专利名称：一种开关消弧电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电器领域，用于防止开关电器在闭合或断开时拉弧的消弧电路及其控制 方法。
背景技术：
各类开关、插座、分断器、交流接触器、继电器等开关电器在闭合或断开时往往会 产生拉弧现象，不但严重损坏开关电器的触点，还会给用电电路造成种种事故隐患；为 了消除开关电器的拉弧现象，现有技术中主要有以下几种克服拉弧的方法-
(1) 采用真空灭弧室或SF6灭弧装置来消除电弧，尤其是在高压大电流领域，这种 灭弧装置虽然克服了拉弧现象，能够达到较好的灭弧效果，但其本身结构复杂，制造成 本较高，维修困难，使用寿命受到限制，不利于普遍推广使用。
(2) 采用固态继电器取代普通继电器来消除电弧，尤其是在自动化控制领域，这种 灭弧装置虽然也克服了拉弧现象，能够达到较好的灭弧效果，但其本身同样存在结构复 杂，制造成本较高，维修困难的缺陷，还存在电路易发热，使用寿命和载流量受到限制 的缺陷，也不利于普遍推广使用。
(3) 目前还有一种效果较好的消除电弧的方法就是主辅开关消弧电路，其做法是在 开关电器主开关的电极两端并联一个辅助电路(如大型分断器等)，且使辅助电路与主 开关在闭合或断开时形成简单的先、后逻辑关系来达到消弧效果，这种消弧方法虽能在 一定程度上有效克服拉弧现象，但存在以下缺陷第一，其辅助电路内阻偏大，导通时 压降较大；第二，当开关电器的工作电路为交流电路，且负载为电感性负载时，存在浪 涌电流，而其辅助电路又不能有效克服这些浪涌电流的影响，这些将会给主开关通、断 时造成一定程度上的拉弧现象，严重时甚至会损坏开关电器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状而提供一种灭弧效果更佳，使用领 域更广泛的开关消弧电路及其控制方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是图1中，提供一种开关消弧电路及其控制方法
其中，所述开关消弧电路包括一主开关K1、 一可控三端电路A和一控制电路C;
其特征在于所述主开关KI为机械式开关，包括有第一电极端P1和第二电极端 P2，在其第一电极端Pl和第二电极端P2之间还并联有一可控三端电路A和一控制电 路C;所述可控三端电路A包括有第一电压端、第二电压端和控制端，其中第一电压 端和所述主开关第一电极端Pl共端，第二电压端和所述主开关第二电极端P2共端； 所述控制电路C包括第一电压端、控制端和控制单元E，其第一电压端与所述主开关 的第一电极端Pl共端，其控制端与所述可控三端电路A的控制端共端；
所述控制方法如下
所述主开关Kl与所述可控三端电路A之间存在如下逻辑控制关系-
当开关电器处于导通过程时，所述可控三端电路A必须首先导通，在延迟时间At 后，令所述主开关K1闭合，其中，At大于所述主开关Kl的起弧时间(即所述主开 关K1闭合过程中越过爬电距离的时间)；
当开关电器处于断开过程时，所述主开关K1必须首先断开，在延迟时间At后，令 所述可控三端电路A截止，其中，At大于所述主开关Kl的起弧时间(即所述主开关 Kl断开过程中越过爬电距离的时间)。
所述可控三端电路A和所述控制电路C之间存在如下逻辑控制关系
当可控三端电路A的第一电压端相对于第二电压端加正向(或负向)电压时，如 控制电路C对可控三端电路A的控制端施加触发信号(为施加"l"触发信号即高电 平信号)，可控三端电路A即时处于导通状态(或截止状态)；如控制电路C对可控三 端电路A的控制端不施加触发信号(为施加"0"触发信号即低电平信号)，可控三端 电路A即时处于截止状态(或导通状态)；
作为第一个优选，如图2所示，所述开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C 和可控三端电路A;
其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电 阻R1、机械式触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一双向可控 硅SCR开关电路。
作为第二个优选，如图3所示，所述开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C 和可控三端电路A;其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电 阻R1和机械式触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一包括两个
并联的双向可控硅及串联在其中的电容C1和电阻RO构成的组合电路。
作为第三个优选，如图4所示，所述开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C
和可控三端电路A;
其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电
阻Rl和机械式触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一包括两个 并联的双向可控硅SCR1、 SCR2构成的组合电路，其中双向可控硅SCR1电路和SCR2 电路为两个相同或相似的可控三端电路。
作为第四个优选，如图5所示，所述开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C 和可控三端电路A;
其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电
阻Rl、干簧管触发信号开关K3的组合电路;所述可控三端电路A为一双向可控硅SCR 开关电路。
作为第五个优选，如图6所示，所述开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C 和可控三端电路A;
其特征在于其中所述控制电路C的控制单元E为一组串、并联在电路中的基极
偏置电阻R3、电子触发信号开关T2、电子触发信号输入端口 Vi、三极管T1、稳压电 源电压端Vcc、稳压电源接地端GND、集电极偏置电阻R2、光耦合器IC和限流电阻 Rl构成的组合电路；所述可控三端电路A为一双向可控硅SCR开关电路。 与现有技术相比，本发明的优点在于
(1) 由于在所述开关电器的主开关K1、可控三端电路A和控制电路C之间采用了 符合上述逻辑关系的结构和控制方法，故只要在控制电路C中按上述逻辑关系合理设 置触发信号提前量At，就可以充分破坏主开关Kl在通、断过程中的拉弧条件，使主 开关K1在通、断过程中不采用附加的灭弧装置，就可以达到消除拉弧现象的理想效果， 极大地简化了结构、縮小了体积、降低了制造成本，扩大了适用范围，有利于推广和普 及。
(2) 由于所述开关电器主开关Kl为机械式开关，且其在通、断过程中消除了拉弧 现象，故可以在制造过程中将其原来的点接触改变为面接触或线接触，这样就可以在不增加体积的情况下，尽可能多地增加开关电器的电接触横截面积，以增加其载流量，实 现"小开关，大容量"的效果。
(3) 由于所述可控三端电路A为电子电力类可控三端器件或由其为核心组合而成的 电路，故其在通、断时不会产生拉弧现象；由于所述控制电路C中的触发信号电流非 常微弱，故其中的触发信号开关通、断时也不会产生拉弧现象。
(4) 由于在所述可控三端电路A中采用了两个并联的可控三端器件移相组合电路， 故当所述开关电器工作电路为交流电路，特别是串联在主电路中的负载为电感性负载 时，由于所述可控三端电路A的交替、连续导通作用，可以充分避免所述主开关通、 断时造成一定程度上的拉弧现象，达到最佳的消弧效果。
图1是本发明的基本电路原理框图。 图2是本发明实施例1的电路原理图。 图3是本发明实施例2的电路原理图。 图4是本发明实施例3的电路原理图。 图5是本发明实施例4的电路原理图。 图6是本发明实施例5的电路原理图。 以上附图中元器件的代号及名称
Kl、主开关，Pl、第一电极端，P2、第二电极端，C、控制电路，A、可控三 端电路，E、控制单元，Rl、限流电阻，Cl、电容，R0、电阻，K2、机械式触发 信号开关，SCR1、双向可控硅，SCR2、双向可控硅，K3、干簧管触发信号开关，R2、 集电极偏置电阻，IC、光耦合器，Tl、三极管，R3、基极偏置电阻，T2、电子触发 信号开关，Vi、电子触发信号输入端口， Vcc、稳压电源电压端，GND、稳压电源 接地端。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述
图1为本发明的基本电路原理框图，包括有串联在工作电路中的开关电器主开关 Kl，其具有第一电极端P1和第二电极端P2;在所述主开关K1的第一电极端P1和第 二电极端P2之间还并联有一可控三端电路A和一控制电路C;
所述可控三端电路A包括有第一电压端、第二电压端和控制端，其中第一电压端和所述主开关第一电极端Pl共端，第二电压端和所述主开关第二电极端P2共端；所 述控制电路C包括第一电压端、控制端和控制单元E，其第一电压端与所述主开关的 第一电极端Pl共端，其控制端与所述可控三端电路A的控制端共端。
所述主开关Kl与所述可控三端器件A之间存在如下逻辑控制关系
当开关电器处于导通过程时，所述可控三端电路A必须首先导通，在延迟时间At 后，令所述主开关K1闭合，其中，At大于所述主开关Kl的起弧时间(即所述主开 关K1闭合过程中越过爬电距离的时间)；
当开关电器处于断开过程时，所述主开关K1必须首先断开，在延迟时间At后，令 所述可控三端电路A截止，其中，At大于所述主开关Kl的起弧时间(即所述主开关 Kl断开过程中越过爬电距离的时间)；
所述可控三端电路A与所述控制电路C之间存在如下逻辑控制关系
当可控三端电路A的第一电压端相对于第二电压端加正向(或负向)电压时，如 控制电路C对可控三端电路A的控制端施加触发信号(为施加"l"触发信号即高电 平信号)，可控三端电路A即时处于导通状态(或截止状态)；如控制电路C对可控三 端电路A的控制端不施加触发信号(为施加"0"触发信号即低电平信号)，可控三端 电路A即时处于截止状态(或导通状态)；
实际应用时，只要在控制电路C中按上述逻辑关系合理设置触发信号提前量At (即 合理设置各类触发信号开关的提前量)，就可以充分破坏主开关K1在通、断过程中的 起弧条件，使主开关K1在通、断过程中不采用附加的灭弧装置，就可以达到消除打火、 拉弧现象的理想效果；由于所述可控三端电路A为可控三端器件或由其为核心组合而 成的电路，故其在通、断时不会产生拉弧现象；由于所述控制电路C中的触发信号电 流非常微弱，故其中的触发信号开关通、断时也不会产生拉弧现象；由于在所述可控三 端电路A中采用了两个并联的双向可控硅移相组合电路，故当所述开关电器工作电路 为交流电路，特别是串联在主电路中的负载为电感性负载时，由于所述可控三端电路A 的交替、连续导通作用，可以充分避免所述主开关通、断时造成一定程度上的拉弧现象， 达到最佳的消弧效果。
实施例1，如图2所示
该开关消弧电路具体包括有主开关K1、控制电路C和可控三端电路A;其中所述 主开关K1为一机械式开关，所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电阻R1、机械式触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一双向 可控硅SCR开关电路。
工作原理
将所述开关电器接入工作电路中； 开关电器闭合过程
如图2所示，开关电器处于断开时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令机械 式触发信号开关K2首先在近似无弧状态下接触闭合，即时导通所述可控三端电路A， 此时开关电器的第一电极端Pl和第二电极端P2之间的电压近似为零(忽略双向可控 硅SCR的管压降)，破坏了主开关K1的拉弧条件，经过所述时间提前量At以后，所 述主开关K1在无弧状态下接触闭合，开关电器闭合，工作电路导通；
开关电器断开过程
如图2所示，开关电器处于闭合时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令主开 关K1首先断开，由于所述机械式触发信号开关K2此时仍处于闭合状态，所述可控三 端电路A也处于导通状态，故其断开时无弧；经过所述时间提前量At以后，主开关 Kl脱开到爬电距离以外位置，所述机械式触发信号开关K2也在无弧状态下脱开，所 述可控三端电路A断电，开关电器断开，工作电路断电。
实施例2，如图3所示
该开关消弧电路具体包括有主开关K1、控制电路C和可控三端电路A;其中所述 控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电阻R1和机械式触发信号开关 K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一包括两个并联的双向可控硅及串联在其 中的电容C1和电阻RO构成的组合电路。
工作原理
将所述开关电器接入工作电路中；
开关电器闭合过程
如图3所示，开关电器处于断开时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令机械 式触发信号开关K2首先在近似无弧状态下接触闭合，首先对电容Cl充电，此时Cl 充当了吸弧电容的作用，局部破坏了主开关K1的拉弧条件；当充电完成以后，双向可 控硅SCR1和SCR2立即先后交替导通，改善了所述可控三端电路A的导通曲线，此 时开关电器的第一电极端Pl和第二电极端P2之间的电压近似为零(忽略双向可控硅SCR1和SCR2的管压降)，破坏了主开关K1的拉弧条件，经过所述时间提前量At以 后，所述主开关K1在无弧状态下接触闭合，开关电器闭合，工作电路导通； 开关电器断开过程
如图3所示，开关电器处于闭合时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令主开 关K1首先断开，由于所述机械式触发信号开关K2此时仍处于闭合状态，所述可控三 端电路A也处于导通状态，故其断开时无弧；经过所述时间提前量At以后，主开关 Kl脱开到爬电距离以外位置，所述机械式触发信号开关K2也在无弧状态下脱开，所 述可控三端电路A断电，开关电器断开，工作电路断电。
实施例3，如图4所示
该开关消弧电路具体包括有主开关K1、控制电路C和可控三端电路A;其中所述 主开关Kl为一机械式开关，所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限 流电阻R1、机械式触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一包括 两个并联的双向可控硅SCR1和SCR2构成的组合电路。
工作原理
将所述开关电器接入工作电路中；
开关电器闭合过程
如图4所示，开关电器处于断开时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令机械 式触发信号开关K2首先在近似无弧状态下接触闭合，即时导通所述可控三端电路A， 此时开关电器的第一电极端Pl和第二电极端P2之间的电压近似为零(忽略双向可控 硅SCR1和SCR2的管压降)，破坏了主开关Kl的拉弧条件，经过所述时间提前量At 以后，所述主开关K1在无弧状态下接触闭合，开关电器闭合，工作电路导通。
开关电器断开过程
如图4所示，开关电器处于闭合时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令主开 关K1首先断开，由于所述机械式触发信号开关K2此时仍处于闭合状态，所述可控三 端电路A也处于导通状态，故其断开时无弧；经过所述时间提前量At以后，主开关 Kl脱开到爬电距离以外位置，所述机械式触发信号开关K2也在无弧状态下脱开，所 述可控三端电路A断电，开关电器断开，工作电路断电。
实施例4，如图5所示
该开关消弧电路具体包括有主开关K1、控制电路C和可控三端电路A;其中所述主开关K1为一机械式开关，所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限 流电阻R1、干簧管触发信号开关K3的组合电路；所述可控三端电路A为一双向可控 硅SCR开关电路。
工作原理
将所述开关电器接入工作电路中； 开关电器闭合过程
如图5所示，开关电器处于断开时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，令磁铁 靠近干簧管触发信号开关K3，使之闭合，控制电路C闭合，可控三端电路A即时处于 导通状态，此时开关电器的第一电极端Pl和第二电极端P2之间的电压近似为零(忽 略双向可控硅SCR的管压降)，破坏了主开关K1的拉弧条件，经过所述时间提前量A t以后，所述主开关K1在无弧状态下接触闭合，开关电器闭合，工作电路导通。
开关电器断开过程
如图5所示，开关电器处于闭合时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，首先令 主开关K1断开，此时，因磁铁还没有离开干簧管触发信号开关K3，故控制电路C仍 处于闭合状态，可控三端电路A也处于导通状态，此时开关电器的第一电极端Pl和 第二电极端P2之间的电压近似为零(忽略双向可控硅SCR的管压降)，破坏了主开关 Kl的拉弧条件，主开关K1断开时无弧，经过所述时间提前量At以后，主开关K1脱 开到爬电距离以外位置，此时，令磁铁离开干簧管触发信号开关K3，使之断开，控制 电路C断开，可控三端电路A即时处于断电状态，开关电器断开，工作电路断电。
实施例5，如图6所示
该开关消弧电路具体包括有主开关K1、控制电路C和可控三端电路A;其中所述 控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的串、并联在电路中的基极偏置电阻 R3、电子触发信号开关T2、电子触发信号输入端口 Vi、三极管T1、稳压电源电压端 Vcc、稳压电源接地端GND、集电极偏置电阻R2、光耦合器IC、限流电阻Rl、续流 电容C1的组合电路；所述可控三端电路A为一为一双向可控硅SCR开关电路；
工作原理
将所述开关电器接入工作电路中；
开关电器闭合过程
如图6所示，开关电器处于断开时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，向电子触发信号开关T2输入"1"信号，电子触发信号开关T2和三极管Tl导通，光耦合器 IC导通，控制电路C闭合，可控三端电路A即时处于导通状态，此时开关电器的第一 电极端Pl和第二电极端P2之间的电压近似为零(忽略双向可控硅SCR的管压降)， 破坏了主开关K1的拉弧条件，经过所述时间提前量At以后，所述主开关K1在无弧 状态下接触闭合，开关电器闭合，工作电路导通。 开关电器断开过程
如图6所示，开关电器处于闭合时的初始状态；按所述消弧电路控制方法，首先令 主开关K1断开，此时，对电子触发信号开关T2输入的"1"信号还没有撤消，故控制 电路C仍处于导通状态，可控三端电路A也处于导通状态，此时开关电器的第一电极 端Pl和第二电极端P2之间的电压近似为零(忽略双向可控硅SCR的管压降)，破坏 了主开关K1的拉弧条件，主开关K1断开时无弧，经过所述时间提前量At以后，主 开关K1脱开到爬电距离以外位置，此时，令对电子触发信号开关T2输入的"1"信号 撤消，使控制电路C断电，可控三端电路A即时处于断电状态，开关电器断开，工作 电路断电。
权利要求
1、一种开关消弧电路，该开关消弧电路包括一主开关K1、一可控三端电路A和一控制电路C，其特征在于所述主开关K1为机械式开关，包括有第一电极端P1和第二电极端P2，在其第一电极端P1和第二电极端P2之间还并联有一可控三端电路A和一控制电路C；所述可控三端电路A包括有第一电压端、第二电压端和控制端，其中第一电压端和所述主开关第一电极端P1共端，第二电压端和所述主开关第二电极端P2共端；所述控制电路C包括第一电压端、控制端和控制单元E，其第一电压端与所述主开关的第一电极端P1共端，其控制端与所述可控三端电路A的控制端共端。
2、 一种开关消弧电路的控制方法，该开关消弧电路包括一主开关K1、 一可控三端 电路A和一控制电路C，其特征在于所述主开关Kl与所述可控三端电路A之间存在如下逻辑控制关系 当开关电器处于闭合过程时，所述可控三端电路A必须首先导通，在延迟时间At后，令所述主开关K1闭合，其中，At大于所述主开关Kl的起弧时间(即所述主开关K1闭合过程中越过爬电距离的时间)；当开关电器处于断开过程时，所述主开关Kl必须首先断开，在延迟时间At后，令所述可控三端电路A截止，其中，At大于所述主开关Kl的起弧时间(即所述主开关Kl断开过程中越过爬电距离的时间)；所述可控三端电路A和所述控制电路C之间存在如下逻辑控制关系 当可控三端电路A的第一电压端相对于第二电压端加正向(或负向)电压时，如控制电路C对可控三端电路A的控制端施加触发信号(视为施加"1"触发信号，即高电平信号)，可控三端电路A即时处于导通状态(或截止状态)；如控制电路C对可控三端电路A的控制端不施加触发信号(视为施加"0"触发信号，即低电平信号)，可控三端电路A即时处于截止状态(或导通状态)。
3、 一种开关消弧电路，该开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C和可控三 端电路A，其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电阻R1、机械式 触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一双向可控硅SCR开关电路。
4、 一种开关消弧电路，该开关消弧电路包括有主开关Kl、控制电路C和可控三 端电路A，其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电阻R1和机械式 触发信号开关K2构成的组合电路;所述可控三端电路A为一包括两个并联的双向可控 硅及串联在其中的电容Cl和电阻R0构成的组合电路。
5、 一种开关消弧电路，该开关消弧电路包括有主开关K1、控制电路C和可控三 端电路A，其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电阻Rl和机械式 触发信号开关K2构成的组合电路；所述可控三端电路A为一包括两个并联的双向可控 硅SCR1、 SCR2构成的组合电路，其中双向可控硅SCR1电路和SCR2电路为两个相 同或相似的可控三端电路。
6、 一种开关消弧电路，该开关消弧电路包括有主开关Kl、控制电路C和可控三 端电路A，其特征在于其中所述控制电路C中的控制单元E为一组串联在电路中的限流电阻Rl、干簧管 触发信号开关K3的组合电路；所述可控三端电路A为一双向可控硅SCR开关电路。
7、 一种开关消弧电路，该开关消弧电路包括有主开关Kl、控制电路C和可控三 端电路A，其特征在于其中所述控制电路C的控制单元E为一组串、并联在电路中的基极偏置电阻R3、 电子触发信号开关T2、电子触发信号输入端口 Vi、三极管T1、稳压电源电压端Vcc、 稳压电源接地端GND、集电极偏置电阻R2、光耦合器IC和限流电阻Rl构成的组合电 路；所述可控三端电路A为一双向可控硅SCR开关电路。
全文摘要
本发明提供一种用于开关、插座、分断器、交流接触器、继电器等开关装置作为消弧用途的开关消弧电路及其控制方法，所述开关消弧电路包括一主开关K1、一可控三端电路A和一控制电路C，其要点在于所述主开关K1为机械式开关；所述可控三端电路A包括有第一电压端、第二电压端和控制端；所述控制电路C包括第一电压端、控制端和控制单元E，其控制端与所述可控三端电路A的控制端共端。较好地解决了现有同类产品结构中难以解决的打火、拉弧现象严重的技术问题，控制方法先进。具有无拉弧、载流量大、成本低，使用寿命长、体积小、安装使用方便、适用范围广的优点，适合于在电器领域推广和普及使用。
文档编号H01H9/54GK101587786SQ200910099738
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者沈永年, 诚 顾 申请人:沈永年;顾 诚