一種無火花安全開關、插座及安全通斷電方法
2023-07-01 21:44:26
專利名稱：一種無火花安全開關、插座及安全通斷電方法
技術領域：
本發明涉及一種安全開關，具體地說，是一種在執行開關操作時無火花、無衝擊型的安全開關，本發明還涉及包含這種安全開關的插座及安全通斷電的方法。
背景技術：
工業設備、家用電器等負荷都呈現一定的感性和容性，負荷與電源的接通過程中， 電路接通時負荷電容瞬間通電，電容從沒有電到充滿電的過程時間越短，感應衝擊電流越 強，往往會拉弧產生火花；負荷與電源的開斷過程，電路斷開時感性負載瞬間斷電，電感從 大電流到斷電的過程時間越短，感應衝擊電壓越強，也會拉弧產生火花。開關觸點或插頭與 插座的觸點接觸面不貼靠，接觸不良，在開合和帶電拔插時也會產生火花。這些火花是危險 的，尤其是在易燃易爆場所，需要避免開關電源引起的火花導致爆炸等危險。現有的密封式安全防爆插座和安全防爆開關設備，是通過密封隔絕可燃物與觸點 電弧的接觸而防止爆炸的，這種方式在密封體內部電觸點還是存在電弧和火花，存在潛在 危險。例如當密封殼體有損壞、有縫隙洩漏時，也會引起危險。現有技術存在的主要缺點和不足有1、無法完全杜絕負荷接入電源或退出電源時產生電弧、火花引起燃燒或爆炸事 故；2、開關觸頭和插頭插座被電弧燒灼損壞，降低開關電器的工作可靠性和使用壽 命；3、投入電容性負荷設備會產生過電流衝擊；4、切除電感性負荷設備會產生過電壓衝擊；5、負荷接入電源或退出電源時容易發生觸電危險事故。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種通斷電時不會產生火花的安全開關、插座及 安全通斷電方法。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種安全開關，包括電性連接的開關觸發 電路和開關電晶體，所述開關電晶體串接在電源線上，所述開關觸發電路用於輸出觸發信 號給所述開關電晶體，控制開關電晶體的斷開與導通，所述電源線兩端分別用於連接電源 和負載。進一步地，還包括一整流電路，所述整流電路的輸入端接電源，輸出端接所述開關 觸發電路，用於為所述開關觸發電路提供工作電源。進一步地，所述整流電路由依次電性連接的分壓電容電阻、整流二極體、穩壓管和 濾波電容組成。進一步地，所述開關電晶體由一對反並聯的晶閘管，及晶閘管兩端並聯的保護二 極管和電阻組成。
進一步地，所述開關觸發電路由依次電性連接的限流電阻、紅外反射式光耦、過零 觸發雙向可控矽光耦組成，由所述過零觸發雙向可控矽光耦向所述開關電晶體輸出觸發信號。進一步地，所述開關電晶體與負載之間的電源線上還串接有隔離電路。進一步地，所述隔離電路由接地電容、電阻組成，所述電容、電阻並聯，接於電源火 線與地線之間。本發明還提供了 一種包含上述安全開關的插座。本發明還提供了一種實現安全通斷電的方法，包括將開關電晶體以斷開狀態接入電源與負載之間；由一開關觸發電路接收一接通電源指令，並在電源電壓過零時輸出觸發信號給所 述開關電晶體；所述開關電晶體接收到所述觸發信號後導通，使電源與負載之間的通路接通。進一步地，在接通電源與負載之間的通路後，還包括開關觸發電路接收一斷開電源指令，終止輸出給所述開關電晶體的觸發信號；所述開關電晶體在電流過零後關斷，使電源與負載之間的通路斷開。本發明的安全開關電路中完全無觸點，不會出現拉弧現象在插頭插入時插座時 不帶電，負載電容電壓為零，沒有突變，無感應電流，不會拉弧產生火花；插頭拔出前在負載 電流過零點自動切斷電源，負載電感電流為零，沒有突變，無感應高壓，也不會拉弧產生火 花。
圖1是本發明的安全開關應用於單相電路的實施例；圖2是本發明的安全開關應用於單相電路的實施例；圖3是本發明中整流電路的一實施例的電路圖；圖4是本發明中開關觸發電路的一實施例的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以 更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。如圖1所示，為本發明的安全開關應用於單相電路的實施例。該安全開關包括電 性連接的開關觸發電路和開關電晶體，開關電晶體串接在電源線上，電源線兩端分別連接 電源和負載。還包括一整流電路，整流電路的輸入端接電源，輸出端接開關觸發電路，用於 為所述開關觸發電路提供直流工作電源。其中，整流電路可以採用半橋整流電路、全橋整流電路等，如圖3所示，本實施例 中的整流電路由依次電性連接的分壓電容Cl、分壓電阻R1、整流二極體D1、D2、穩壓管D3和 濾波電容C2組成。開關電晶體由一對反並聯的晶閘管組成，實現電源與負載電路的開斷與 閉合，晶閘管兩端並聯保護二極體和電阻。反並聯指兩個晶閘管反向並聯。晶閘管在有觸 發信號時導通，電源與負載電路閉合；在無觸發信號時，晶閘管電流過零後關斷，電源與負 載電路斷開。此處的晶閘管可以用其他電力電子開關電晶體器件代替。
如圖4所示，本實施例中開關觸發電路由依次電性連接的限流電阻R2、紅外反射式光耦U2和過零觸發雙向可控矽光耦Ul組成。工作時，開關觸發電路通過紅外反射式光 耦U2檢測物理開關狀態(開、關)並轉換為電氣量，由過零觸發雙向可控矽光耦Ul輸出觸 發信號控制晶閘管導通。觸發電路也可用其他觸發方式。開關電晶體與負載之間的電源線上還串接有隔離電路，隔離電路由接地電容和電 阻組成，所述電容、電阻並聯，接於電源火線與地線之間。隔離電路消除電子開關器件關斷 後仍然存在的感應電壓和漏電流的影響，保證晶閘管斷開後負載與電源完全斷開。在本實施例中，只在火線上串接有開關電晶體，在其它實施例中，也可以同時在火 線和零線上串接開關電晶體，火線和零線上的開關電晶體受開關觸發電路的同步控制。如圖2所示，本發明的安全開關應用於三相電路時，在三根火線上均串接有開關 電晶體，各開關電晶體受開關觸發電路的同步控制，整流電路可從任意一根火線與零線上 取電。本發明的實現安全通斷電的方法，包括以下步驟將開關電晶體以斷開狀態接入電源與負載之間；由一開關觸發電路接收一接通電源指令，並在電源電壓過零時輸出觸發信號給所 述開關電晶體；所述開關電晶體接收到所述觸發信號後導通，使電源與負載之間的通路接通。在接通電源與負載之間的通路後，還可包括以下步驟開關觸發電路接收一斷開電源指令，終止輸出給所述開關電晶體的觸發信號；所述開關電晶體在電流過零後關斷，使電源與負載之間的通路斷開。本發明的安全開關在操作時較傳統產品更安全、簡單、方便。插頭插入或拔出即完 成操作，且操作均是在斷電狀態下進行，不會發生觸電事故。傳統產品在插入或拔出時是帶 電操作，所以避免不了插接和拔出時的起弧、拉弧現象。部分採用電磁繼電器的產品，繼電 器的吸合與斷開時觸點也會產生打火現象。本發明在插頭拔插的過程中完全不帶電，且電 路開關部分採用完全無觸點的方法，故不會產生火花現象。用電設備都有一定的電容與電 感，傳統產品在插拔時造成負載的電容與電感的電壓或電流突變，產出衝擊電壓和電流，影 響設備的使用壽命，嚴重的造成設備損壞。本發明在插頭拔插時都是斷電狀態，電路開關過 程電壓電流平穩變化，且電流在過零點切斷，負載不會產生衝擊電壓電流。本發明中開關觸 發電路工作電源通過對供電電源進行分壓整流濾波取得，無需外置控制電源。本發明在使 用中的電接觸性相當可靠，不會因接觸不良而引起控制系統失靈、通信系統中斷、計算機錯 碼和文件丟失、傳輸圖象及信號失真、電器斷電等。同時也能有效防止因接觸不良而引起的 接觸部分過熱現象。以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範 圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明 的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。
權利要求
一種無火花安全開關，其特徵在於，包括電性連接的開關觸發電路和開關電晶體，所述開關電晶體串接在電源線上，所述開關觸發電路用於輸出觸發信號給所述開關電晶體，控制開關電晶體的斷開與導通，所述電源線兩端分別用於連接電源和負載。
2.根據權利要求1所述的安全開關，其特徵在於，還包括一整流電路，所述整流電路的 輸入端接電源，輸出端接所述開關觸發電路，用於為所述開關觸發電路提供工作電源。
3.根據權利要求2所述的安全開關，其特徵在於，所述整流電路由依次電性連接的分 壓電容電阻、整流二極體、穩壓管和濾波電容組成。
4.根據權利要求1所述的安全開關，其特徵在於，所述開關電晶體由一對反並聯的晶 閘管，及晶閘管兩端並聯的保護二極體和電阻組成。
5.根據權利要求1所述的安全開關，其特徵在於，所述開關觸發電路由依次電性連接 的限流電阻、紅外反射式光耦、過零觸發雙向可控矽光耦組成，由所述過零觸發雙向可控矽 光耦向所述開關電晶體輸出觸發信號。
6.根據權利要求1所述的安全開關，其特徵在於，所述開關電晶體與負載之間的電源 線上還串接有隔離電路。
7.根據權利要求6所述的安全開關，其特徵在於，所述隔離電路由接地電容、電阻組 成，所述電容、電阻並聯，接於電源火線與地線之間。
8.一種包含權利要求1 7中任意一項所述安全開關的插座。
9.一種實現安全通斷電的方法，其特徵在於，包括將開關電晶體以斷開狀態接入電源與負載之間；由一開關觸發電路接收一接通電源指令，並在電源電壓過零時輸出觸發信號給所述開 關電晶體；所述開關電晶體接收到所述觸發信號後導通，使電源與負載之間的通路接通。
10.根據權利要求1所述的實現安全通斷電的方法，其特徵在於，在接通電源與負載之 間的通路後，還包括開關觸發電路接收一斷開電源指令，終止輸出給所述開關電晶體的觸發信號；所述開關電晶體在電流過零後關斷，使電源與負載之間的通路斷開。
全文摘要
本發明公開了一種無火花安全開關及包含該開關的插座，該開關包括電性連接的開關觸發電路和開關電晶體，所述開關電晶體串接在電源線上，所述開關觸發電路用於輸出觸發信號給所述開關電晶體，控制開關電晶體的斷開與導通，所述電源線兩端分別用於連接電源和負載。本發明的安全開關電路中完全無觸點，不會出現拉弧現象在插頭插入時插座時不帶電，負載電容電壓為零，沒有突變，無電流，不會拉弧產生火花；插頭拔出前在負載電流過零點自動切斷電源，負載電感電流為零，沒有突變，無感應高壓，也不會拉弧產生火花。
文檔編號H03K17/22GK101820274SQ20101015113
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者李新軍, 程傳銀 申請人:武漢星火投資諮詢中心(普通合夥)