专利名称：电子组合开关的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种电子组合开关，属于交直流高低压开关在电力技术输、配、供电领域，常规使用的断路器，交流接触器等负荷开关，在负载投切的过程中，会产生电弧(或火花)及操作过电压，尤其在大电流切断电感性负载时，易发生开关主触头的严重烧损和危害性操作过电压。为减轻开关主触头烧损的程度，通常需采用灭弧罩或用真空、油、SF6等绝缘介质的灭弧措施，不仅使制造技术工艺复杂，开关触头所需的低截流水平的触头材料，目前国内常用Cu Cr合金材料，日本最近开发的AgWc、CoAgSe合金材料，价格昂贵，而且开关在使用过程中因触头的烧蚀需经常维护(打磨)，使用寿命短，可靠性差。目前已公开的无弧交流接触器如95232323、97229337等专利均在该领域做了一定的努力。但均未解决在高电压大电流场合即能灭弧又能软投切、严格控制危害性操作过电压的技术问题。
本实用新型的目的是利用高能电子陶瓷电阻的温度特性，解决在高电压大电流场合负载投切过程中的危害性过电流、过电压及灭弧问题。
本实用新型的技术方案是这种电子组合开关主要包括各类开关的主触头K和并接在主触头两端的开关控制电路，其开关控制电路由开关D串联高能电子陶瓷电阻Rt后并接在主触头K两端，开关D可以是有触点开关或无触点开关。
上述的电子组合开关，其开关D采用无触点开关，如可控硅以便于控制。
上述的电子组合开关，其电阻Rt采用高能NTC型电子陶瓷电阻，其特性满足室温下电阻为1-4Ω，发热后降至0.2Ω以下，此方案特别适合于电动机软启动型电子组合开关。
上述的电子组合开关，其电阻Rt采用高能PTC型电子陶瓷电阻，其特性满足室温下电阻为0.1-0.2Ω，发热后阻值≥103Ω，此方案特别适合于高压大电流分、合闸灭弧及短路和过流保护。
本实用新型的优点是1.用高能NTC型电子陶瓷电阻的电子组合开关，在电动机的定子电压起动的过程中完全是以正弦波的波形由小变大(见下图)，从而能实现平滑的软启动特性，它不对电网产生污染，比起采用调节可控硅导通角大小来改变电动机定子电压大小的波形来讲要好得多。
2.高能PTC型电子陶瓷电阻器件在电路中主要起两个作用一是当开关主触头K跳开时，电流换流至可控硅交流桥与PTC器件，尤其在短路或过流时，它起到限制故障电流的作用。对可控硅桥组起限流保护作用。二是PTC器件因电流流过升温能使阻值急剧增大，其电阻的特性曲线见附图7，由图可看出，室温下每一片PTC电子陶瓷电阻的阻值很小，约0.2-0.4Ω左右，随着电流的通过当片子的升温达到居里温度点时，其阻值急剧上升至103Ω～106Ω(目前日本可做到108Ω)，这就使得支路中的电流，即使在可控硅因故障而不能关断时，电路也会因Rt呈现高电阻而自行关断。这不仅可以实现开关的无电弧分闸，还能避免开关在分断的过程中产生危害性操作过电压。3.直流电子组合开关，其原理接线图见附图4。可控硅在直流电路中作为开关很难实现关断，其主要原因是因为可控硅开通后，因没有反向电压而不能自行关断。本电子组合开关由于支路中串接有高能PTC电阻，当电路流过电流时，PTC电阻因发热阻值急剧增加，例如电路中的电源电压为DC500V，PTC电阻阻值因电流流过发热而上升至105Ω时，则电路中的电流为I＝500/100000＝5ma，它大大小于可控硅的维持电流，可控硅会自行关断，从而解决了直流大电流的高难度开断技术。
下面对附图进行说明
图1电动机软启动技术方案、图2是交流电子组合开关技术方案、图3是交流电子组合开关用于三相星型连接的技术方案、图4是直流电子组合开关技术方案，图中K是主开关触头、D是控制开关，它代表可控硅等无触点开关或有触点开关的触点、Rt是电子陶瓷电阻。图5是NTC电子陶瓷电阻的特性图、图6是PTC型电子陶瓷电阻的特性图，图中T代表温度、R代表电阻。
以下结合附图叙述本实用新型的实施例
1.电动机软启动型电子组合开关通常三相异步电动机直接起动时的起动电流为4-8倍额定电流。若电网容量不够大，则电动机起动时的冲击电流可能使电网电压显著下降，直接影响在同一电网下的电动机(停转)和电气设备的正常运行。为此采用附图1所示的电子组合开关，主要包括各类开关的主触头K和并接在主触头两端的开关控制电路，其开关控制电路由开关T串联高能电子陶瓷电阻NTC后并接在主触头K两端，开关D可以是有触点开关或无触点开关。电子组合开关的工作过程为在电动机投入运行时，先触发可控硅交流桥组(或闭合D的触点)，由于在这一支路中串接有高能NTC电子陶瓷电阻Rt，Rt在起动瞬间的起始电阻较大，Rt上产生较大压降，起到了限制电动机起动电流，实现降压起动的目的。随之电流在Rt上作功不断发热升温，Rt阻值不断减小，随之电动机转速相应增高，达到额定转速时，Rt阻值也接近于最小的稳定值，使电动机定子电压接近电网电压，这时经延时后的开关主触头K闭合，使开关D及电阻Rt退出电动机工作回路，完成电动机软启动的过程。电阻Rt的特性见附图5，在室温下每片NTC的阻值为2-4Ω左右。当电动机在起动过程中，由于电流流过NTC片子，随着片子温升的不断提高，电阻能随之逐步下降，当温度达到200℃时，电阻可降至0.1-0.2Ω左右，使电动机定子电压接近电网电压，这时经延时后的开关主触头K闭合，完成电动机软启动的过程。电动机软启动的时间根据需要选择NTC的时间参数，可以从几秒至几十秒。在电动机退出运行时，必须将电流切断，可以对交流可控硅桥组采用切断脉冲的方式来关断本支路的电流，或采用其它方式切断D的有触点开关。
2.交流电子组合开关(见附图2和3)先导通可控硅交流桥(可为全控交流桥或半控交流桥)串接高能PTC电子陶瓷电阻这一支路，然后延时接通开关主触头k；在开关跳闸时先跳开主触头k，再延时切除开关D和串接的高能PTC电子陶瓷电阻电路。利用反向交流电压来关断支路中的电流。特别是PTC器件的电流流过升温能使阻值急剧增大(其电阻的特性曲线见图7)，由图可看出，室温下每一片PTC电子陶瓷电阻的阻值很小，约0.2-0.4Ω左右，随着电流的通过当片子的升温达到居里温度点时，其阻值急剧上升至103Ω～106Ω(目前日本可做到108Ω)，这就使得支路中的电流，即使在可控硅因故障而不能关断时，电路也会因Rt呈现高电阻而自行关断。这不仅可以实现开关的无电弧分闸，还能避免开关在分断的过程中产生危害性操作过电压。本实用新型所用的高能PTC电子陶瓷电阻Rt满足Ie.Rt≤30V即Rt≤30V/Ie其中Ie-电路中的额定电流Rt-室温为25℃时的阻值。
高能PTC型电子陶瓷电阻器件在电路中的另一个作用是当开关主触头K跳开时，电流换流至可控硅交流桥与PTC器件支路，尤其在短路或过流时，它起到限制故障电流的作用。对可控硅桥组起限流保护作用。本实用新型直接用高能PTC电子陶瓷电阻并接在K两端，只要Rt满足上述条件，就能消除开关触头的电弧，但由于高能PTC器件只能在一定的电压和电流条件下，并只能在有限的时间内承受有限的能量，它不能长时间耐受高电压、大电流，为此采用串接高反压可控硅的方法，来解决高能PTC电阻长期不能应用于高压开关电路中的难题。
3.直流电子组合开关(其原理接线图见附图4)可控硅在直流电路中作为开关很难实现开断，其主要原因是因为可控硅开通后因没有反向电压而不能自行关断。本电子组合开关由于支路中串接有高能PTC电阻，当电路流过电流时，PTC电阻因发热阻值急剧增加，例如电路中的电源电压为DC500V，PTC电阻阻值因电流流过发热而上升至105Ω时，则电路中的电流为I＝500/100000＝5ma，它大大小于可控硅的维持电流，可控硅会自行关断。
所以在直流开关领域，可以利用高能PTC来关断可控硅。直流电子组合开关的工作过程是当电子组合开关跳闸时，先断开主触头k，电流换流至可控硅支路，然后切断可控硅的触发脉冲，随着PTC片子的升温，其阻值不断增大，直至支路中的电流小于可控硅的维持电流而关断。我们可以用这一原理来实现直流大电流的高难度开断技术。
因控制电路都是常规技术，上述各实施例中有关控制电路不再详述。如果高能电子陶瓷电阻的容量不够，可采取串、并联的方式组合满足要求。
权利要求1.一种电子组合开关，它主要包括各类开关的主触头K和并接在主触头两端的开关控制电路，其特征是开关控制电路由开关D串联高能电子陶瓷电阻Rt后并接在主触头K两端；
2.根据权利要求1所述的电子组合开关，其特征是开关D采用无触点开关可控硅。
3.根据权利要求1或2所述的电子组合开关，其特征是电阻Rt采用高能NTC型电子陶瓷电阻，其特性满足室温下电阻为1-4Ω，发热后降至0.2Ω以下。
4.根据权利要求1或2所述的电子组合开关，其特征是电阻Rt采用高能PTC型电子陶瓷电阻，其特性满足室温下电阻为0.1-0.2Ω，发热后阻值为≥103Ω。
专利摘要本实用新型提供一种电子组合开关,它是在各类开关或接触器触头的两端并接由可控硅或触点串接电阻组成的支路,其中的电阻可根据不同的用途选择不同特性的电阻,它们可以是NTC型或PTC型高能电子陶瓷电阻。采用NTC型高能电子陶瓷电阻,可以对电动机负载实现软起动功能;采用PTC型高能电子陶瓷电阻,可对交直流开关实现无电弧投切,并能限制故障及短路电流,还能在开断的过程中不产生危害性操作过电压。
文档编号H01H9/30GK2468145SQ0023092
公开日2001年12月26日 申请日期2000年9月22日 优先权日2000年9月22日
发明者朱仲彦 申请人:朱仲彦