交流电机的无弧开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种交流电机的无弧开关，包括正向导通晶闸管、反向导通晶闸管、旁路继电器、MCU单片机和控制指令，正向导通晶闸管和反向导通晶闸管反向并联后形成晶闸管组，且晶闸管组与旁路继电器并联；晶闸管组与旁路继电器并联的一个公共端与交流电源连接，且晶闸管组与旁路继电器并联的另一个公共端与交流电机连接；控制指令通过MCU单片机的输入端传输指令信号，MCU单片机的输出端给正向导通晶闸管的控制极和反向导通晶闸管的控制极触发信号，且MCU单片机通过其输出端控制旁路继电器吸合或打开。本实用新型通过MCU单片机控制晶闸管组实现开关动作，旁路继电器避免了续流期间压降损耗问题，使整个开关动作完全没有火花，没有损耗。
【专利说明】
交流电机的无弧开关
技术领域
[0001]本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种交流电机的无弧开关。
【背景技术】
[0002]电磁接触器是目前使用最为普遍的电气开关，主要应用在控制电机、电器的开通与关断功能;但是接触器在吸合动作时由于开通或关断时电流会产生极大的瞬态变化，所以在开通及关断的瞬间均会产生火花，这样的情况在贴有“严禁烟火”标示的许多场合不适合使用，例如:国家规定必须使用防爆等级的一级危险场所及生产、加工、包装、输送、仓储、放置危险物质的二级场所;这些危险物质包括可燃性、爆炸性、挥发性气体、液体、粉尘的环境；因为空气中这些物质浓度超过一定比例，加上有火花产生就会发生爆炸的严重意外事故，这就是许多气爆、尘爆、火灾的重大安全事故原因之一。
[0003]当然，国家规定在一级危险性场所必须使用合格防爆等级产品，但是现在的防爆电气产品基本上是把“有火花的产品穿上防爆衣服”，这显然是消极防爆的概念。防爆产品应该积极创造安全，而不是使用不会有火花产生的电气开关再穿上防爆衣服。所以采用无弧电气开关才是双重保障，更能积极保护劳工安全，达到防爆目的。
[0004]—般机械电气设计人员对于严禁烟火的二级特殊场所并不考虑电气开关会产生火花的问题，而是要求场所不得有可燃性、爆炸性、挥发性气体、液体、粉尘的物质，这是本末倒置，推卸责任的借口；因为这些特殊场所本身就有这些危险性物质存在，工程师应该选择不会有火花的开关避免引燃危险物质，才是积极正确做法。
[0005]在生产车间里需要使用的开关最重要的是交流电机，其次是各种电气装置，启动交流电机都是通过半导体软启动器，然而，半导体软启动器必须外接旁路接触器，旁路接触器就会产生火花，无法达到无弧效果，而火花是气爆、尘爆、火灾最主要的导火线，因此半导体软启动器仍然无法确保工作场所的安全生产，容易导致引燃火灾或者气爆、尘爆这些危险性事故。
[0006]本方案旨在解决的是当前“严禁烟火”的特殊场合不适合使用接触器作为电气开关，本方案的接触器替代品可以达到开通时没有火花，关断时也没有火花的功能，即无弧开关;适用于单相及三相电源启动电机及各种电器产品，取代有火花的接触器开关，解决当前这些严禁烟火特殊场所的安全隐患，并提供防爆装置的积极保障措施，达到特殊场所更安全工作环境。
【实用新型内容】
[0007]针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种安全、不产生火花的交流电机的无弧开关，达到开通时没有火花，关断时也没有火花的功能，实现无弧效果。
[0008]为了达到上述目的，本实用新型一种交流电机的无弧开关，包括正向导通晶闸管、反向导通晶闸管、旁路继电器、MCU单片机和控制指令，所述正向导通晶闸管和反向导通晶闸管反向并联后形成晶闸管组，且所述晶闸管组与旁路继电器并联;所述晶闸管组与旁路继电器并联的一个公共端与交流电源连接，且所述晶闸管组与旁路继电器并联的另一个公共端与交流电机连接;控制指令通过MCU单片机的输入端传输指令信号，所述MCU单片机的输出端给正向导通晶闸管的控制极和反向导通晶闸管的控制极触发信号，且所述MCU单片机通过其输出端控制旁路继电器吸合或打开。
[0009]其中，该无弧开关还包括触发电路，所述MCU单片机的输出端与触发电路的输入端连接，且所述MCU单片机的输出端通过触发电路给正向导通晶闸管的控制极和反向导通晶闸管的控制极触发信号，且所述MCU单片机的输出端通过触发电路给旁路继电器指令信号。
[0010]其中，所述正向导通晶闸管的阳极以及反向导通晶闸管的阴极所连接形成的公共端与交流电源连接，且所述正向导通晶闸管的阴极以及反向导通晶闸管的阳极所连接形成的公共端与交流电机连接。
[0011]其中，该无弧开关还包括电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路通过其输入端采集交流电源的电压，且所述电压检测电路的输出端与MCU单片机的输入端连接；所述电流检测电路通过其输入端采集交流电源的电流，且所述电流检测电路的输出端与MCU单片机的输入端连接。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]与现有技术相比，本实用新型的交流电机的无弧开关，采用反并联的正向导通晶闸管和反向导通晶闸管组成的晶闸管组作为开关，采用与晶闸管组并联的旁路继电器作为正向导通晶闸管导通后的续流状态，使交流电源与交流电机之间持续导通，并且，由于正向导通晶闸管和反向导通晶闸管导通或关断过程中均没有火花产生，只要MCU单片机的输出端给正向导通晶闸管的控制极和反向导通晶闸管的控制极触发信号即可实现开关动作，旁路继电器避免了续流期间正向导通晶闸管的压降损耗问题，使整个开关动作完全没有火花，没有损耗，达到无弧开关目的。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型交流电机的无弧开关的电路结构图。
[0015]主要元件符号说明如下:
[0016]1、MCU单片机2、触发电路
[0017]3、电压检测电路4、电流检测电路
[0018]5、交流电源6、交流电机。
【具体实施方式】
[0019]为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。
[0020]参阅图1，本实用新型一种交流电机的无弧开关，包括正向导通晶闸管VT1、反向导通晶闸管VT2、旁路继电器KM、MCU单片机I和控制指令，正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2反向并联后形成晶闸管组，且晶闸管组与旁路继电器KM并联；晶闸管组与旁路继电器KM并联的一个公共端与交流电源5连接，且晶闸管组与旁路继电器KM并联的另一个公共端与交流电机6连接;控制指令通过MCU单片机I的输入端传输指令信号，MCU单片机I的输出端给正向导通晶闸管VTl的控制极或反向导通晶闸管VT2的控制极触发信号，且MCU单片机I通过其输出端控制旁路继电器KM吸合或打开。[0021 ]正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2的特性为:只需在晶闸管的控制极添加触发信号，即可使晶闸管由阻断状态变为导通状态;导通之后无法关断，只能过零点自动关断。控制指令可以由键盘或者数字信号发出。
[0022]交流电源5输出的交流电为正弦波，包括正半波和负半波。本案中的交流电源5可以为单相交流电源，也可以为三相交流电源，对应的交流电机6即为单相交流电机和三相交流电机，单相交流电源接入该开关时，仅仅为一组并联的晶闸管组和旁路继电器KM，而三相交流电源接入该开关时，对应每相都应接入一组并联的晶闸管组和旁路继电器KM，因此为三组并联的晶闸管组和旁路继电器KM，可分开管控各组并联的晶闸管组和旁路继电器KM，也可同时管控三组并联的晶闸管组和旁路继电器KM。
[0023]本实用新型的工作原理为:I)导通动作:当旁路继电器KM断开，晶闸管组处于阻断状态，且控制指令发出接入交流电源5的导通指令时，M⑶单片机I收到导通指令后，其输出端给正向导通晶闸管VTl的控制极和反向导通晶闸管VT2的控制极触发信号，此时正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2均处于导通状态，交流电源5的交流电正半波通过正向导通晶闸管VTl流向交流电机6，且交流电源5的交流电负半波通过反向导通晶闸管VT2流向交流电机6，交流电机6启动，由于正向导通晶闸管VTI和反向导通晶闸管VT2导通时均没有冲击电流，因此没有火花产生;2)续流动作:正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2导通后交流电机6启动，MCU单片机I控制旁路继电器KM吸合且停止对正向导通晶闸管VTI和反向导通晶闸管VT2触发，此时交流电源5的交流电优先由旁路继电器KM流入交流电机6，此时正向导通晶闸管VTI和反向导通晶闸管VT2相当于短路，使得正向导通晶闸管VTI和反向导通晶闸管VT2二者过零点自动关断，避免了正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2导通后出现的压降耗损现象，实现导通后的续流状态，实现了打开开关时无弧、无损耗;3)关断动作:当控制指令发出关断交流电源5的关断指令时，MCU单片机I收到关断指令后，其输出端给正向导通晶闸管VTl的控制极和反向导通晶闸管VT2的控制极触发信号，使得正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2均处于导通状态，且晶闸管组与旁路继电器KM并联运行后，MCU单片机I控制旁路继电器KM打开，此时，交流电源5通过晶闸管组给交流电机6供电，MCU单片机I停止给正向导通晶闸管VTl的控制极和反向导通晶闸管VT2的控制极触发信号，正向导通晶闸管VTl在正半波通过，且反向导通晶闸管VT2在负半波通过后二者自动关断，不会经过旁路继电器KM，因此不会产生火花，完成无弧关断交流电源5。
[0024]与现有技术相比，本实用新型的交流电机的无弧开关，采用反并联的正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2组成的晶闸管组作为开关，采用与晶闸管组并联的旁路继电器KM作为正向导通晶闸管VTl导通后的续流状态，使交流电源5与交流电机6之间持续导通，并且，由于正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2导通或关断过程中均没有火花产生，只要MCU单片机I的输出端给正向导通晶闸管VTI的控制极或反向导通晶闸管VT 2的控制极触发信号即可实现开关动作，旁路继电器KM避免了续流期间正向导通晶闸管VTl的压降损耗问题，使整个开关动作完全没有火花，没有损耗，达到无弧开关目的。
[0025]本实施例中，该无弧开关还包括触发电路2，MCU单片机I的输出端与触发电路2的输入端连接，且MCU单片机I的输出端通过触发电路2给正向导通晶闸管VTl的控制极和反向导通晶闸管VT2的控制极触发信号，且MCU单片机I的输出端通过触发电路2给旁路继电器KM指令信号。由于MCU单片机I的输出电流通常较小，所以采用触发电路2驱动，使输出的触发脉冲可达到使正向导通晶闸管VTl的控制极和反向导通晶闸管VT2导通的控制极所需的数值。
[0026]本实施例中，正向导通晶闸管VTl的阳极以及反向导通晶闸管VT2的阴极所连接形成的公共端与交流电源5连接，且正向导通晶闸管VTl的阴极以及反向导通晶闸管VT2的阳极所连接形成的公共端与交流电机6连接。反并联的正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2搭配可控制的旁路继电器KM，保证交流电源5导通或关断的无弧效果。
[0027]本实施例中，该无弧开关还包括电压检测电路3和电流检测电路4，电压检测电路3通过其输入端采集交流电源5的电压，且电压检测电路3的输出端与MCU单片机I的输入端连接；电流检测电路4通过其输入端采集交流电源5的电流，且电流检测电路4的输出端与MCU单片机I的输入端连接。电压检测电路3和电流检测电路4分别负责采集检测交流电源5的电压和电流，且采集到的电压和电流传输到MCU单片机I进行分析处理；电流检测电路4主要用于检测是否为具有冲击性电流的电机类，如是则可以采用降压启动原理逐步增加触发角度降低启动冲击，如果没有超过额定电流可以立即全波触发，采用半导体当作开关，在开通时可以达到无弧状态;或者是发现故障电流，MCU单片机I可通过给正向导通晶闸管VTl的控制极和反向导通晶闸管VT2的控制极触发信号，实现正向导通晶闸管VTl和反向导通晶闸管VT2的导通，且控制旁路继电器KM的打开，从而实现无弧关断动作。
[0028]在石油化工的加工车间里，随时都有可燃性液体不断挥发进入空气中，当空气浓度大于一定比例是时如果有电磁开关吸合，就会产生火花造成“气爆”或火灾的意外事故。采用无弧开关控制的电气用品就不存在有引爆的导火线。
[0029]在仓库或谷物加工车间里面，如果加工或搬运谷物时会引起地面谷物、灰尘充满空气中，如果浓度达到一定比例，只要有火花产生时就会产生“尘爆”的严重意外事故。导火线在于仓库里的各种电气用品采用电磁开关，例如输送带、风机、水栗、加工机械或功率因素补偿装置等任何电气产品的启动或停止。采用无弧开关后就消除了引爆的导火线了。
[0030]在制漆厂内，由于需要使用大量的松香来稀释，正常的车间必须保持通风良好，才不会造成可燃性液体的积累。但是，有可能在冬天、暴风雨、临时加班、空气闷热、排风机故障等原因造成车间空气的可燃性气体浓度不断增大，当浓度到达一定比例时，如果当时有电磁开关吸合动作就会产生火花，造成爆炸的意外。采用无弧开关就可以消除产生火花的隐患。
[0031]以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种交流电机的无弧开关，其特征在于，包括正向导通晶闸管、反向导通晶闸管、旁路继电器、MCU单片机和控制指令，所述正向导通晶闸管和反向导通晶闸管反向并联后形成晶闸管组，且所述晶闸管组与旁路继电器并联;所述晶闸管组与旁路继电器并联的一个公共端与交流电源连接，且所述晶闸管组与旁路继电器并联的另一个公共端与交流电机连接;控制指令通过MCU单片机的输入端传输指令信号，所述MCU单片机的输出端给正向导通晶闸管的控制极和反向导通晶闸管的控制极触发信号，且所述MCU单片机通过其输出端控制旁路继电器吸合或打开。2.根据权利要求1所述的交流电机的无弧开关，其特征在于，该无弧开关还包括触发电路，所述MCU单片机的输出端与触发电路的输入端连接，且所述MCU单片机的输出端通过触发电路给正向导通晶闸管的控制极和反向导通晶闸管的控制极触发信号，且所述MCU单片机的输出端通过触发电路给旁路继电器指令信号。3.根据权利要求1所述的交流电机的无弧开关，其特征在于，所述正向导通晶闸管的阳极以及反向导通晶闸管的阴极所连接形成的公共端与交流电源连接，且所述正向导通晶闸管的阴极以及反向导通晶闸管的阳极所连接形成的公共端与交流电机连接。4.根据权利要求1所述的交流电机的无弧开关，其特征在于，该无弧开关还包括电压检测电路和电流检测电路，所述电压检测电路通过其输入端采集交流电源的电压，且所述电压检测电路的输出端与MCU单片机的输入端连接;所述电流检测电路通过其输入端采集交流电源的电流，且所述电流检测电路的输出端与MCU单片机的输入端连接。
【文档编号】G05B19/042GK205620728SQ201620253266
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】戴政耀
【申请人】西安西普电力电子有限公司