高壓電子滅弧開關的製作方法

2024-01-23 21:18:15 1

專利名稱：高壓電子滅弧開關的製作方法
技術領域：
本發明專利申請涉及ー種電氣開關，特別是ー種具有斷路器功能的交流高壓負荷開關，屬於電氣開關領域。
背景技術：
負荷開關和斷路器是供配電系統必不可少的部件，用於接通或切斷電源。傳統的開關和斷路器都是由機械觸點完成閉合或斷開過程，高壓開關由於觸點行程長所以開關觸點在閉合或斷開瞬間的打火和拉 弧是無法避免的，傳統的開關是通過各種滅弧的方法來減少和避免開關觸點閉合時的打火和開關觸點斷開時的拉弧。從結構和滅弧原理來分有空氣滅弧、油滅弧、六氟化硫滅弧、真空滅弧和產氣式滅弧等，負荷開關或斷路器在使用了上述的滅弧方式才可以保證開關在閉合和斷開的瞬間減少或避免打火或拉弧的產生，從而保證開關觸點的完好和開關有效的斷開。隨著開關分斷電壓的増加，滅弧裝置的複雜程度和成本也相應的增加。從現有的滅弧方式可以分為吹滅電弧和提高觸點分斷時的絕緣場強兩種辦法，現有的開關觸點滅弧的辦法都沒有解決觸點的負荷問題，開關觸點在閉合和斷開的瞬間承受了高電壓脈衝或大浪湧電流，一方面給開關觸點造成的很大的壓力，另ー方面給電網也造成了汙染，這種高電壓脈衝或大浪湧電流有可能對電網中的電器造成損壞。如果開關觸點動作在電流或電壓為零點，沒有了打火或拉弧的能量，也就不會產生打火或拉弧了，顯然傳統的機械觸點開關是無法解決這個問題的。

發明內容
本發明提出一種高壓電子滅弧開關，解決了傳統機械觸點開關的在閉合和斷開瞬間開關觸點承受高電壓脈衝和大浪湧電流的問題，以及現有的高壓負荷開關和斷路器結構複雜和成本高的缺點，開關的觸點在閉合時不會產生浪湧電流，開關觸點斷開時負載電路中也不產生高壓脈沖。為實現上述發明目的，本發明提出如下技術方解決案本發明的高壓電子滅弧開關由主繼電器組觸點保護電路、主繼電器組和開關控制模塊組成主繼電器組觸點保護電路由多個ニ極管與多個輔助繼電器觸點串聯組成，並聯在主繼電器組觸點Ki兩端；主繼電器組的觸點由多個繼電器觸點串、並聯組成；開關控制模塊控制主繼電器組和輔助繼電器組的閉合和斷開的時間順序。本發明的高壓電子滅弧開關的開關控制模塊由電容降壓整流濾波電源供電。本發明的高壓電子滅弧開關的開關控制模塊可以接收和處理用電負載電流互感器的信號，控制主繼電器組的觸點斷開實現過流和短路保護的功能。本發明的高壓電子滅弧開關不需要對開關觸點進行特殊的物理保護，因而具有結構簡單成本低的特點，由於在開關動作過程中，開關觸點不承受負載壓力，開關正常工作時幾乎沒有開關觸點的損耗，大大延長開關觸點的壽命，開關的壽命大大長於現有的各種負荷開關和斷路器。另外開關工作時不會給電網產生額外的浪湧電流和浪湧電壓，對於電網還有保護作用。


圖I、本發明的聞壓電子滅弧開關電路原通圖I ;圖2、本發明的高壓電子滅弧開關動作過程電流、電壓波形圖；圖3、本發明的聞壓電子滅弧開關原理圖2 ; 具體實施例圖I為本發明的高壓電子滅弧開關電路原理圖。本發明的高壓電子滅弧開關由三部分組成①主繼電器組J1觸點K1的保護電路是並聯在主繼電器觸點組も兩端的多支ニ極管D1-Dn和輔助繼電器組J21-J2n觸點K21-K2n的串聯電路，這個保護電路的作用是在觸點K1閉合或斷開時防止觸點打火或拉弧；②主繼電器組J1 :主繼電器組J1由J111-Jlnn多個繼電器組成，主繼電器組觸點K1是由K111-Klnn的觸點串、並聯組成開關控制模塊由單片機及外圍電路組成，其作用是控制主繼電器組J111-Jlnn和輔助繼電器J2「J2n觸點的閉合或斷開的時間順序。下面結合圖2說明本發明的高壓電子滅弧開關的工作過程開關閉合吋，開關控制模塊首先控制輔助繼電器組J21-J2n的觸點K21-K2n閉合，觸點K21-K2n閉合的時間選擇在h到t2的時間段內，在h到t2的時間內為交流電的負半周，即使觸點K21-K211閉合，ニ極管D11-Dln —直處於反向電壓，ニ極管截至，沒有電流通過ニ極管和繼電器J21-J2n的觸點K21-K2n，觸點K21-K2n動作過程中不會發生打火現象；交流電到達t2時刻過零，ニ極管組開始正向偏置，ニ極管D11-Dln將迅速導通，開關控制模塊控制主繼電器組J111-Jlnn的觸點K111-Klnn在t3時刻閉合，t3是交流電正半周的任意時刻，考慮到一般負載為感性，t3的起始位置應該滯後於電壓的過零點，繼電器觸點組K111-Klnn的閉合的過程中由於ニ極管組D1-Dn是導通的，觸點K111-Kln承受的電壓是ニ極管的導通電壓nX0. 7V(η為串聯ニ極管的個數)，所以繼電器組J111-Jlnn的觸點K111-Klnn在閉合的瞬間承受的功耗是很小的，ニ極管D1-Dn起到了繼電器觸點保護的作用。主繼電器組J111-Jlnn的觸點K111-Klnn完全閉合後，ニ極管組D1-Dn即輔助繼電器組觸點被短路，K21-K2n的閉合或打開對K111-Klnn沒有影響，即完成了開關觸點閉合的過程。在開關閉合過程中主繼電器組J111-Jlnn的觸點K111-Klnn的抖動是無法避免的並且各個觸點的閉合時刻也是不同的，如果沒有ニ極管的保護，必定會有觸點因打火而燒壞，而有了ニ極管的保護在觸點抖動斷開的瞬間ニ極管組D1-Dn將隨時導通，觸點只承受nXO. 7V電壓，觸點的打火是很微弱的，只要控制打火的程度在觸點可以接受的範圍內，即可最大限度的保護主繼電器組的觸點。開關斷開時先保證輔助繼電器觸點K21-K2n穩定閉合，之後開關控制模塊控制繼電器組Jm-Jlnn的觸點K111-Klnn的斷開時間選在t4到t6的時間內，即在負載電流波形的正半周，觸點K111-Klnn斷開時ニ極管組D1-Dn承受的是正向(導通)電壓即可隨時導通，即在t5時刻觸點K111-Klnn—旦穩定斷開電流立即從ニ極管組流過，觸點K111-Klnn斷開時承受的電壓不超過nXO. 7V，保證nXO. 7V的電壓小於觸點的斷開拉弧電壓則即使觸點發生抖動也不會發生拉弧現象。繼電器組J111-Jlnn的觸點K111-Klnn斷開後ニ極管組D1-Dn —直導通到t6時刻自動關斷。在t6到t7的時間段內ニ極管組D1-Dn反向偏置不導通，開關控制模塊控制輔助繼電器組J21-J2n的觸點K21-K2n在t6到t7的時間內完全斷開，即完成了開關斷開過程，t6到t7的時間內沒 有電流通過觸點K21-K2n，所以觸點K21-K2n斷開時也不會發生拉弧。開關的實際斷開點是在電流為零的t6時刻，所以負載系統中不會產生脈衝高壓，而這是採用物理滅弧開關所做不到的。觸點閉合和斷開過程中通過ニ極管的電流波形和通過主繼電器組觸點的電流波形如圖2所示。如果圖I中二極體反向連接，本發明的高壓電子滅弧開關也能正常工作，只是輔助繼電器組觸點和主繼電器組觸點的閉合和斷開的時間發生相應的變化，一般技術人員可以通過前述可自行推導，在此不再贅述。另外圖I中用三支ニ極管、三個繼電器代表多個ニ極管和繼電器觸點的串聯，所需串聯的數量根據單只元件的耐壓和實際工作電壓的要求進行選擇，一般技術人員通過計算和實驗可以容易的得到，在此也無需詳述。傳統的高壓負荷開關或斷路器是使用物理的方法將開關閉合和斷開過程中觸點產生的火花或電弧強行滅掉，而本發明的高壓電子滅弧開關是使用電子開關避免了開關過程中觸點產生火花或電弧，故稱之為電子滅弧開關；傳統的高壓負荷開關或斷路器在開關閉合或斷開過程中不可避免的產生浪湧電流和脈衝高壓，只是採用物理的方法保護觸點不被損壞，無法顧及浪湧電流和脈衝高壓對負載系統的影響，而本發明的高壓電子滅弧開關是使用ニ極管這種最簡單、最可靠的電子開關避免了開關過程中浪湧電流和脈衝高壓的產生。兩種方案的優劣是顯而易見的。傳統的高壓負荷開關只有單個觸點，本發明的高壓電子滅弧開關是使用多個觸點串並聯，由於解決了多個觸點不能同一時刻閉合或斷開所帶來的問題，多個觸點串聯的優勢就顯現了出來①每ー個觸點承受的負荷大大小於總觸點的負荷，可以提高每個觸點的可靠性和壽命可用多個空氣觸點串聯實現高壓負荷開關觸點，這將大大筒化高壓負荷開關的結構並降低成本；③增加觸點的串並聯的數量可以提高了開關觸點的可靠性即使ー個觸點損壞，開關仍可正常工作。主繼電器組的觸點K111-Klnn必須在ニ極管組導通時完成閉合和斷開的過程，輔助繼電器組的觸點也是在ニ極管組截止時完成閉合和斷開的過程，而繼電器觸點閉合(包括觸點的抖動)是需要一定時間的並且有一定的誤差，一般ニ極管的導通和截止時間為IOmS (60Hz交流電為8. 3mS)，這對選用的繼電器提出比較高的要求，一般的繼電器觸點的動作穩定時間是大於這個時間的，配合本發明高壓電子滅弧開關使用的繼電器需要專門的改進和設計，不在本專利申請中詳述。本發明的高壓電子滅弧開關中的繼電器可以是普通直流或交流電磁繼電器、磁保持繼電器，也可以是機械自鎖繼電器。使用磁保持繼電器或機械自鎖繼電器可以降低繼電器觸點閉合後的電路功耗。配合本發明高壓電子滅弧開關使用的繼電器應能滿足觸點抖動時間短和觸點動作時間穩定的要求。圖3是由ニ極管D1-D3、輔助繼電器J21-J23、繼電器J11-J16和PIC單片機及外圍電路為主要部件組成的本發明的高壓電子滅弧開關。單片機的電源由電容降壓整流電源提供，單片機的4腳測量電網交流電壓的過零點，為開關的動作提供時間基準；單片機的7腳測量電流互感器的輸出，一方面獲得負載的電流波形為開關的斷開提供時間基準，另ー方面測量負載電流的大小，使開關具有過流和短路保護功能，當7腳測量到的負載電流過大時，控制5腳和6腳輸出使主繼電器觸點斷開，即可實現負載的過流和短路保護；5腳和6腳輸出分別按時序控制輔助繼電器J21-J23和主繼電器J11-J16的閉合和斷開，實現高壓電子滅弧開關的閉合或斷開。本發明的高壓電子滅弧開關具有體積小、沒有發熱元件的特點，控制電路可以和繼電器開關做成一體。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。本發明的高壓電子滅弧開關是在ニ極管導通期間完成開關觸點的閉合 和斷開過程，ニ極管在觸點閉合和斷開的過程中起到了保護機械觸點的作用，因而具有電路巧妙、簡單和容易控制的特點。機械觸點開關廣泛的應用與供電系統和電器控制領域，使用微處理晶片精確的控制機械觸點的閉合和斷開，並配合觸點保護電路，這將是機械觸點開關的一個革命。
權利要求
1.一種高壓電子滅弧開關由主繼電器組觸點保護電路、主繼電器組和開關控制模塊組成，其特徵在幹主繼電器組觸點保護電路由多個ニ極管與多個輔助繼電器觸點串聯組成，並聯在主繼電器觸點兩端；主繼電器組的觸點由多個繼電器觸點串、並聯組成；開關控制模塊控制主繼電器組和輔助繼電器組閉合和斷開的時間順序。
2.如權利要求I所述的高壓電子滅弧開關，其特徵在於開關控制模塊由電容降壓整流濾波電源供電。
3.如權利要求I所述的高壓電子滅弧開關，其特徵在於開關控制模塊可以接收和處理負載電流互感器的信號，控制主繼電器組的觸點斷開實現過流和短路保護的功能。
全文摘要
本發明提出一種高壓電子滅弧開關，用多支二極體和輔助繼電器觸點串聯組成開關觸點保護電路並聯在開關觸點兩端，在二極體導通的期間讓開關觸點閉合或斷開，觸點動作時沒有浪湧電流且不產生觸點打火。具有結構簡單、工作可靠、成本低廉和開關過程中無浪湧電流和脈衝高壓的特點。
文檔編號H01H9/30GK102623220SQ201110034379
公開日2012年8月1日 申請日期2011年2月1日 優先權日2011年2月1日
發明者王海 申請人:王海