专利名称：三步软开关的制作方法
技术领域：
本实用新型三步软开关涉及一种用于接通或者切断负载电流的新型负载开关，三 步软开关是由有触点开关与无触点开关通过串并联而构成；其中承担传输负载电流、发出 换接电路的三步程序信号和进行联锁保护的有触点开关有接触器、断路器、继电器、熔断 器、接近开关、水银开关、空气开关、真空开关、鼓形控制器、自动开关；其中承担对负载电 流的通、断进行软操作的无触点开关有由SCR、TRIAC、ASCR、IGBT, IGCT, SGCT, GTO, GTR、 MOSFET、SIT、SITH、MCT、MGT构成的单、双向无触点开关亦即电子开关。
背景技术：
现有的“机电一体化开关”(专利号200520005260. 4)虽然集中了有、无触点开关 双方的优点，能够实现无电弧和软操作的功能，但是当它们中的电子开关发生故障时如果 继续操作，它们都可能产生电弧而引发重大事故。
发明内容为了克服“机电一体化开关”的缺陷，三步软开关中增加了四个有触点开关作为 电子开关的辅助联锁保护及选用了信号灯。如图1所示图中的虚线方框表示三步软开关0。13为主有触点开关的线圈。三步软开关主电路的两端分别为电源端10和负载 端11。主有触点开关的三个常开触头为第1主触点1、辅触点2、第2主触点3;其 中，三步软开关的无触点开关7的输入端串联着主有触点开关的第1主触点1和无触 点开关7的短路保护的防短有触点开关6;在无触点开关7的输出端和地之间接入一 个辅主有触点开关的线圈4，辅主有触点开关的主触点5与主有触点开关的第2主触点3相串联。当三步软开关0得电(即主有触点开关线圈13得电)时主有触点开关 其触点按照顺序第1主触点1
辅触点2
第2主触点3依次闭合，失电时按照逆 序第2主触点3
辅触点2
第1主触点1依次打开。其中第1主触点1经过 作为电子开关7的短路保护的防短有触点开关6与电子开关7的输入端连接；电子 开关7的输出端连接着负载端11和辅主有触点开关的线圈4，辅主有触点开关线圈4的另端接地；辅主有触点开关的主触头5与第2主触头3相串联；辅主有触点开关 的主触头5从不切断负载因此很少出故障；辅触头2将控制电源与电子开关7的控 制端12连接，控制端12还连接着电容器8和电阻9组成的并联环节，电容器8、 电阻9的另端接地；在第2主触点3上并联着第2信号灯16和防粘有触点开关的线 圈14，防粘有触点开关的延时打开的常闭触点15串联在主有触点开关线圈13的电 路中；防粘有触点开关和第2信号灯16用来监视辅主有触点开关的主触点5是否正常 打开。在第1主触点1和防短有触点开关6的串联环节上并联着第1信号灯18和 防断有触点开关的线圈17，防断有触点开关的常闭触点19与主有触点开关线圈13
相串联；防断有触点开关和第1信号灯18用来监视三步软开关开始工作前电子开关7
是否已经发生短路。
3[0004]三步软开关(参 见图1)的接通过程是当三步软开关得电即主有触点开关线圈13得电时依时间顺序第1主触点1
辅触点2
第2主触点3依次闭合所发出的信号而完成的三步程序为①因为电子开关7尚未导通，故第1主触点1可无电弧地接通，将电源10
接到电子开关7的输入端。②辅触点2将控制电源接通于电子开关7的控制端12和电容器8；随着 电容器8的充电将逐渐增高的电压触发信号加到控制端12，使得电子开关7无电弧 软导通地将电源端10和负载端11通路；同时使辅主有触点开关线圈4得电，辅主有 触点开关串联在主电路中的常开主触头5闭合。③由于存在第1主触点1
电子开关7的已导通的旁路、且辅主有触点开关 主触点5已经闭合，故第2主触点3可无电弧地导通而完成三步软开关无电弧地软导 通；同时，由于第2主触点3的导通而使电子开关7被第2主触点3短接而退出工 作，辅主有触点开关主触点5继续闭合。三步软开关0失电时，第2主触点3
辅触点2
第1主触点1依次断 开，其三步程序为①由于存在第1主触点1
电子开关7的已经导通的旁路，故第2主触点3
无电弧地断开主电路。②辅触点2断开电子开关7的控制端的控制电源，电容器8通过其并联电 阻9进行放电；随着电容器8的电压逐渐下降，电子开关7的触发信号逐渐消失，使 得电子开关7无电弧地软断开，辅主有触点开关失电打开其主触点5。③第1主触点1无电弧地断开，将电子开关7与电源10隔离；辅主有触点 开关失电其触点5断开，完成了三步软开关的软断开并恢复原位。三步软开关为预防由其内部发生故障而继续操作所引发的电弧采取了下述联锁 保护三步软开关0工作前电子开关7如果发生故障，不外乎以下两种情况电子开 关7已发生断路或者短路。如电子开关7已发生断路，则当三步软开关0得电时电子 开关7未能接通，辅主有触点开关将也不能得电其触点5不闭合，故第2主触点3
负载端11不可能导通，可以避免第2主触点3强行闭合产生电弧而引发事故。如果当 三步软开关0工作前电子开关7已经短路，则在电子开关7电路中串联的防短有触点 开关6在电子开关7发生短路时已经断开，则当三步软开关0得电时将不能继续执 行预定程序而停止于程序①，也可避免第2主触点3强行闭合产生电弧而引发事故。如 果当三步软开关0工作前电子开关7已经短路并且防短有触点开关6已经断开，则 第1信号灯18将点亮发出报警信号，并且防断有触点开关的线圈17将得电，使其即时 打开常闭触点19打开，使主有触点开关线圈13失电不能闭合，防止了电子开关7已 发生短路故障时强行闭合第1主触点1而产生电弧。而当工作中三步软开关0正常地闭合后，电子开关7完成软操作后立即被第2 主触点3短接而退出工作，在此过程中电子开关7被与外界隔离而且无负载电流流通， 故在此期间电子开关7是没有理由也不可能突然发生损坏的。因此只要三步软开关正常 接通，它就能够正常分断，不会在三步软开关分断时因其电子开关7已故障而强行分断产生电弧而引发故障。为了避免在电子开关7和辅主有触点开关同时发生故障电子开关7未能软 导通并且辅主有触点开关主触点5被卡住打不开时而第2主触点3接通电路会发生电 弧，在第2主触点3上并联着第2信号灯16和防粘有触点开关的线圈14，防粘有触 点开关的延时打开的常闭触点15串联在主有触点开关的线圈13的电路中，当三步软 开关0在接通前如果电子开关7和辅主有触点开关同时已经发生故障如电子开关7
断路而辅主有触点开关主触点5还没有打开时，防粘有触点开关线圈14得电使其延时 打开常闭触点15打开，使主有触点开关线圈13失电不能闭合，防止了三步软开关内部 故障时强行闭合第2主触点3而产生电弧；而当三步软开关状态正常地恢复原位时，辅主有触点开关主触点5应该已经打 开，防粘有触点开关失电触点15闭合，允许主有触点开关线圈13得电进入接通程序; 在正常的接通程序进行中，在程序②中辅主有触点开关得电后存在辅主有触点开关主触点5闭合而第2主触点3尚未闭合的短暂状态，也将使防粘有触点开关得电，但是此暂态 很短暂，小于防粘有触点开关常闭触点15的打开的延时，而当防粘有触点开关常闭触点15延时打开之前第2主触点3已经闭合而使防粘有触点开关线圈14失电，防粘有触 点开关触点15只能返回闭合，保证了正常状态下三步软开关接通电路三步程序的顺利执 行。在第2主触点3上还并联着第2指示灯16来作为辅主有触点开关主触点5
的故障报警信号灯。三步软开关的通断过程都需要按照由主有触点开关的结构所刚性确定的三步程 序信号完成操作。只要主有触点开关的结构不被破坏，这个程序就刚性不变。可见三步软 开关既免除了人工编程的麻烦，又因在运行中程序刚性不变，只要主有触点开关的结构不 被破坏就可避免运行中因程序错误而出现故障，而使三步软开关的运行安全更有保障。从上例的介绍可见，三步软开关只需要五个有触点开关(其中主有触点开关具有 三个通断时间不同的触点)和一个无触点开关7通过串并联即可构成，结构十分简单且 永无电弧；取消了机电一体化开关中的微处理器、传感器等环节，节省了投资，避免了人工 编程，简化或免除了电子开关的保护装置、冷却系统及相关配套装置，降低了故障率，降低 了资源的消耗，方便了运行维护。
图1为构成三步软开关的电路图。作为第2主触点的3和电源端10、负载端11之间的主电路用粗线条表示。
具体实施方式
图1中的三步软开关的一种实施方式是防短有触点开关6选择为熔断器；主有 触点开关和辅主有触点开关选择为接触器；防断有触点开关和防粘有触点开关皆选择为电 压继电器。如果三步软开关中的主有触点开关选择为500V 150A的CJ12_150型三相转轴式交 流接触器，并将CJ12-150合格产品的部分参数进行如下调整将一个主触头下面垫上楔形垫片，将其开距 较原值适当调高作为三步软开关的第2主触点3，将另一个主触头下面反 向垫上楔形垫片，将其开距较原值适当调低作为第1主触点1;将其副触头盒中的一个 触头保持不变作为三步软开关的辅触点2；保证三个触头闭合顺序为第1主触点1
辅触点2
第2主触点3、断开顺序为第2主触点3
辅触点2
第1主触点1
并检查确认三步软开关的电子开关选择用型号为(东芝)GT60M301(带反向二极管)，Vces = 1000V, Ic = 75A，或者为(日立)MBM100GS12Aff(2 只一组)1 只，Vces = 1000V, Ic = 100A IGBT，购买IGBT时应该要求配套供给过载、过电压保护装置及散热器。选择20V直流电 源 1 只，用电容器(100V/0. 02yF4 只、0. 1 μ F4 只、0. 5yFl 只)9 只、电阻(10K/0. Olff) 5 只进行适当选配或者组合构成三步软开关的电容器8和电阻9，三步软开关的其他 零部件适当选配，则可参考图1的原理接线图实施构成一种型式的500V75A(东芝)或者 500V100A(日立)的单相三步软开关，它的极限断流能力取决于其中电子开关的相应参数。为了简化三步软开关的结构，第2主触点3和辅主有触点开关主触点5可以 设计成一组相对运动而直接闭合即可接通电路的双动触头，它们由辅主有触点开关和主有 触点开关两个线圈4和13分别驱动。因为不产生电弧，三步软开关可免除灭弧装置及其配套系统，相应的触头闭合速 度、闭合力都可适当降低。只要能够选配到具有合适的技术指标的电子开关，三步软开关就可以用来完成对 高、中、低各种相应电压级别的电动机、变压器等用电设备及各种电压级别的供配电线路之 类的负载电流安全地进行软接通、软断开等无电弧操作。在绝对不允许产生电弧的场合，例如应用于具有瓦斯气体爆炸危险的矿山现场， 三步软开关中的向电子开关发出或中断触发信号的副触点(如辅触点2)可设计成完 全封闭的水银开关、接近开关、无触点开关、触摸开关、光电耦合开关、磁耦合开关或者(压 力、位置等)传感器。从长远来看，构成三步软开关中所有的有触点开关将逐步被具有相同的技术指标 的无触点开关代替。但是在无触点开关技术尚未真正成熟的时候，在这些有触点开关被无 触点开关代替之前，这种在三步软开关中有触点开关和无触点开关两者并存和取长补短相 互补充的状态可能要持续相当长的时期。三步软开关中的无触点开关与保护它的熔断器相互串联，熔断器具有隔离电弧的 能力。具体应用时，三步软开关中的保护装置可根据具体情况适当简化。将电容器8和电阻9组成的指数曲线触发信号发生器改换为其他形式如直 线、阶梯线等形式的触发信号发生器，就可以获得具有不同的软操作过程的三步软开关。
权利要求一种三步软开关，其特征是三步软开关是由有触点开关与无触点开关通过串并联而构成；其中承担传输负载电流、发出换接电路的三步程序信号和进行联锁保护的有触点开关有接触器、断路器、继电器、熔断器、接近开关、水银开关、空气开关、真空开关、鼓形控制器、自动开关；而承担对负载电流的通、断进行软操作的无触点开关有由SCR、TRIAC、ASCR、IGBT、IGCT、SGCT、GTO、GTR、MOSFET、SIT、SITH、MCT、MGT构成的单、双向无触点开关；三步软开关的无触点开关[7]的输入端串联着主有触点开关的第1主触点[1]和无触点开关[7]的短路保护的防短有触点开关[6]；在无触点开关[7]的输出端和地之间接入一个辅主有触点开关的线圈[4]，辅主有触点开关的主触点[5]与主有触点开关的第2主触点[3]相串联。
2.根据权利要求1所述的三步软开关，其特征是三步软开关中的主有触点开关具有3 个可顺序打开和逆序闭合而发出三步程序信号的第1主触点[1]、辅触点[2]、第2主触点 [3]；在第1主触点[1]和防短有触点开关[6]的串联环节上并联着第1信号灯[18]和防 断有触点开关的线圈[17]，防断有触点开关的常闭触点[19]与主有触点开关线圈[13]相 串联；在第2主触点[3]上并联着第2信号灯[16]和防粘有触点开关的线圈[14]，防粘有 触点开关的常闭延时打开触点[15]与主有触点开关线圈[13]相串联。
3.根据权利要求1所述的三步软开关，其特征是主有触点开关的辅触点[2]可设计成 完全封闭的水银开关、接近开关、触摸开关、光电耦合开关或者传感器。
4.根据权利要求1所述的三步软开关，其特征是其中的有触点开关可被具有相同的 技术指标的无触点开关所取代。
专利摘要三步软开关是可按照三步程序无电弧地完成软接通、软切断负载电流的新型负载开关，它由有、无触点开关经串并联组成。主有触点开关有依次动作的三个触点来发出三步程序信号后，由无触点开关来无电弧地完成通断电路的各步软操作；由有触点开关承担负载电流的传输；由于采取了有触点开关进行联锁的措施，三步软开关当其内部发生故障时可自动停止接通而不可能产生电弧，从而可预防继续操作三步软开关所引发的事故。
文档编号G05B19/10GK201741014SQ20092010896
公开日2011年2月9日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者黄群 申请人:黄群