專利名稱：復(fù)合開關(guān)的節(jié)能控制方法及節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低壓電器領(lǐng)域，更具體地說是涉及復(fù)合開關(guān)的一種節(jié)能控制方法及一種節(jié)能型復(fù)合開關(guān)。
背景技術(shù)：
復(fù)合開關(guān)是用于控制電力電容器投切的器件，其工作原理是通過將可控硅(晶閘管)開關(guān)與繼電器的觸點(diǎn)并聯(lián)接通電路，使可控硅在電容投入和切除的瞬間進(jìn)行過零投切，即投入時(shí)在電壓過零瞬間可控硅先過零觸發(fā)導(dǎo)通，穩(wěn)定后再將繼電器觸點(diǎn)吸合導(dǎo)通，而要切出時(shí)是先將可控硅導(dǎo)通，繼電器觸點(diǎn)繼而斷開，可控硅延時(shí)過零斷開，從而實(shí)現(xiàn)電流過零時(shí)切除。由于復(fù)合開關(guān)是由可控硅經(jīng)短時(shí)間導(dǎo)通后轉(zhuǎn)為由繼電器的機(jī)械接點(diǎn)來通過運(yùn)行電流，因此，復(fù)合開關(guān)既具有可控硅開關(guān)過零投切無涌流的優(yōu)點(diǎn)，又具有機(jī)械觸點(diǎn)運(yùn)行無功耗的長處，也就避免了可控硅運(yùn)行發(fā)熱和機(jī)械觸點(diǎn)投切火花及給電網(wǎng)帶來可能沖擊的缺陷，是一種較為理想的電容投切開關(guān)。此外，由于繼電器在吸合與斷開的瞬間都沒有涌流和火花，因此，它的電器理論壽命遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)的壽命，而它的機(jī)械壽命高達(dá)幾十甚至上百萬次，可以保證長期運(yùn)行。然而，由于復(fù)合開關(guān)通常都采用的是全封閉封裝，即復(fù)合開關(guān)的組件可控硅和繼電器通常是一起被封裝于封閉殼體內(nèi)，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常識，在全封閉狀態(tài)下的繼電器線圈工作溫升會(huì)遠(yuǎn)高于開放狀態(tài)下的工作溫升，嚴(yán)重時(shí)甚至可能影響繼電器線圈的壽命，因而，復(fù)合開關(guān)的電器壽命也極可能受到影響。本發(fā)明人通過對若干組不同型號復(fù)合開關(guān)的繼電器線圈進(jìn)行了不同運(yùn)行狀態(tài)下阻值的對比測量實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了上述說法在工作狀態(tài)下單相復(fù)合開關(guān)的繼電器線圈至少有20多攝氏度的溫升，三相復(fù)合開關(guān)的繼電器線圈溫升更高。此外，現(xiàn)有技術(shù)中，電磁式繼電器的線圈多為直接(或通過串接的控制開關(guān)直接) 接到供電電源上，因此，在工作狀態(tài)下，觸點(diǎn)吸合前后該線圈上通過的電流大小是一致的。 由于觸點(diǎn)吸合后用于維持觸點(diǎn)吸合的繼電器線圈維持電流通?？梢赃h(yuǎn)小于吸合瞬間電流， 因而，觸點(diǎn)吸合后繼續(xù)向繼電器線圈通以原大電流，不但會(huì)造成電能浪費(fèi)，而且繼電器線圈也會(huì)因發(fā)熱量大而使繼電器使用壽命降低，尤其觸點(diǎn)非頻繁啟閉的大功率電磁式繼電器更是明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，即在于提供一種可延長復(fù)合開關(guān)使用壽命的復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法及一種節(jié)能效果好、使用壽命長的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)。一、復(fù)合開關(guān)的節(jié)能控制方法本發(fā)明復(fù)合開關(guān)的節(jié)能控制方法，包括有如下步驟1)在復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令前復(fù)合開關(guān)中的繼電器直流供電電源通過第一電阻或直接對第一電容充電；
2)復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅在電壓過零瞬間觸發(fā)導(dǎo)通；3)電力電容投入穩(wěn)定運(yùn)行后，通過控制開關(guān)的閉合，使所述第一電容對繼電器線圈瞬間放電并使繼電器的觸點(diǎn)吸合到位；4)在所述繼電器的觸點(diǎn)吸合到位后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅從電路中切除；在電力電容穩(wěn)定投入運(yùn)行期間，繼電器線圈與第二電阻串聯(lián)后連接至所述直流供電電源上；所述第一電阻和第二電阻可以是獨(dú)立的兩個(gè)電阻，也可以采用同一個(gè)電阻。上述方案中，所述第一電容的容量選擇，應(yīng)使得由該第一電容和所述繼電器線圈組成的RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的1.5倍以上，優(yōu)選的所述時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的三倍。上述方案中，第一電阻和第二電阻的阻值其中U為所述直流供電電源的供電電壓，I 為所述繼電器線圈的最小可靠吸合維持電流，Rt為所述繼電器線圈的直流電阻。作為對上述復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法的再進(jìn)一步優(yōu)化，第一電阻和第二電阻合一， 采用為同一個(gè)電阻，同時(shí)，該電阻的兩端還并聯(lián)有所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)；或者，所述第一電阻由所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)替代。二、節(jié)能型復(fù)合開關(guān)本發(fā)明節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，包括有用于與電網(wǎng)相連的第一端子，用于與電力電容相連的第二端子，用于連接繼電器直流供電電源其中一極的第三端子，用于經(jīng)與繼電器控制開關(guān)串聯(lián)后連接至繼電器直流供電電源另一極的第四端子；在本復(fù)合開關(guān)內(nèi)部，所述第一端子與第二端子之間為雙向可控硅開關(guān)和繼電器常開觸點(diǎn)的并聯(lián)電路，所述雙向可控硅的門極與可控硅投切控制電路的輸出端相連，所述第三端子和第四端子分別連接至繼電器線圈的A端和B端；其特別之處在于本復(fù)合開關(guān)還設(shè)有直接連接至所述繼電器直流供電電源一極的第五端子，該端子與第四端子連接到所述繼電器直流供電電源的同一極；所述第五端子與所述線圈A端之間，還連接有電容；所述線圈A端與第三端子之間，還連接有電阻。所述電容的容量選擇，應(yīng)使得由該電容和所述繼電器線圈組成的RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的1.5倍以上，優(yōu)選的所述時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的3倍。所述電阻的阻值R彡其中U為所述直流供電電源的供電電壓，Ie為所述繼電器線圈的最小可靠吸合維持電流，Rj為所述繼電器線圈的直流電阻。 此外，所述繼電器直流供電電源的供電電壓，可采用等于所述繼電器線圈的額定工作電壓或高于該電壓。本復(fù)合開關(guān)的其它控制電路部分，可采用或借鑒現(xiàn)有技術(shù)。所述繼電器控制開關(guān)，可采用手控開關(guān)，或者采用電子式的有觸點(diǎn)或無觸點(diǎn)開關(guān)，例如采用由可控硅或三極管或場效應(yīng)管等為基本元件的無觸點(diǎn)開關(guān)。本發(fā)明復(fù)合開關(guān)的節(jié)能控制方法及節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的工作原理、工作過程及優(yōu)點(diǎn)分析如下1)初始狀態(tài)在復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令前，繼電器控制開關(guān)斷開，直流供電電源通過電阻對電容按指數(shù)規(guī)律進(jìn)行充電，直至充電結(jié)束；按照電學(xué)常識，此時(shí)電容兩端電壓基本可視同等于直流供電電源電壓；2)需要投入電力電容時(shí)，先控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅在電壓過零瞬間觸發(fā)導(dǎo)通， 電力電容穩(wěn)定投入運(yùn)行后再閉合所述繼電器控制開關(guān)，此時(shí)，由于電容兩端電壓不能突變， 在繼電器線圈上基本上可視同接入了與直流供電電源等值的電壓，則繼電器線圈得電，將繼電器觸點(diǎn)接入電網(wǎng)；3)在所述繼電器的觸點(diǎn)吸合到位后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅切除；在電力電容投入穩(wěn)定運(yùn)行期間，由繼電器的機(jī)械接點(diǎn)來通過運(yùn)行電流；電路最終達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，根據(jù)電學(xué)常識，電容上所通過的電流接近為零，直流供電電源電壓可視同加在繼電器線圈與電阻形成的串聯(lián)支路上，加在繼電器線圈的分壓Uj = U/ (R+R； X&。由于電磁式繼電器具有用于維持觸點(diǎn)可靠吸合的線圈維持電流通?？梢赃h(yuǎn)小于吸合瞬間電流的特性，即繼電器線圈維持電壓可以大大小于繼電器的額定工作電壓，因此，即便繼電器線圈上所加電壓遠(yuǎn)小于繼電器的額定工作電壓，只要Ut維持一定值，則繼電器仍然能可靠工作于穩(wěn)定吸合狀態(tài)。因此，繼電器線圈工作狀態(tài)下的發(fā)熱量得以大為降低，同時(shí)，工作壽命得以延長。作為對上述節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的再進(jìn)一步優(yōu)化，所述電阻的兩端，還并聯(lián)有所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)。其作用是在電容充電前閉合，可進(jìn)一步減少電容的充電時(shí)間，提高本復(fù)合開關(guān)的快速響應(yīng)能力，適用于對轉(zhuǎn)換時(shí)間要求比較高的場合。本發(fā)明人的實(shí)際測試表明在選擇了合適的所述電阻及電容參數(shù)的情形下，采用本發(fā)明技術(shù)方案的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)和本發(fā)明復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法，相較于現(xiàn)有技術(shù)，節(jié)能可高達(dá)75%，更重要的是，由于繼電器線圈溫升大幅降低使得復(fù)合開關(guān)的內(nèi)部溫升得以大幅降低，復(fù)合開關(guān)的工作壽命及整機(jī)可靠性得以大大提升。


圖1是本發(fā)明復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法和節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。圖2是本發(fā)明復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法和節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的另一個(gè)實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法和節(jié)能型復(fù)合開關(guān)作進(jìn)一步地說明。實(shí)施例1 圖一所示的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，包括有五個(gè)外接端子第一端子1用于與電網(wǎng)相連， 第二端子2用于與電力電容相連，第三端子3用于連接繼電器直流供電電源正極，第四端子 4經(jīng)與繼電器控制開關(guān)K串聯(lián)后連接至繼電器直流供電電源負(fù)極，第五端子5直接接至繼電器直流供電電源負(fù)極。本節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的內(nèi)部電路連接關(guān)系為第一端子1與第二端子2之間為雙向可控硅開關(guān)和繼電器常開觸點(diǎn)的并聯(lián)電路；所述雙向可控硅的門極與可控硅投切控制電路的輸出端相連；第三端子和第四端子分別內(nèi)接至繼電器線圈的A端和B端； 第五端子與線圈A端之間，還連接有電容C;所述線圈A端與第三端子3之間，還連接有電阻R。圖中，所述繼電器的直流供電電壓，采用等于所述繼電器線圈的額定工作電壓。本復(fù)合開關(guān)的其它控制電路部分，可采用或借鑒現(xiàn)有技術(shù)。所述繼電器控制開關(guān)K，可采用手控開關(guān)，或者采用電子式的有觸點(diǎn)或無觸點(diǎn)開關(guān)，例如采用由可控硅或三極管或場效應(yīng)管等為基本元件的無觸點(diǎn)開關(guān)，并可采用單片機(jī)的I/O 口控制其啟/閉。(1)元器件及電路參數(shù)直流供電電源電壓U = 12V ；HF2160型電磁繼電器額定工作電壓12V，線圈直流電阻Rj = 160 Ω，線圈的最小可靠吸合電壓9V，線圈的釋放電壓為1. 2V ；最小維持電流Ie= 7. 5mA,電磁繼電器觸點(diǎn)的吸合時(shí)間為15ms ；吸合功率0. 9W。電阻 R = 510 Ω ；電容 C = 220uF。(2)采用現(xiàn)有常規(guī)方法時(shí)(即線圈與控制開關(guān)串聯(lián)后連接到12V直流供電電源上)繼電器線圈的功率Pl = UXU/Rj = 0. 9W ；得電后運(yùn)行1小時(shí)后的線圈溫升為25°C。(3)采用本發(fā)明技術(shù)方案，并采用上述參數(shù)的電阻和電容1)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)A)初始狀態(tài)下，控制開關(guān)K斷開，電容兩端電壓經(jīng)200ms，已基本等于直流供電電源電壓；B)閉合控制開關(guān)K，電容對繼電器線圈放電；C)繼電器線圈在得電后，電容兩端電壓繼續(xù)降低；經(jīng)過200ms，電容兩端電壓基本達(dá)到穩(wěn)定值2. 85V。D)經(jīng)100次的實(shí)驗(yàn)觀察，電磁繼電器觸點(diǎn)能保持可靠吸合；吸合狀態(tài)下，實(shí)測得線圈的吸合維持電流Ie= 18mA，線圈兩端的電壓為2. 85V ；得電后運(yùn)行1小時(shí)后的線圈溫升為2V ；2)相關(guān)技術(shù)分析繼電器線圈的功率P2 = I2XRj = (U/ (R+Rj)) 2XRj ^ 0. 05W ；電阻的功率 P3 = I2XR = (U/ (R+Rj)) 2XR ^ 0. 17W ；總損耗功率P = P2+P3 ^ 0. 05+0. 17 = 0. 22W ；吸合狀態(tài)下電容兩端電壓的穩(wěn)定值2. 85V，與繼電器線圈的分壓Uj理論值=U/ (R+RT)XRT基本相符。(4)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明1)由于吸合狀態(tài)下，線圈兩端的電壓>釋放電壓，故而電磁繼電器觸點(diǎn)能保持可靠吸合；2)由此可見，采用本發(fā)明方案，本實(shí)施例的繼電器線圈的用電量僅為現(xiàn)有常規(guī)方法的不到6%，線圈的發(fā)熱量也大為降低。總的損耗功率僅為原電磁繼電器吸合功率的 24%，節(jié)能 76%。實(shí)施例2 圖2是本發(fā)明節(jié)能型復(fù)合開關(guān)的另一個(gè)實(shí)施例的電路原理示意圖。與圖1相比，區(qū)別在于電阻R的兩端還并聯(lián)有所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)。實(shí)施例3 參照圖1，本發(fā)明復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法為1)在復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令前復(fù)合開關(guān)中的繼電器直流供電電源通過電阻R對電容C充電；2)復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅在電壓過零瞬間觸發(fā)導(dǎo)通；3)電力電容投入穩(wěn)定運(yùn)行后，通過控制開關(guān)K的閉合，使電容C對繼電器線圈瞬間放電并使繼電器的觸點(diǎn)吸合到位；4)在所述繼電器的觸點(diǎn)吸合到位后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅從電路中切除；在電力電容穩(wěn)定投入運(yùn)行期間，繼電器線圈與電阻R串聯(lián)后連接至所述直流供電電源上；繼電器線圈兩端電壓在遠(yuǎn)小于繼電器額定工作電壓的水平維持工作，從而繼電器線圈在低電流低發(fā)熱量下工作，并進(jìn)而使得復(fù)合開關(guān)的溫升得以大大降低。
權(quán)利要求
1.復(fù)合開關(guān)的節(jié)能控制方法，其特征在于，包括有如下步驟1)在復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令前復(fù)合開關(guān)中的繼電器直流供電電源通過第一電阻或直接對第一電容充電；2)復(fù)合開關(guān)接收到電力電容投入指令后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅在電壓過零瞬間觸發(fā)導(dǎo)通；3)電力電容投入穩(wěn)定運(yùn)行后通過控制開關(guān)的閉合，使所述第一電容對繼電器線圈瞬間放電并使繼電器的觸點(diǎn)吸合到位；4)在所述繼電器的觸點(diǎn)吸合到位后，控制復(fù)合開關(guān)中的可控硅從電路中切除；在電力電容穩(wěn)定投入運(yùn)行期間，繼電器線圈與第二電阻串聯(lián)后連接至所述直流供電電源上；所述第一電阻和第二電阻是獨(dú)立的兩個(gè)電阻，或者，是同一個(gè)電阻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法，其特征在于所述第一電容的容量選擇，應(yīng)使得由該第一電容和所述繼電器線圈組成的RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的1.5倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法，其特征在于所述第一電容的容量選擇，使得由該第一電容和所述繼電器線圈組成的RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的3倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法，其特征在于第一電阻和第二電阻的阻值R彡U/Ie-RT，其中U為所述直流供電電源的供電電壓，Ie為所述繼電器線圈的最小可靠吸合維持電流，Rj為所述繼電器線圈的直流電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的復(fù)合開關(guān)節(jié)能控制方法，其特征在于所述第一電阻和第二電阻采用為同一個(gè)電阻，該電阻的兩端還并聯(lián)有所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)；或者，所述第一電阻由所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)替代。
6.節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，包括有用于與電網(wǎng)相連的第一端子，用于與電力電容相連的第二端子，用于連接繼電器直流供電電源其中一極的第三端子，用于經(jīng)與繼電器控制開關(guān)串聯(lián)后連接至繼電器直流供電電源另一極的第四端子；在本復(fù)合開關(guān)內(nèi)部，所述第一端子與第二端子之間為雙向可控硅開關(guān)和繼電器常開觸點(diǎn)的并聯(lián)電路，所述雙向可控硅的門極與可控硅投切控制電路的輸出端相連，所述第三端子和第四端子分別連接至繼電器線圈的A端和B端；其特征在于，本復(fù)合開關(guān)還設(shè)有直接連接至所述繼電器直流供電電源一極的第五端子，該端子與第四端子連接到所述繼電器直流供電電源的同一極；所述第五端子與所述線圈A端之間，還連接有電容；所述線圈A端與第三端子之間，還連接有電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述電容的容量選擇，應(yīng)使得由該電容和所述繼電器線圈組成的RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的 1.5倍以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述電容的容量選擇，使得由該電容和所述繼電器線圈組成的RC串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)為該繼電器的可靠吸合時(shí)間的3倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述電阻的阻值R^ U/I e-RT，其中U為所述直流供電電源的供電電壓，Ie為所述繼電器線圈的最小可靠吸合維持電流，Rj為所述繼電器線圈的直流電阻。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的節(jié)能型復(fù)合開關(guān)，其特征在于所述電阻的兩端， 還并聯(lián)有所述繼電器的一對常閉觸點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合開關(guān)的節(jié)能控制方法及一種節(jié)能型復(fù)合開關(guān)。本復(fù)合開關(guān)的第一端子用于與電網(wǎng)相連，第二端子用于與電力電容相連，第三端子用于連接繼電器直流供電電源其中一極，第四端子經(jīng)與控制開關(guān)串聯(lián)后連接至繼電器直流供電電源另一極；第一端子與第二端子之間為雙向可控硅開關(guān)和繼電器常開觸點(diǎn)的并聯(lián)；第三端子和第四端子分別內(nèi)接至繼電器線圈的A端和B端；還設(shè)有直接接至與第四端子所連直流供電電源同極的第五端子；第五端子與線圈A端間還連接有電容；線圈A端與第三端子間還連接有電阻。由于在投入電力電容后繼電器線圈上通過的電流大為減小，線圈發(fā)熱量可顯著降低，因而繼電器及復(fù)合開關(guān)整機(jī)的工作可靠性可大為增加。
文檔編號H02J3/18GK102510069SQ201110349069
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者李俊, 梁德政, 駱武寧 申請人:廣西諾斯貝電氣有限公司