一种带有电容的家用直流插头插座及工作方法

1.本发明涉及直流电路电器设备领域，特别涉及一种带有电容的家用直流插头插座及工作方法。


背景技术：

2.从早期的电视机，到后来的直流变频空调、计算机，再到如今的数据中心，都有使用直流电源的需求。而如果用交流电供电，需要通过各个设备配备的交流适配器将交流电转换成直流电供给设备使用，该过程的转换效率大多只有80％左右，所以如果可以直接采用直流供电，那么将可以有效地提高效率、节约能源、保护环境。同时，随着新能源发电、储能和直流负荷的高速发展和大量接入，以及电力电子技术的快速发展，直流或交直流配用电系统研究与建设成为近年来行业发展的热点。
3.低压直流插座作为直流用电系统的最末端，是可预见的直流用电系统实施的重要环节，其研发有着重要战略意义。如今，市场上已有的直流插头插座大多为低电压、小电流，供小型电子设备使用的直流插头插座，受限于其电压电流等级，无法在直流大负荷工作条件下使用，阻碍了直流配用电系统的发展。
4.设计可以工作在大负荷条件下的直流插头插座，必须解决的问题就是如何快速安全地熄灭电弧。交流系统在发生短路故障时产生的是交流电弧，开关断开后，电弧在过零点会自动熄灭，存在开断有利条件。而直流电弧由于不存在过零点，导致开关不能断开电弧，直流系统在发生故障时，常规交流用开关是不能使其断弧的。电弧的温度可达数千摄氏度，容易导致材料的烧蚀，直接影响直流插头插座的可靠性和使用寿命，此外插脚和插孔处产生的电弧可能还会引起窜电现象，容易引发误动作而损坏电气设备，甚至有可能引起火灾，严重威胁人身和财产安全。
5.目前的直流插头插座专利，如“直流插头、直流插座和用电设备”(cn107369977a)，在直流插头插拔的过程中使插入部电阻段接入到回路中起到限制电流的作用，在直流插头完全插入到直流插座中后使插入部电阻段被短路而切岀回路进而不影响用电设备正常工作。
6.但是插拔过程中串接电阻会被电弧电阻短路，串接电阻较大时，串接电阻被电弧电阻旁路，电流主要流经电弧，造成持续燃弧；阻值较小时，由于电压恒定，电流很大，起不到应有的限流效果，串接电阻发热严重，容易烧毁，可靠性差；“直流配电用连接装置”(cn 107919576 a)，采用磁铁-弹簧配合结构实现插座的迅速插拔，利用磁铁产生的磁场对电弧起到磁吹的效果。但是其没有熄灭电弧的功能，插针插仍然是带电操作，不利于使用时的安全性和稳定性；“一种插头插入后通电拔出前断电的直流插座”(cn 210326375)，在插拔过程中通过控制接触器线圈来驱动接触器触头开合，从而控制回路的通断。但是需要外接电源而且拔出插头时需要进行断点操作，成本高，使用不够方便。


技术实现要素：

7.为了克服上述现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种带有电容的家用直流插头插座及工作原理，该直流插头插座具有结构简单，成本低，使用方便的特点，可以安全可靠地应用在家庭直流负荷工作场景下。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
9.一种带有电容的家用直流插头插座，包括直流插头和直流插座，所述直流插头包括插头外壳1，设置在插头外壳1内部的两个第一永磁铁3，设置在插头外壳1底部的两个弹簧块5，两套伸出插头外壳1的主插脚12,两套伸出插头外壳1的副插脚2；所述主插脚12采用两极设置；所述直流插座包括插座外壳9，插座中部开有与直流插头的两套主插脚12和副插脚2外形尺寸相匹配的插孔11，与两套主插脚12相配合的插孔内壁上设置有第一主连接触头15和第二主连接触头6，与两套副插脚2相配合的插孔内壁上设置有第一副连接触头10和第二副连接触头4，设置在插座外壳9内部的电容器16和电阻器8，设置在插座外壳9内部的与两个第一永磁铁3位置对应且临近端极性相反的两个第二永磁铁14，设置在插座外壳9内部的与两个弹簧块5位置相对应的两套弹簧装置13,设置在插孔底部的弹簧弹片7。
10.优选的，所述插头外壳1内部的第一永磁铁3和插座外壳9内部的第二永磁体14采用铁磁性材料，产生磁力使得插头和插座迅速结合，减少插入插头时预击穿的时间，起到保护作用。
11.优选的，所述第一永磁铁3与第二永磁铁14间的磁力大于弹簧装置13的弹力，使得插头能牢固地与插座结合，防止因外力出现扰动。
12.优选的，所述主插脚12的长度大于副插脚2的长度，以减小插头插座整体的体积和重量。
13.优选的，所述第一主连接触头15连接电源的正极，所述第二主连接触头6连接电源的负极，所述第一副连接触头10连接电容器16，所述第二副连接触头4连接电阻器8，以实现插座整体的无弧开断功能。
14.优选的，所述连接触头不与插脚接触时，处于闭合状态，插脚插入时，连接触头会被插脚底部顶开，从而与插脚贴紧，使得插脚与插座内部连接的更加紧密，避免了接触不良的情况，提高了安全性和可靠性。
15.优选的，第一副连接触头10与弹簧弹片7之间的距离、第二主连接触头6与弹簧弹片7之间的距离、第一主连接触头15与弹簧弹片7之间的距离、第二副连接触头4与弹簧弹片7之间的距离依次从大到小，使得插头拔出时，插座内的电源、电容、电阻按设计顺序分别与插头分离，实现了无弧开断功能。
16.所述的一种带有电容的家用直流插头插座的工作方法，拔出插头时，副插脚2先与第二副连接触头4分离，然后主插脚12与第一主连接触头15分离，此时并联在其两端的电容16未充电，两端电压为0，使得正极插脚插座分离时两端电压为0，实现无弧分离；之后电容器16接到了电路中，电容被充电，其两端电压等于电源电压，之后主插脚与第二主连接触头6分离，此时其两端电压也为0，实现无弧分离，最后副插脚与第一副连接触头10分离；正常工作时，电容16和电阻8会被正极插脚插座短路，回路中电容16和电阻8不工作，同时电容16通过电阻8放电；插入插头时，通过磁铁-弹簧结构，在快要完全插入时，磁力大于弹簧的弹力，使得插头插座迅速结合，能减少插脚插座弹片之间预击穿的时间，实现保护作用。
17.与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
18.(1)本发明在插座内部设置了电容器和电阻器，通过电路原理实现了插头插座之间的无弧插拔。
19.(2)本发明具有磁铁-弹簧结构，配合电容电阻，大大提高了电压适用等级，同时提高了插头插座插拔的速度，使得正常工作时插头与插座紧密结合。
20.(3)本发明使用连接触头与插脚接触，插头拔出时，触头闭合，插头插入时，触头分开，避免了插脚与插座接触不良的情况，大大提高了插座的安全性和可靠性。
21.(4)本发明外形尺寸与市面上交流插座基本一致，插座对于插排和墙插都适用，而且无复杂的机械结构，具有结构简单、使用方便的优点。
附图说明
22.图1是本发明直流插头插座的内部结构示意图。
23.图2是本发明直流插头插座的电路原路图。
24.图3是本发明直流插头插座的插座部分。
25.图4是本发明直流插头插座的插头部分。
26.图5是本发明直流插头插座插脚未插入时连接触头的状态。
27.图6是本发明直流插头插座插脚插入时连接触头的状态。
28.各附图标记分别代表：
29.1-插头外壳；2-副插脚；3-第一永磁体；4-第二副连接触头；5-弹簧块；6-第二主连接触头；7-弹簧弹片；8-电阻器；9-插座外壳；10-第一副连接触头；11-插孔；12-主插脚；13-弹簧装置；14-第二永磁体；15-第一主连接触头；16-电容器；17-直流电源；18-直流负载。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
31.如图1、图3、图4和图5所示，本发明一种带有电容的家用直流插头插座，包括直流插头和直流插座，直流插头包括插头外壳1，设置在插头外壳1内部的两个第一永磁铁3，设置在插头外壳1底部的两个弹簧块5，两套伸出插头外壳1的主插脚12,两套伸出插头外壳1的副插脚2；所述主插脚12采用两极设置；直流插座包括插座外壳9，插座中部开有与直流插头的两套主插脚12和副插脚2外形尺寸相匹配的插孔11，与两套主插脚12相配合的插孔内壁上设置有第一主连接触头15和第二主连接触头6，与两套副插脚2相配合的插孔内壁上设置有第一副连接触头10和第二副连接触头4，设置在插座外壳9内部的电容器16和电阻器8，设置在插座外壳9内部的与两个第一永磁铁3位置对应且临近端极性相反的两个第二永磁铁14，设置在插座外壳9内部的与两个弹簧块5位置相对应的两套弹簧装置13,设置在插孔底部的弹簧弹片。插头插座外壳内极性相反的永磁铁避免了用户使用时直流电极接反的情况。
32.如图2所示，所述第一主连接触头15连接电源的正极，所述第二主连接触头6连接电源的负极，所述第一副连接触头10连接电容器16，所述第二副连接触头4连接电阻器8，以实现插座整体的无弧开断功能。
33.如图5和图6所示，所述连接触头不与插脚接触时，处于闭合状态，插脚插入时，连
接触头会被插脚底部顶开，从而与插脚贴紧，使得插脚与插座内部连接的更加紧密，避免了接触不良的情况，提高了安全性和可靠性。
34.拔出插头时，副插脚2先与第二副连接触头4分离，然后主插脚12与第一主连接触头15分离，此时并联在其两端的电容16未充电，两端电压为0，使得正极插脚插座分离时两端电压为0，实现无弧分离；之后电容器16接到了电路中，电容被充电，其两端电压等于电源电压，之后主插脚与第二主连接触头6分离，此时其两端电压也为0，实现无弧分离，最后副插脚与第一副连接触头10分离；正常工作时，电容16和电阻8会被正极插脚插座短路，回路中电容16和电阻8不工作，同时电容16通过电阻8放电；插入插头时，通过磁铁-弹簧结构，在快要完全插入时，磁力大于弹簧的弹力，使得插头插座迅速结合，能减少插脚插座弹片之间预击穿的时间，实现保护作用。
35.上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受实施例的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下通过改变、简化所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。