专利名称：消流无弧开关电器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流条件下以电流消去法为特征的无弧开关电器装置。
背景技术：
开关电器的工作是开通或关断工作电路，在关断电路时产生的电弧及其熄灭是开关电器工作时面临的主要问题，容量愈大则灭弧愈困难，因此熄灭电弧是开关电器技术问题的中心和关键所在。现有的开关电器着眼于“灭弧”，也就是在开关电器关断电路产生电弧时，设法予以熄灭。在交流电路中灭弧的最佳时机是在交流电流过零时使开关电器关断，电网的工作频率一般为50HZ或60HZ，也就是在每秒钟内电流要过零100次或者120次。由于电流过零的时间极其短暂要恰好在此瞬时实现关断是难以做到的，若将电流过零点附近例如在±10°(电角度)范围内认为是适合关断的角度，那么在电流波形半个周期180°范围内一次过零时，只有±10°，即20°的范围适合关断。在50HZ的频率下，开关电器关断时间的精度要达到一秒钟的百分之一再乘以20/180，即0.01秒乘以1/9，近似为0.001秒。由于开关电器的操作机构是机械机构，材料、工艺、制造上有一定的离散性与分布性，要使其动作时间精度达到千分之一秒的要求基本上是不可能的。
因此，目前的基本矛盾是虽然电子技术的检测速度很快，精度很高，能够迅速测出电路中电流的过零点并予以反馈，但机械动作机构却无法准确地在过零点动作，稍有偏差就有可能在电流峰值附近关断，产生很大的电弧使灭弧相当困难。对于比单相交流开关电器应用更广的三相交流开关电器来说，三相交流电流的相位顺序相差120°，不可能同时过零，给灭弧带来更大的困难。
目前电力电子器件发展很快，虽然它在检测和关断的速度上能达到要求，但由于电路开通时元件功耗大，尤其是高电压大电流时，功耗、散热问题突出，以及存在成本高、可靠性不如传统开关电器等不足，故无法取代传统开关电器。
综上所述，交流开关电器工作的要点是在电流过零的时候可靠地关断电路，现有的交流开关电器由于上述各种原因其灭弧效果未臻理想。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种消流无弧开关电器装置。它可在不产生电弧的情况下切断工作电路的电源。
本发明是这样构成的它包括开关电器，变流器，分流可调阻抗，开通、关断按钮或开通、关断控制电路，所述的变流器由导磁铁芯和原边绕组、副边绕组组成，原边绕组与可调阻抗和关断按钮的常开触点串联后与电源两端相联，所述的开关电器每相两个主触点，分别为先开主触点1和后开主触点2，先开主触点1串联在主电路中，一端与电源相联，另一端经过负载阻抗后接到电源的另一端，后开主触点2接在变流器副边绕组回路中，副边绕组回路的两个端点接到先开主触点1的两端。
本发明应用电磁感应的原理，在关断电路前以反相感应电流与工作电流相互抵消，于是在开关触点中形成一个电流为零的时间段，这一时间段比每秒100次的电流瞬时过零点长得多，足以满足开关电器的机械动作时间精度要求，从而达到采用机械操作机构的执行主触点可以在这段时间内从容而有效的关断电路之目的。电路在无电流的情况下关断自然不会产生电弧。
也就是说，在要关断电路时，先“令电流为零”，消去电流后再予以关断。
较之已有的交流开关电器装置而言，本发明由于采用了电磁感应的原理，克服了因电流瞬时过零点时间太短难以控制的缺点，变“灭弧关断”为“无弧关断”，是一种全新意义上的开关电器。它既保留了传统开关电器机械结构的稳定可靠的优点，又具备了传统开关电器所不具有的无弧关断的特点，因此不仅能保证可靠的技术性能，大幅提高产品的使用寿命，并且使产品的质量和科技含量提高到崭新的档次，是一种新颖的开关电器。
以下结合附图及实施例对本发明予以具体描述。
图1是变流器的结构图。
图2是变流器的等效电路原理图。
图3是实施例一电路图。
图4是KM(主1)先打开时的电流流向图。
图5是KM(主2)打开时的电流流向图。
图6是实施例二电路图。
图7是工作电流、反相感应电流波形及其合成图。
在附图中W1表示原边绕组、 表示原边绕组电流、W2表示副边绕组、 表示副边绕组反相感应电流、T表示铁心， 表示工作电流、ZL表示负载阻抗、Zy表示分流调整阻抗。其余符号在结合叙述时说明。
具体实施方式
(一)变流器的说明图1是变流器的横截面结构示意图，包括铁芯与原边、副边绕组。图2是变流器的等效电路原理图，包括铁芯与原边、副边绕组以及KM(主1)、KM(主2)的位置。可以通过选择电路的各种参数及调整Zy使副边绕组中感应出的电流与工作电流大小相等、相位相反，即形成了一个反相感应电流来和工作电流相抵消，此时开关触点中电流为零，交流开关电器在电流为零时关断电路，就能实现无弧关断。
上述互感变流器的结构原理和变压器相通，因此可以从电工学和电机学理论的角度，分析工作电流 原边电流(控制电流) 与副边绕组反相感应电流 之间的关系。
与 的相位相同。
由变压器基本方程式，有I·1LW1=-I·2W2]]>即-I·2/I·1L=W1/W2]]>由此可见，若W1/W2＝100，只要1A的原边电流，就可以产生100A的副边电流，其符号为负值，即相位与原边电流相反。这样就达到了以小电流产生大电流，以反相大电流“消去”正相大电流使电路中瞬时电流为零或基本为零的目的，从而为无弧或基本无弧分断电路创造了必要条件。
(二)本实用新型实施例构造及工作过程说明如附图所示，消流无弧开关电器装置包括变流器；接在主电路和变流器副边绕组回路交汇处的开关主触点KM(主1)；接在变流器副边绕组回路上的开关主触点KM(主2)，以及分流调整阻抗Zy。所述变流器的结构与普通变压器相同，其主要作用不是变换电压，而是变换电流；变流器由铁芯和原边、副边绕组组成，其中铁芯由导磁材料冲片叠压而成，构成闭合磁路，原边绕组的一端与可调阻抗Zy的一端相联，可调阻抗Zy的另一端通过按钮SB1的常开触点与电源相联，原边绕组的另一端与电源的另一端相联。KM(主1)串接在主电路中，一端与电源相联，另一端经过负载阻抗ZL后接到电源另一端；KM(主2)接在变流器副边绕组回路中，副边绕组回路的两个端点接到KM(主1)的两端。KM(主1)和KM(主2)在动作时间上的关系为KM(主1)打开在先(可以通过参数设定来达到)。当按下开通按钮SB2时，电器线圈KM得电，在控制电路中的辅助常开触点KM(辅)闭合，自锁；KM(主1)、KM(主2)闭合，接通主电路，此时副边绕组两端被KM(主1)“短路”，两端的电位相等，即是“同一点”，所以副边绕组中没有电流通过。当按下关断按钮SB1后，它一方面切断电器线圈KM，另一方面接通控制电路中的原边绕组，在变流器副边绕组中感应出与分流后的工作电流大小相等、相位相反(差180°)的反相感应电流。在KM(主1)打开时，KM(主2)尚未打开，主电流(工作电流)迅速转移由副边绕组通过，因为空气的电阻率比导体大得多，电流有副边绕组通路就不会在KM(主1)中产生电弧。当KM(主2)打开时，如前所述，原边绕组电流已在变流器副边绕组中感应出与分流后的工作电流大小相等、相位相反(二者相差180°)的反相感应电流，于是与工作电流互相抵消使副边绕组电路中电流为零，也就是通过KM(主2)的电流为零，主触点KM(主2)分断电流为零的电路便不会产生电弧。所以KM(主2)也是在无弧状态下打开，从而实现整个电路的无弧关断。
所述的控制电路的特征是包括开通按钮SB1、关断按钮SB2(或具有同样功能的电子控制线路)，可调分流阻抗Zy、主线圈KM，辅助常开触点KM(辅)，其操作过程结合实施例予以说明。
图3是本发明实施例一的工作电路图(以单相交流开关电器为例，三相交流开关电器与此原理相同)包括变流器；接在主电路和变流器副边绕组交汇处的开关主触点KM(主1)；接在变流器副边绕组回路上的开关主触点KM(主2)，以及分流调整阻抗Zy。所述变流器的结构与普通变压器相同，其主要作用不是变换电压，而是变换电流；变流器由铁芯和原边、副边绕组组成，其中铁芯由导磁材料冲片叠压而成，构成闭合磁路，原边绕组的一端与可调阻抗Zy的一端相联，可调阻抗Zy的另一端通过按钮SB1的常开触点与电源相联，原边绕组的另一端与电源的另一端相联。KM(主1)串接在主电路中，一端与电源相联，另一端经过负载阻抗ZL后接到电源另一端；变流器副边绕组分成两部分，两部分中间的两个端点接到开关主触点KM(主2)的两端；两部分的另两个端点接到KM(主1)的两端。KM(主1)和KM(主2)在动作时间上的关系为KM(主1)先开(可以通过参数设定来达到)。KM(主1)串接在主电路中，一端与电源相联，另一端经过负载阻抗ZL后接到电源另一端；其工作过程为开按下开通按钮SB2，线圈KM得电，在控制电路中的辅助常开触点KM(辅)闭合并将控制电路自锁；KM(主1)、KM(主2)闭合，接通主电路(工作电路)；此时若KM(主2)先闭合，则将在原边绕组中感应出一个瞬时电势，由于原边绕组回路被SB1分断，故不会产生实际影响，只要不超过绝缘耐受能力即可。在KM(主1)闭合后，副边绕组两端就被KM(主1)“短路”，两端的电位相等，即是“同一点”，而副边绕组有电阻和电抗，所以副边绕组中没有电流通过。
关按下关断按钮SB1，主线圈KM失电，同时接通控制电路中的原边绕组，在变流器副边绕组中感应出与分流后的工作电流大小相等、相位相反(差180°)的反相感应电流 KM(主1)打开时，KM(主2)尚未打开，主电流(工作电流)迅速转移由副边绕组通过，因为空气的电阻率比导体大得多，电流有副边绕组通路就不会在KM(主1)中产生电弧。当KM(主2)打开时，如前所述，原边绕组电流已经在变流器副边绕组中感应出与分流后的工作电流大小相等、相位相反(相差180°)的反相感应电流，于是与工作电流互相抵消使副边绕组电路中电流为零，也就是通过KM(主2)的电流为零，主触点KM(主2)分断电流为零的电路便不会产生电弧。所以KM(主2)也是在无弧状态下打开，从而实现整个电路的无弧关断。(如图4所示，KM(主1)先打开时， 和 的流向。如图5所示，KM(主2)打开时，ΣI·=0(I·G=I·2)).]]>图6是本发明实施例二的工作电路图，由图可见，它与实施例一不同之处仅在于KM(主2)的位置。KM(主2)一端接到副边绕组的一端，另一端接到KM(主1)的一端，副边绕组的另一端接到KM(主1)的另一端。其余均与实施例一相同。如图7所示，实线是工作电流 波形，虚线是反相感应电流 波形，当引入反相感应电流之后，反相感应电流和工作电流相互抵消，电流过零为中间粗实线，也就是说电流过零的时间范围由原来的几个瞬时点连成了一条线，开关电器的机械操作部分在这个宽阔的范围内，可以实现有效的无弧关断。
权利要求1.一种交流条件下的消流无弧开关电器装置，其特征在于包括开关电器，变流器，分流可调阻抗，开通、关断按钮或开通、关断控制电路，所述的变流器由导磁铁芯和原边绕组、副边绕组组成，原边绕组与可调阻抗和关断按钮的常开触点串联后与电源两端相联，所述的开关电器每相两个主触点，分别为先开主触点(1)和后开主触点(2)，先开主触点(1)串联在主电路中，一端与电源相联，另一端经过负载阻抗后接到电源的另一端，后开主触点(2)接在变流器副边绕组回路中，副边绕组回路的两个端点接到先开主触点(1)的两端。
2.根据权利要求1所述的消流无弧开关电器装置，其特征在于所述的开关电器的线圈与开通按钮的常开触点及关断按钮的常闭触点串联后接到电源两端，所述的开关电器的常开辅助触点并联在开通按钮常开触点的两端。
专利摘要本实用新型涉及一种交流条件下的消流无弧开关电器装置，它包括开关电器，变流器，分流可调阻抗，开通、关断按钮或开通、关断控制电路，所述的变流器由导磁铁芯和原边绕组、副边绕组组成，原边绕组与可调阻抗和关断按钮的常开触点串联后与电源两端相联，所述的开关电器每相两个主触点，分别为先开主触点1和后开主触点2，先开主触点1串联在主电路中，一端与电源相联，另一端经过负载阻抗后接到电源的另一端，后开主触点2接在变流器副边绕组回路中，副边绕组回路的两个端点接到先开主触点1的两端。该装置利用电磁感应原理，产生一个反相感应电流和工作电流相抵消，实现无弧分断，是一种新颖的交流开关电器。
文档编号H01H9/56GK2704911SQ20032010600
公开日2005年6月15日 申请日期2003年10月1日 优先权日2003年10月1日
发明者陈坚 申请人:陈坚