電流反饋式電子滅弧裝置製造方法
2023-08-04 19:53:56
電流反饋式電子滅弧裝置製造方法
【專利摘要】本發明電流反饋式電子滅弧裝置屬於電學領域，特別是一種適合於對機械開關作為滅弧用途的電流反饋式電子滅弧裝置，包括與機械開關並聯的功率半導體器件、供電電路，功率半導體器件的主迴路連接一電流傳感器，用於檢測機械開關斷開；電流傳感器的輸出信號連接至控制電路，功率半導體器件的控制端與控制電路連接；供電電路與控制電路連接，供電電路為控制電路供電；控制電路在檢測到機械開關斷開時控制功率半導體器件關斷，本發明電流反饋式電子滅弧裝置具有功率半導體器件導通時間短且可靠性高的優點。
【專利說明】電流反饋式電子滅弧裝置
【技術領域】
[0001]本發明的電流反饋式電子滅弧裝置屬於電學領域，特別是一種適合應用於接觸器、繼電器、斷路器及其它機械開關中作為滅弧用途的電流反饋式電子滅弧裝置。
【背景技術】
[0002]目前在電氣控制系統中，廣泛使用接觸器、繼電器等機械開關對負載進行接通分斷控制，但由於普通滅弧用途的滅弧柵，需要分斷電弧拉到一定長度，才能起作用，存在滅弧效果差，分斷負載時電弧大，導致觸點容易燒損的缺點。
[0003]為此，出現了用於機械開關滅弧的滅弧裝置，如專利號為CN01201907.0,名稱為「電子滅弧器」;專利號為CN200910306608.6，名稱為「基於光耦的混合式交流接觸器無源開關驅動控制器」，兩個專利所揭示的，採用晶閘管與接觸器機械開關並聯的方式，供電電源與接觸器的控制線圈連接，接觸器機械開關分斷前，提供一個控制晶閘管導通的驅動信號，在接觸器的控制線圈失電，當機械開關在分離時，晶閘管導通，通過供電電路的濾波電容放電延時，延時關斷晶閘管導通的驅動信號，晶閘管截止，完成無電弧分斷過程。
[0004]由於從接觸器的控制線圈失電到機械開關分斷，有一段不確定延時時間，為確保機械開關分斷之後晶閘管才關斷以保證可靠滅弧，晶閘管需要導通時間較長(一般在幾十毫秒以上)，這種採用機械開關分斷後延時關閉控制信號的控制方式滅弧，勢必會增加晶閘管不必要多餘的導通工作時間，晶閘管的導通工作時間長，導致整個滅弧裝置的過載能力差、可靠性低。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於避免現有電子滅弧裝置的不足之處而提供一種功率半導體器件導通時間短且可靠性高的電流反饋式電子滅弧裝置。
[0006]實現本發明的目的是通過以下技術方案來達到的:一種電流反饋式電子滅弧裝置，其包括供電電路、與機械開關並聯的功率半導體器件，功率半導體器件的主迴路連接一電流傳感器，用於檢測機械開關斷開；電流傳感器的輸出信號連接至控制電路，控制電路與功率半導體器件的控制端連接；控制電路與供電電路連接，供電電路為控制電路供電；控制電路在檢測到機械開關斷開時控制功率半導體器件關斷。
[0007]—種電流反饋式電子滅弧裝置，電流傳感器用於檢測功率半導體器件的導通電流，電流傳感器為電流互感器。
[0008]一種電流反饋式電子滅弧裝置，電流互感器工作在非線性狀態。
[0009]一種電流反饋式電子滅弧裝置，電流互感器工作在飽和狀態。
[0010]一種電流反饋式電子滅弧裝置，控制電路包括一觸發開關，電流互感器輸出信號連接至觸發開關的輸入端。
[0011]一種電流反饋式電子滅弧裝置，觸發開關與供電電路的輸出迴路連接，觸發開關用於對供電電路的輸出迴路旁路放電。
[0012]一種電流反饋式電子滅弧裝置，電流互感器的輸出信號通過整流電路連接至觸發開關的輸入端。
[0013]一種電流反饋式電子滅弧裝置，觸發開關為晶閘管、帶晶閘管輸出的光電耦合器或晶閘管等效電路。
[0014]一種電流反饋式電子滅弧裝置，功率半導體器件的主迴路兩端並聯有電壓檢測電路，電壓檢測電路的輸出端與觸發開關連接，用於控制觸發開關截止。
[0015]一種電流反饋式電子滅弧裝置，觸發開關連接一延時電子開關，延時電子開關在機械開關閉合過程中，用於屏蔽觸發開關。
[0016]一種電流反饋式電子滅弧裝置，觸發開關輸入端連接一過載電流檢測電路。
[0017]一種電流反饋式電子滅弧裝置，過載電流檢測電路包括一檢測過載電流的電流互感器，檢測過載電流的電流互感器輸出信號通過整流電路、限壓器件連接至觸發開關的輸入端，檢測過載電流的電流互感器的輸出迴路連接一負載電阻。
[0018]一種電流反饋式電子滅弧裝置，控制電路包括一控制開關，控制開關的輸出端與功率半導體器件的控制端連接，用於控制功率半導體器件的驅動信號連接至功率半導體器件的控制端。
[0019]一種電流反饋式電子滅弧裝置，控制開關的控制端與觸發開關連接。
[0020]一種電流反饋式電子滅弧裝置，供電電路與控制開關連接，用於驅動控制開關。[0021 ] 一種電流反饋式電子滅弧裝置，控制電路還包括振蕩電路、變壓器、整流濾波電路，振蕩電路通過變壓器、整流濾波電路、控制開關與功率半導體器件的控制端連接。
[0022]一種電流反饋式電子滅弧裝置，控制開關為光電耦合器或電磁繼電器。
[0023]一種電流反饋式電子滅弧裝置，功率半導體器件的主迴路兩端並聯電壓檢測電路，電壓檢測電路的輸出端與供電電路或控制電路連接。
[0024]一種電流反饋式電子滅弧裝置，電壓檢測電路用於對供電電路旁路。
[0025]一種電流反饋式電子滅弧裝置，電壓檢測電路用於控制供電電路的輸出迴路旁路放電。
[0026]一種電流反饋式電子滅弧裝置，功率半導體器件的主迴路並聯一電壓檢測電路，電壓檢測電路的輸出端與控制電路或供電電路連接，電壓檢測電路用於檢測機械開關閉合，控制電路在機械開關閉合時提供功率半導體器件導通的控制信號，用於控制機械開關閉合彈跳滅弧。
[0027]—種電流反饋式電子滅弧裝置，控制電路通過控制開關與功率半導體器件連接。
[0028]一種電流反饋式電子滅弧裝置，控制開關為電磁繼電器。
[0029]一種電流反饋式電子滅弧裝置，電磁繼電器的線圈驅動迴路中連接用於抑制線圈反向電流的電路。
[0030]一種電流反饋式電子滅弧裝置，功率半導體器件為半控型半導體器件或全控型半導體器件。
[0031 ] 一種電流反饋式電子滅弧裝置，半控型半導體器件為晶閘管。
[0032]其工作原理:本發明電流反饋式電子滅弧裝置在與之並聯的機械開關分斷的工作過程中，先提供功率半導體器件控制端驅動信號，當機械開關兩端的電壓大到可以使功率半導體器件導通時，功率半導體器件導通，在機械開關分斷的瞬間，電流通過功率半導體器件旁路，機械開關無電弧分斷；當功率半導體器件導通一有電流通過時，與功率半導體器件連接的電流傳感器獲得電流信號，電流信號由電流傳感器反饋給控制電路，控制電路馬上控制功率半導體器件截止，使功率半導體器件可以在很短的導通時間實現可靠滅弧的目的。
[0033]本發明設計合理，電流傳感器與功率半導體器件的主迴路連接，由於功率半導體器件通過電流工作時間短僅毫秒級，功率半導體器件的主迴路導線很小也可以承載極大的工作電流，本裝置連接的機械開關一旦分斷，功率半導體器件馬上導通，本裝置利用與功率半導體器件連接的電流傳感器反饋的電流信號，控制電路立即控制功率半導體器件截止，實現功率半導體器件快速截止的目的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1是本發明的實施例之一電路原理圖。
[0035]圖2是本發明的實施例之二電路原理圖。
[0036]圖3是本發明的實施例之三電路原理圖。
[0037]圖4是本發明的實施例之四電路原理圖。
【具體實施方式】
[0038]如圖1所示，為本發明的電流反饋式電子滅弧裝置的之一實施例，其包括:功率半導體器件K、供電電路(S)、電流互感器CT、控制電路(A)、電壓檢測電路(B)。與本裝置連接的機械開關SWl為所需滅弧的機械開關，Jl、J2端為功率半導體器件K與機械開關SWl連接的共同輸入端點和輸出端點。
[0039]功率半導體器件K:為一晶閘管，晶閘管K的驅動迴路與控制電路(A)連接，晶閘管K的驅動能量由晶閘管K的主迴路通過控制電路(A)的控制迴路連接至晶閘管K的觸發極。
[0040]供電電路⑶:輸入電源由晶閘管K的主迴路輸出端點J2提供，J3端點為連接負載的另一電源端點，輸入電源經電阻Rl壓降、整流電路BRl整流，電容Cl儲能濾波、電阻R2，為控制電路㈧的控制開關0PT2驅動供電。
[0041]電流互感器CT:電流互感器CT與晶閘管K的主迴路連接(圖為穿心連接，也可以串聯連接，工作原理相同)。
[0042]控制電路(A):包括一個觸發開關0PT3(為一帶晶閘管輸出的光電耦合器)和控制開關0ΡΤ2(為一帶晶閘管輸出的光電稱合器)，觸發開關0ΡΤ3的輸入端與電流互感器CT輸出端連接，觸發開關0ΡΤ3輸出端與控制開關0ΡΤ2的驅動迴路連接，觸發開關0ΡΤ3輸出端、控制開關0ΡΤ2的驅動迴路與供電電路⑶輸出迴路連接，控制電路㈧通過控制開關0ΡΤ2與晶閘管K的驅動迴路連接；
[0043]電壓檢測電路⑶:包括限流電阻R3、光電耦合器0ΡΤ1，光電耦合器OPTl輸入端通過限流電阻R3與晶閘管K的主迴路兩端連接，光電耦合器OPTl輸出與控制電路㈧連接，即與供電電路⑶的輸出迴路連接，光電耦合器OPTl輸出信號控制供電電路⑶輸出迴路旁路放電(注:當光電耦合器OPTl為帶晶閘管輸出的光電耦合器時，光電耦合器OPTl的輸出端也可以與整流電路BRl交流輸入端連接，對供電電路(S)旁路，工作原理相同)。
[0044]工作過程:按本裝置用於機械開關SWl滅弧為例，機械開關SWl閉合，供電電路
(S)得電，交流電源通過電阻Rl壓降，經整流電路BRl整流對電容Cl充電然後驅動控制開關0PT2輸出導通，由於機械開關SWl已閉合，晶閘管K並無電流通過，當機械開關SWl的斷開時，晶閘管K的驅動電流通過控制電路㈧的控制開關0PT2和限流電阻R4驅動晶閘管K導通，在晶閘管K有電流通過時，與之串聯連接的電流互感器CT輸出信號觸發控制電路(A)的觸發開關0PT3導通對供電電路(S)的輸出迴路旁路放電，控制開關0PT2的驅動信號被旁路，晶閘管K在電流過零時自行關閉；供電電路⑶的濾波電容Cl的電荷迅速通過電阻R2、控制電路(A)的觸發開關0PT3放電，在晶閘管K截止後當電壓檢測電路(B)檢測到有電壓時，輸出對供電電路⑶輸出迴路旁路放電，使控制電路(A)的觸發開關0PT3復位截止，為下次工作循環做準備。
[0045]此實施例一中，功率半導體器件採用雙向晶閘管，同時控制開關0PT2採用帶晶閘管輸出的光電耦合器，具有驅動能耗低、關閉速度快、功率半導體器件導通時間短、成本低、電路簡單的特點；觸發開關0PT3為一帶晶閘管輸出的光電耦合器，該器件最好採用雙發光二極體輸入的器件或採用單發光二極體輸入的器件時前面加一全波整流電路，這樣可以縮短晶閘管K半個周波的導通工作時間，進一步的提高晶閘管K的可靠性和經濟性；晶閘管K觸發迴路的限流電阻R4非必需，如晶閘管K內置限流電阻時可以省略。通過電壓檢測電路(B)的應用，不但可以對觸發開關0PT3復位截止，同時可以對供電電路(S)輸出迴路旁路，大大提高了本發明電流反饋式電子滅弧裝置的二次滅弧響應速度。
[0046]如圖2所示，為本發明的電流反饋式電子滅弧裝置的之二實施例，其包括:功率半導體器件K1、K2、供電電路(S)、電流互感器CT1、控制電路(A)、電壓檢測電路(B)、過載電流檢測電路(C);機械開關SWl為與本裝置連接的所需滅弧的機械開關，J1、J2端為功率半導體器件K1、K2主迴路與機械開關SWl連接的共同輸入輸出端點。
[0047]功率半導體器件K1、K2:採用兩隻晶閘管Κ1、Κ2(注:為單向晶閘管)反向並聯，晶閘管Κ1、Κ2的驅動能量由主迴路通過控制電路的控制迴路提供給晶閘管Κ1、Κ2觸發極；
[0048]電流互感器CTl:電流互感器CTl與晶閘管Κ1、Κ2主迴路連接(圖為穿心連接也可以串聯連接，工作原理相同)；
[0049]控制電路(A):包括一個觸發開關SCR(為一單向晶閘管)和控制開關RYl (為一電磁繼電器)，觸發開關SCR的輸入端通過整流電路BR2與電流互感器CTl輸出端連接，觸發開關SCR、控制開關RYl的驅動迴路與供電電路⑶的輸出迴路連接，控制電路㈧通過控制開關RYl與晶閘管Κ1、Κ2的驅動迴路連接，控制開關RYl的控制線圈連接有抑制繼電器線圈反向電流電路(F)；
[0050]供電電路(S):輸入電源由晶閘管K1、Κ2的主迴路輸出端點J2提供，J3端點為連接負載的另一電源端點，輸入電源經電容C2壓降、電阻Rl限流、整流電路BRl整流，Cl儲能濾波、電阻R2為控制電路(A)的控制開關RYl驅動供電；
[0051]電壓檢測電路⑶:包括限流電阻R3、光電耦合器0ΡΤ1，光電耦合器OPTl輸入端通過限流電阻R3與晶閘管Κ1、Κ2的主迴路兩端連接，光電耦合器OPTl輸出與控制電路(A)連接，即與供電電路(S)的輸出迴路連接，光電耦合器OPTl輸出信號控制供電電路(S)輸出迴路旁路放電(注:當光電I禹合器OPTi為帶晶閘管輸出的光電I禹合器時，光電I禹合器OPTl的輸出端也可以與整流電路BRl交流輸入端連接，對供電電路(S)旁路，工作原理相同)。
[0052]過載電流檢測電路(C):檢測電路包括一檢測過載電流的電流互感器CT2(注:檢測過載電流的互感器CT2用於與負載主迴路連接)，檢測過載電流的電流互感器CT2輸出信號通過整流電路BR3、負載電阻R7、限壓半導體器件Z3連接至控制電路(A)的觸發開關SCR的輸入端。
[0053]工作過程:按本裝置用於機械開關SWl滅弧為例，機械開關SWl閉合，供電電路(S)得電，交流電源通過電容C2壓降、電阻Rl限流，經整流電路BRl整流對電容Cl充電，驅動控制開關RYl輸出接點閉合，由於機械開關SWl已閉合，晶閘管K1、K2並無電流通過，當機械開關SWl的分斷，晶閘管K1、K2的驅動電流通過控制電路(A)的控制開關RYl和限流電阻R4驅動晶閘管ΚΙ、K2導通，在晶閘管ΚΙ、K2任意一隻晶閘管有電流通過時，與之串聯的電流互感器CTl輸出信號經整流電路BR2整流觸發控制電路(A)的觸發開關SCR導通對供電電路(S)的輸出迴路旁路放電，控制開關RYl驅動信號被旁路，與控制開關RYl連接的抑制繼電器線圈反向電流電路(F)的三級管Ql截止，控制開關RYl的反向電流通過穩壓二極體Zl、Z2釋放，控制開關RYl的機械觸點快速釋放，晶閘管K1、K2在電流過零時自行關閉(滅弧工作過程中僅需K1、K2中一個晶閘管導通即可，工作時間最短可達半個周波內)，供電電路(S)的電容Cl的電荷迅速通過R2、觸發開關SCR放電，在晶閘管Κ1、Κ2截止後當電壓檢測電路⑶檢測到有電壓時，輸出對供電電路⑶的輸出迴路旁路放電，使控制電路(A)的觸發開關SCR復位截止，為下次工作循環做準備；如機械開關SWl在閉合狀態下，過載電流檢測電路(C)檢測到負載電流超過晶閘管Κ1、Κ2的最大負荷電流時，觸發控制電路(A)內的觸發開關SCR導通，使控制開關RYl斷開，晶閘管Κ1、Κ2在機械開關SWl的分斷時不導通，起保護本裝置不被損壞，同時使得機械開關連接本發明的電流反饋式電子滅弧裝置時，不會影響到原來機械開關本身的極限分斷電流的能力。
[0054]此實施例中，功率半導體器件採用兩隻單向晶閘管與採用單個雙向晶閘管相比，可實現更高的過載力和抗誤導通能力，同時控制開關RYl採用電磁繼電器與採用帶晶閘管輸出光電耦合器的電子開關相比可實現更高的過載力、抗誤觸發能力和耐壓能力，為考慮到電磁繼電器的釋放延時問題，控制開關RYl的控制線圈連接有抑制繼電器線圈反向電流電路(F)，用於提高控制開關RYl釋放速度，減小晶閘管Κ1、Κ2的導通工作時間，可以大大提高可靠性經濟性；觸發開關SCR的輸入端通過整流電路BR2與電流互感器CTl輸出端連接，與觸發開關SCR的輸入端直接與電流互感器CTl輸出端連接相比，可以縮短晶閘管的半個周波的導通工作時間，進一步的提高晶閘管的可靠性。晶閘管Κ1、Κ2觸發迴路的限流電阻R4非必需，如晶閘管Κ1、Κ2內置限流電阻時可以省略。通過電壓檢測電路⑶的應用，不但可以對觸發開關SCR復位截止，同時可以對供電電路(S)輸出迴路旁路放電，大大提高了本發明電流反饋式電子滅弧裝置的二次滅弧響應速度。
[0055]如圖3所示，為本發明的電流反饋式電子滅弧裝置的之三實施例，其包括:功率半導體器件K、電流互感器CT、控制電路(A)、供電電路(S)、電壓檢測電路(B)，與本裝置連接的機械開關SWl為所需滅弧的機械開關，JU J2端為功率半導體器件K主迴路與機械開關Sffl連接的共同的正電輸入和輸出端點。
[0056]功率半導體器件K:為場效應管，其驅動能量由控制電路(A)提供；
[0057]電流互感器CT:電流互感器CT與場效應管K主迴路連接(圖為穿心連接，也可以串聯連接，工作原理相同)；
[0058]控制電路(A):包括觸發開關(Q)(為一晶閘管等效電路)、振蕩電路(OS)、變壓器Tl、二極體D2與電容C3組成的整流濾波電路(Z)、控制開關0PT2 (為一光電耦合器)，振蕩電路(OS)與供電電路⑶連接，控制開關0PT2通過電阻R5與供電電路⑶的輸出端連接，控制觸發開關(Q)的輸出端與控制開關0PT2的控制端連接，同時也與供電電路(S)的輸出迴路連接，振蕩電路(OS)通過變壓器Tl經整流濾波電路(Z)，再經控制開關0PT2為場效應管K驅動迴路提供驅動能量；
[0059]供電電路⑶:輸入電源由J2、J3端點輸入，經二極體D1、電容Cl濾波，一路直接給控制電路(A)的振蕩電路(OS)供電，一路輸出迴路通過電阻Rl和電容C2儲能濾波通過電阻R2給控制電路㈧的控制開關0PT2的驅動迴路供電；
[0060]電壓檢測電路⑶:包括限流電阻R3、光電耦合器0PT1，光電耦合器OPTl輸入端通過限流電阻R3與場效應管K的主迴路兩端連接，光電耦合器OPTl輸出與控制電路(A)連接，即與供電電路(S)的輸出迴路連接，光電耦合器OPTl輸出端控制供電電路(S)輸出迴路旁路放電。
[0061]工作過程:按本裝置用於直流接觸器滅弧為例，機械開關SWl閉合，供電電路(S)得電，控制電路㈧的振蕩電路(OS)上電工作，控制開關0PT2得電，其輸出端導通，振蕩電路(OS)工作驅動變壓器Tl，變壓器Tl輸出經整流電路(Z)、控制開關0PT2給場效應管K導通偏置信號，由於機械開關SWl已閉合，場效應管K並無電流通過，機械開關分斷時，當場效應管K有旁路電流通過，與之串聯的電流互感器CT輸出信號觸發控制電路(A)的觸發開關(Q)的三極體Ql、Q2導通，控制開關0PT2的驅動信號被旁路，控制開關0PT2輸出關閉，場效應管K因無偏置電壓信號截止，供電電路(S)的電容C2的電荷通過R2、觸發開關(Q)的Q1、Q2放電，在場效應管K截止後當電壓檢測電路(B)檢測到有電壓時，輸出對供電電路(S)的輸出迴路旁路放電，使控制電路㈧的觸發開關(Q)復位截止，為下次工作循環做準備。(注:這裡要注意電流互感器輸出端的相位)
[0062]此實施例三，功率半導體器件採用場效應管，在實際應用中也可以採用IGBT等全控型半導體器件，當採用全控型半導體器件時由於其關斷速度極快，可達微秒級，在控制感性負載時可以在功率半導體器件反向並聯二極體作為保護，或選用內置反向並聯二極體的器件。通過電壓檢測電路(B)的應用，不但可以對觸發開關(Q)復位截止，同時可以對供電電路(S)輸出迴路旁路放電，大大提高了本發明電流反饋式電子滅弧裝置的二次滅弧響應速度。
[0063]如圖4所示，為本發明的電流反饋式電子滅弧裝置的之四實施例，其包括:功率半導體器件K、電流互感器CT、控制電路(A)、供電電路(S)、電壓檢測電路(B)，與本裝置連接的機械開關SWl為所需滅弧的機械開關，JU J2端為功率半導體器件K主迴路與機械開關Sffl連接的共同的正電輸入和輸出端點，J4作為功率半導體器件K驅動信號的輸入端，J3為供電電路(S)的電源輸入端。
[0064]功率半導體器件K:為場效應管，其驅動能量由J4埠輸入通過控制電路(A)的控制開關0PT2連接至其控制極；
[0065]電流互感器CT:電流互感器CT與場效應管K主迴路連接(圖為穿心連接也可以串聯連接，工作原理相同)；
[0066]控制電路(A):包括觸發開關(Q)(為一晶閘管TRl)、延時電子開關(C)、控制開關0PT2(為一光電耦合器)，控制開關0PT2通過電阻R2與供電電路(S)的輸出端連接，觸發開關(Q)與控制開關0ΡΤ2的控制端連接，即也與供電電路(S)的輸出迴路連接，J4輸入的驅動信號經控制開關0ΡΤ2為場效應管K驅動迴路提供驅動能量；延時電子開關(C)與觸發開關(Q)控制端連接，延時電子開關(C):電晶體Q3控制極通過電阻R5、電容Cl與供電電路連接，電晶體Q3與觸發開關(Q)輸入端並聯連接，對觸發開關(Q)輸入信號旁路，與電晶體Q3控制端並聯有電阻R7、二極體D3，其中電阻R7為抗幹擾電阻，二極體D3作為電容Cl反向放電用途。
[0067]供電電路⑶:輸入電源由J3端點輸入，經二極體D1、再通過電阻Rl和控制電路(A)的控制開關0ΡΤ2的控制端供電；
[0068]電壓檢測電路⑶:包括限流電阻R3、光電耦合器0ΡΤ1，光電耦合器OPTl輸入端通過限流電阻R3與場效應管K的主迴路兩端連接，光電耦合器OPTl輸出與控制電路(A)連接，即與供電電路(S)的輸出迴路連接，光電耦合器OPTl輸出端控制供電電路(S)輸出迴路旁路放電，電壓檢測電路⑶在這裡也用於檢測機械開關SWl的閉合。
[0069]工作過程:按本裝置用於直流接觸器滅弧為例，J3可以與機械開關SWl的驅動線圈連接，驅動線圈得電的同時供電電路(S)上電，機械開關SWl閉合，一旦機械開關SWl閉合，電壓檢測電路⑶的光電耦合器輸出端截止，控制延時電子開關(C)輸出端導通，控制開關0ΡΤ2得電，其輸出端導通，驅動信號通過控制開關0ΡΤ2給場效應管K導通偏置信號，在出現閉合彈跳時，場效應管K導通，實現對機械開關SWl閉合滅弧作用，在機械開關SWl閉合穩定後，延時電子開關(C)輸出端截止；機械開關SWl分斷時，當場效應管K有旁路電流通過，與之串聯的電流互感器CT輸出信號觸發控制電路(A)的觸發開關(Q)的晶閘管TRl導通，控制開關0ΡΤ2的驅動信號被旁路，控制開關0ΡΤ2輸出關閉，場效應管K因無偏置電壓信號截止，在場效應管K截止後當電壓檢測電路(B)檢測到有電壓時，輸出對供電電路
(S)的輸出迴路旁路，使控制電路(A)的觸發開關(Q)復位截止，為下次工作循環做準備。(注:這裡要注意電流互感器輸出端的相位)
[0070]圖4中延時電子開關(C)與觸發開關(Q)輸入端並聯，可以用於採用延時電子開關串聯在觸發開關(Q)輸入迴路或觸發開關(Q)的輸出迴路中，用於在機械開關閉合過程中，屏蔽觸發開關(Q)，使其不工作，電壓檢測電路(B)在這裡作為機械開關閉合檢測作用，在用於機械開關閉合彈跳滅弧時，克服在機械開關閉合前功率半導體器件提前導通，減少接通負載時大電流對功率半導體器件衝擊，減少功率半導體器件導通工作時間、提高其可靠性。
[0071]在上述各實施例控制電路的觸發開關採用了不同器件或不同電路實現，在實際使用中可以互換，工作原理相同，其具有電路簡單、成本低、可靠性高的優點；以上實施例中為簡潔方便表述，採用的是應用於單極機械開關的電流反饋式電子滅弧裝置作為實施例，當要用在兩極或三極等多極機械開關的電子滅弧時，只要增加功率半導體器件及其相關控制部件數量(如控制電路內置的控制開關)即可，電流互感器可以採用單個，供電電路可以共用，工作原理相同；在圖4,延時電子開關(C)也可以應用與其他實施例,用於閉合滅弧時，屏蔽觸發開關，使得觸發開關不工作，但供電電路的電源不能從功率半導體的主迴路輸出端獲得，可以由功率半導體的主迴路輸入端或接觸器的控制線圈電源端取得；當採用帶電壓檢測電路(B)的本發明電流反饋式電子滅弧裝置時，其供電電路(S)的電源輸入端可以採用與功率半導體的主迴路的輸入端、功率半導體的主迴路的輸出端或接觸器控制線圈任一種方式連接，機械開關SWl可以是斷路器的機械觸點也可以是接觸器等開關，具有適用範圍廣、使用靈活的優點。
[0072]本發明設計合理，電流傳感器與功率半導體器件的主迴路連接，由於功率半導體器件通過電流工作時間短僅毫秒級，功率半導體器件的主迴路導線很小也可以承載極大的工作電流，因此電流傳感器可以選用微型電流互感器，並可以使得電流互感器工作在非線性狀態、飽和狀態，可以採用穿心連接方式也可以直接採用主迴路導線與電流互感器串聯連接方式，電流互感器具有體積小、成本低的特點，方便與整個裝置作為一個整體，本裝置連接的機械開關一旦分斷，功率半導體器件馬上導通，本裝置利用與功率半導體器件連接的電流傳感器反饋的電流信號，控制電路立即控制功率半導體器件截止，實現功率半導體器件快速截止的目的。
[0073]本發明電流反饋式電子滅弧裝置的功率半導體器件採用半控型半導體器件如晶閘管作為滅弧器件時，導通時間可以做到短達半個周波；當電流反饋式電子滅弧裝置的功率半導體器件採用全控型半導體器件時(如IGBT、場效應管等電晶體)，滅弧過程功率半導體器件導通時間僅需微秒級，即可做到準確可靠滅弧的目的，這極大提高了電子滅弧裝置的功率半導體器件利用率及電子滅弧裝置的可靠性、實用性和經濟性；同時控制電路採用一觸發開關與電流互感器連接，由電流互感器反饋的信號直接控制觸發開關導通，實現對功率半導體器件快速截止的目的。
【權利要求】
1.一種電流反饋式電子滅弧裝置，其包括供電電路、與機械開關並聯的功率半導體器件，其特徵是: 所述功率半導體器件的主迴路連接一電流傳感器，用於檢測所述機械開關斷開； 所述電流傳感器的輸出信號連接至控制電路，所述控制電路與所述功率半導體器件的控制端連接； 所述控制電路與所述供電電路連接，所述供電電路為所述控制電路供電； 所述控制電路在檢測到所述機械開關斷開時控制所述功率半導體器件關斷。
2.根據權利要求1所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電流傳感器用於檢測所述功率半導體器件的導通電流，所述電流傳感器為電流互感器。
3.根據權利要求2所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電流互感器工作在非線性狀態。
4.根據權利要求2所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電流互感器工作在飽和狀態。
5.根據權利要求2所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制電路包括一觸發開關，所述電流互感器輸出信號連接至所述觸發開關的輸入端。
6.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述觸發開關與所述供電電路的輸出迴路連接，所述觸發開關用於對所述供電電路的輸出迴路旁路放電。
7.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電流互感器的輸出信號通過整流電路連接至所述觸發開關的輸入端。
8.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述觸發開關為晶閘管、帶晶閘管輸出的光電耦合器或晶閘管等效電路。
9.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述功率半導體器件的主迴路兩端並聯有電壓檢測電路，所述電壓檢測電路的輸出端與所述觸發開關連接，用於控制所述觸發開關截止。
10.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述觸發開關連接一延時電子開關，所述延時電子開關在所述機械開關閉合過程中，用於屏蔽所述觸發開關。
11.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述觸發開關輸入端連接一過載電流檢測電路。
12.根據權利要求11所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述過載電流檢測電路包括一檢測過載電流的電流互感器，所述檢測過載電流的電流互感器輸出信號通過整流電路、限壓器件連接至所述觸發開關的輸入端，所述檢測過載電流的電流互感器的輸出迴路連接一負載電阻。
13.根據權利要求5所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制電路包括一控制開關，所述控制開關的輸出端與所述功率半導體器件的控制端連接，用於控制所述功率半導體器件的驅動信號連接至所述功率半導體器件的控制端。
14.根據權利要求13所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制開關的控制端與所述觸發開關連接。
15.根據權利要求13所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述供電電路與所述控制開關連接，用於驅動所述控制開關。
16.根據權利要求13所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制電路還包括振蕩電路、變壓器、整流濾波電路，所述振蕩電路通過所述變壓器、所述整流濾波電路、所述控制開關與所述功率半導體器件的控制端連接。
17.根據權利要求13所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制開關為光電耦合器或電磁繼電器。
18.根據權利要求1所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述功率半導體器件的主迴路兩端並聯電壓檢測電路，所述電壓檢測電路的輸出端與所述供電電路或所述控制電路連接。
19.根據權利要求18所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電壓檢測電路用於對所述供電電路旁路。
20.根據權利要求18所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電壓檢測電路用於控制所述供電電路的輸出迴路旁路放電。
21.根據權利要求1所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述功率半導體器件的主迴路並聯一電壓檢測電路，所述電壓檢測電路的輸出端與所述控制電路或所述供電電路連接，所述電壓檢測電路用於檢測所述機械開關閉合，所述控制電路在所述機械開關閉合時提供所述功率半導體器件導通的控制信號，用於控制所述機械開關閉合彈跳滅弧。
22.根據權利要求1所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制電路通過控制開關與所述功率半導體器件連接。
23.根據權利要求22所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述控制開關為電磁繼電器。
24.根據權利要求23所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述電磁繼電器的線圈驅動迴路中連接用於抑制所述線圈反向電流的電路。
25.根據權利要求1至24任一權利要求所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述功率半導體器件為半控型半導體器件或全控型半導體器件。
26.根據權利要求25所述的電流反饋式電子滅弧裝置，其特徵是:所述半控型半導體器件為晶閘管。
【文檔編號】H01H9/54GK104409256SQ201410720842
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月22日 優先權日:2014年3月7日
【發明者】郭橋石 申請人:廣州市金矢電子有限公司