電源失電，由于可控硅導(dǎo)通后始終保持，直到電源中濾波電容電荷被完全釋放，可控硅恢復(fù)關(guān)斷。斷電后三極管342發(fā)射極連接的電容中的電荷也由它所并聯(lián)電阻釋放，這樣電路處于再次被接通的準(zhǔn)備狀態(tài)。
如圖2所示，對于二通路情況，控制機(jī)構(gòu)構(gòu)成如下給每個輔助觸頭4增設(shè)磁力線圈5，控制輔助觸頭的釋放。磁力線圈5串聯(lián)于各自的二極管通路中。兩個輔助觸頭4分?jǐn)嚅g隙小于觸頭1的分?jǐn)嚅g隙，它們閉合與觸頭1聯(lián)動，分?jǐn)嘤筛髯源帕€圈5控制。控制機(jī)構(gòu)工作過程如下斷電時，觸頭1先斷開，電流沿和二極管方向一致的二極管通路3流過，同時流過該通路的磁力線圈5，吸合了該路的觸頭4不得斷開。而另一二極管通路則無電流流過，因而這路輔助觸頭4被釋放。等到電流反向時，剛才導(dǎo)通的二極管截止，磁力線圈5失電，吸合的輔助觸頭4也被釋放。至于斷電時截止的二極管所在的通路，由于它的輔助觸頭4已被釋放，不可能再導(dǎo)通。這樣就完成了斷電過程，此過程中不會有電弧產(chǎn)生。
由實(shí)驗(yàn)已完全證實(shí)這種方式的開關(guān)可以有效地抑制斷電電弧的產(chǎn)生，延長開關(guān)的使用壽命，并且主要電子器件是二極管，它的成本也很低，適合于開發(fā)推廣。
權(quán)利要求
1.一種包括觸頭的無電弧斷電交流電力開關(guān)，其主要特征在于在連接電源和負(fù)載的觸頭(1)兩端，并聯(lián)一個二極管通路(3)(以下簡稱一通路)或兩個二極管通路(3)(以下簡稱二通路)；二極管通路是由二極管(2)和輔助觸頭(4)串聯(lián)組成；對于一通路情況，斷電由控制電路控制，在交流電流方向和二極管(2)方向一致時的半周期內(nèi)(以下簡稱正半周期)觸頭(1)分?jǐn)?，在緊接著的交流電流反向和二極管(2)方向相反的半周期內(nèi)(以下簡稱負(fù)半周期)，觸頭(4)分?jǐn)?；對于二通路情況，這兩個通路中二極管在電路中互為反向；斷電時，觸頭(1)先分?jǐn)啵煽刂茩C(jī)構(gòu)控制兩個二極管通路中二極管和電流方向相反的那個通路中觸頭(4)接著分?jǐn)?，二極管和電流方向一致的那個通路中觸頭(4)不分?jǐn)啵钡诫娏鞣聪驎r，再分?jǐn)唷?br> 2.根據(jù)權(quán)利1所述的無電弧斷電交流電力開關(guān)，其主要特征在于對于一通路情況，主觸頭(1)的分?jǐn)嗪洼o助觸頭4分?jǐn)嗟捻樞虻膶?shí)現(xiàn)，可以通過觸頭分?jǐn)嚅g隙大小來實(shí)現(xiàn)，觸頭(1)的分?jǐn)嚅g隙大于輔助觸頭(4)的分?jǐn)嚅g隙，由控制電路控制觸頭(1)的分?jǐn)鄷r間；控制電路由四部分組成電源(31)、斷電脈沖電路(32)、斷電信號電路(33)、斷電執(zhí)行電路(34)；其中電源(31)是一個整流濾波穩(wěn)壓電路，其交流繞組(311)是在開關(guān)磁力線圈(351)上增設(shè)的副繞組；斷電脈沖電路由三部分構(gòu)成電流互感器(321)、過零比較器322和脈沖延時器(323) 電流互感器以負(fù)載和電源連接的主電路為初級繞組，副繞組兩端連接于過零比較器(322)的輸入端上；過零比較器(322)通過微分電路耦合至脈沖延時器(323)的輸入端上；脈沖延時器輸出端連接斷電執(zhí)行電路(34)中的可控硅(341)控制極，可控硅(341)陽極連接電阻(344) 電阻(344)另一端接電源正極；可控硅(341)陽極再和三極管(342)基極連接，可控硅(341)陰極接電源負(fù)極；三極管(342)集電極連接整流電橋(343)的正輸出端，整流電橋的負(fù)輸出端連接電源的負(fù)極，三極管(342)的發(fā)射極和信號電路中的穩(wěn)壓管(331)負(fù)極連接，穩(wěn)壓管(331)和電容(332)、電阻(333)并聯(lián)，另一端接電源負(fù)極；穩(wěn)壓管(331)的輸出再通過兩個反向放大器(334)輸出到脈沖延時器(323)的控制端；橋式整流器(343)輸入端和磁力線圈控制開關(guān)(352)并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的無電弧斷電交流電力開關(guān)，其主要特征在于對于二通路情況，控制機(jī)構(gòu)構(gòu)成如下給每個輔助觸頭(4)增設(shè)磁力線圈(5)，控制輔助觸頭的釋放；磁力線圈(5)串聯(lián)于各自的二極管通路中；兩個輔助觸頭(4)分?jǐn)嚅g隙小于觸頭(1)的分?jǐn)嚅g隙，它們閉合與觸頭(1)聯(lián)動，分?jǐn)嘤筛髯源帕€圈(5)控制。
全文摘要
本發(fā)明提出一種無電弧斷電的交流電力開關(guān),它的主要原理基于半導(dǎo)體器件二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂沟奶匦?理論和實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)這種開關(guān)具有良好的消除電弧作用,可以極大延長開關(guān)的電壽命,提高斷電的安全性,并能節(jié)約觸頭使用的寶貴的稀有金屬,因而這種開關(guān)在電力領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。
文檔編號H01H9/42GK1377051SQ01111050
公開日2002年10月30日 申請日期2001年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月24日
發(fā)明者王振民 申請人:王振民