消弧装置的制作方法

本公开涉及消弧装置。

背景技术：

在dc电源和ac电源两者中，在切断电力时产生电弧放电。在交流电力的情况下，由于存在于每个预定时间(例如，每10毫秒)电压变成零的时刻，因此电弧放电自然在至少预设时间内(例如，10毫秒内)停止。然而，即使在ac电源的情况下，理想的是没有产生电弧放电，并且已公开了阻断ac电力时抑制电弧的产生的技术(例如，参见专利文献1)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开号2013-008607

技术实现要素：

本发明解决的问题

在用于阻断交流电力的阻断电路的触头分离时，如果在那个时刻接触电压和电流等于或大于某个值，则产生电弧。电弧使触头劣化，并且缩短阻断电路的寿命。

因此，在本公开中，提出了用于阻断ac电力的一种新颖的并且改进的消弧装置，其能够延长切换来自ac电源的ac电力的供应和阻断的断路器的寿命。

问题解决方案

根据本公开，提供一种消弧装置，该消弧装置包括：与断路器并联设置的限流电路，断路器用于在与来自并联的ac电源的双向电流相对应的、ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，限流电路中的每一个在来自ac电源的ac电力供应给负载时阻断来自ac电源的电流并且在通过电位差产生的电流流过之后阻断来自ac电源的电流，电位差是在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时在阻断时引起的。

此外，根据本公开，提供了一种消弧装置，该消弧装置包括：与断路器并联设置的限流电路，断路器用于在与来自并联的ac电源的双向电流相对应的、ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，限流电路中的每一个包括开关元件和电容元件，该开关元件在来自ac电源的ac电力供应给负载时断开并且由于来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时的阻断时刻引起的电位差而接通，并且此后在通过电位差产生的电流流过之后断开，该电容元件在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时升高开关元件的栅极电压。

此外，根据本公开，提供一种消弧装置，该消弧装置包括：与断路器并联设置的限流电路，断路器用于在与来自串联的ac电源的双向电流相对应的、来自ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，限流电路中的每一个在来自ac电源的ac电力供应给负载时阻断来自ac电源的电流并且在通过电位差产生的电流流过之后阻断来自ac电源的电流，电位差是在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时在阻断时引起的。

此外，根据本公开，提供一种消弧装置，该消弧装置包括：与断路器并联设置的限流电路，断路器用于在与来自串联的ac电源的双向电流相对应的、ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，限流电路中的每一个包括开关元件和电容元件，该开关元件在来自ac电源的ac电力供应给负载时断开并且由于来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时的阻断时刻引起的电位差而接通，并且此后在通过电位差产生的电流流过之后断开，该电容元件在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时升高开关元件的栅极电压。

本发明的效果

如上所述，在本公开中，可以提出用于阻断ac电力的一种新颖的并且改进的消弧装置，其能够延长切换来自ac电源的ac电力的供应和阻断的断路器的寿命。

应注意，不必要限制上述效果，并且可连同上述效果一起或代替上述效果获得在本文中已描述的任意效果或在说明书中发现的其他效果。

附图说明

[图1]是示出了根据本公开的一个实施方式的消弧装置的电路配置的实例的说明性示图。

[图2]是示出了消弧装置100中的电流和电压的时间转变的说明性示图。

[图3]是示出了根据实施方式的消弧装置的电路配置的实例的说明性示图。

[图4]是示出了根据实施方式的消弧装置的电路配置的实例的说明性示图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选实施方式。应注意，在本说明书和附图中，用相同的参考标号表示具有基本相同的功能配置的部件，以省略多余的描述。

应注意将按以下顺序进行描述。

1.本公开的实施方式

1.1背景

1.2示例性配置

1.总结

<1.本公开的一个实施方式>

[1.1背景]

在详细描述本公开的实施方式之前，将首先描述本公开的实施方式的背景。

在dc电源和ac电源两者中，在切断电力时，当电压和电流超过预定值或设置为预定值时，由于电极之间的电位差产生火花和电弧放电。在交流电力的情况下，由于存在于每个预定时间(例如，每10毫秒)电压变成零的时刻，因此电弧放电在至少预设时间内(例如，10毫秒内)自然停止。

然而，在用于阻断交流电力的阻断电路的触头分离时，如果在那个时刻接触电压和电流等于或大于某个值，则产生电弧。电弧使触头劣化，并且缩短阻断电路的寿命。存在一种通过使用半导体等的晶闸管而在交流电力的跨零点进行阻断的方法。然而，在电流被传导时，半导体中的内部电阻器产生热量而且不能进行小型化，并且电流通过使用交流电力的跨零点阻断。因此，在电流达到跨零点之前不能阻断电流。

因此，考虑到如上所述，本案的公开人仔细研究了一种消弧装置，其在交流电力被阻断时触头分离的时候能够抑制电弧产生并且通过防止触头劣化而延长寿命。因此，在以下描述中，本案的公开人已设计出一种消弧装置，其在阻断交流电力时触头分离的时候能够抑制电弧的产生并且通过防止触头劣化而延长寿命。

在上文中，已经所描述了本公开的一个实施方式的背景技术。接下来，将详细描述本公开的实施方式。

[1.2.示例性配置]

图1是示出根据本公开的一个实施方式的消弧装置的电路配置的实例的说明性示图。图1中示出的消弧装置是抑制阻断ac电力时可能出现的电弧的装置。在下文中，将参照图1描述根据本公开的一个实施方式的消弧装置的电路配置的实例。

图1中示出的消弧装置100是当从ac电源v1提供的ac电力被继电器ry1阻断时抑制继电器ry1中的电弧的产生的装置。例如，ac电源v1为提供100v的ac电力的电源。此外，通过来自dc电源v2的电力切换继电器ry1的接通/断开。如图1所示，消弧装置100设置为与继电器ry1并联。此外，消弧装置100包括设置为并联的限流电路af1和af2。

限流电路af1包括金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)m2、齐纳二极管d3、二极管d4、电阻器r3和r5、以及电容器c4。限流电路af2包括mosfetm1、齐纳二极管d1、二极管d2、电阻器r1和r2、以及电容器c4。

限流电路af1为在ac电源v1具有负电压的状态下继电器ry1阻断电流时抑制继电器ry1中电弧的产生的电路。限流电路af2为在ac电源v1具有正电压的状态下继电器ry1阻断电流时抑制继电器ry1中电弧的产生的电路。

首先，将描述限流电路af1中包含的每个元件。作为mosfetm2，在本实施方式中使用n型mosfet。mosfetm2设置在通过其电流从ac电源v1流动的路径上。电容器c4设置在mosfetm2的漏极端子与栅极端子之间。此外，电阻器r3设置在mosfetm2的栅极端子与源极端子之间。电阻器r3设置为连同电容器c4一起设定将电压施加到mosfetm2的栅极端子的时间。随后，电容器c4和电阻器r3串联连接。齐纳二极管d3设置为当连接继电器ry1的触头时将存储在电容器c4中的电荷放电。此外，齐纳二极管d3设置为保护mosfetm2的栅极端子。二极管d4抑制由mosfetm2的寄生反向二极管引起的电流。在ac电源v1具有正电压并且与消弧装置100断开连接的状态下，当电流被继电器ry1阻断时，限流电路af1被二极管d4反向偏置。

接下来，将描述限流电路af2中包含的每个元件。在本实施方式中使用n型mosfet作为mosfetm1。mosfetm1设置在电流从ac电源v1流过的路径上。电容器c1设置在mosfetm1的漏极端子与栅极端子之间。此外，电阻器r1设置在mosfetm1的栅极端子与源极端子之间。电阻器r1设置为连同电容器c1一起设定将电压施加到mosfetm1的栅极端子的时间。随后，电容器c1和电阻器r1串联连接。当连接继电器ry1的触头连接时，齐纳二极管d1设置为将存储在电容器c1中的电荷放电。此外，齐纳二极管d1设置为保护mosfetm1的栅极端子。二极管d2抑制由mosfetm2的寄生反向二极管所引起的电流。在ac电源v1具有负电压并且与消弧装置100断开连接的状态下，当电流被继电器ry1阻断时，限流电路af2被二极管d2反向偏置。

随后，将描述消弧装置100的功能。当继电器ry1处于接通状态时，mosfetm1和m2处于断开状态。因此，消弧装置100中没有电流流过。

当继电器ry1在ac电源v1具有负电压的状态下阻断电流时，继电器ry1的端子之间产生预定电位差。电位差对应于阻断时的ac电源v1的电压值。在继电器ry1的端子之间产生的电位差经由电容器c4感应出mosfetm2的栅极电压并且断开mosfetm2。当mosfetm2接通时，电流沿继电器ry1的端子之间的电位差减小的方向流动。即，当mosfetm2接通时，电流在从节点n5到节点n1的方向上流动。

当mosfetm2接通时，电流沿着继电器ry1的端子之间的电位差减小的方向流动以减小继电器ry1的端子之间的电位差。因此，在ac电源v1具有负电压的状态下，即使继电器ry1阻断电流时满足电弧产生条件的情况下，继电器ry1中也不会产生电弧。

mosfetm2的漏极端子与源极端子之间的电压在沿着传递函数的电压内，该传递函数取决于fet的栅极电压。当通过继电器ry1的端子之间的电位差对电容器c4进行充电时，mosfetm2的栅极电压减小。当mosfetm2的栅极电压减小时，mosfetm2的状态切换为断开状态。通过将mosfetm2的状态切换为断开状态，电流不会流入mosfetm2。

当继电器ry1在ac电源v1具有正电压的状态下阻断电流时，继电器ry1的端子之间产生预定电位差。电位差对应于阻断时ac电源v1的电压值。继电器ry1的端子之间产生的电位差经由电容器c1感应出mosfetm1的栅极电压并且接通mosfetm1。当mosfetm1接通时，电流沿继电器ry1的端子之间的电位差减小的方向流动。即，当mosfetm1接通时，电流在从节点n1到节点n5的方向上流动。

当mosfetm1接通时，电流在继电器ry1的端子之间的电位差减小的方向上流动以减小继电器ry1的端子之间的电位差。因此，在ac电源v1具有正电压的状态下，即使在继电器ry1阻断电流时满足电弧产生条件的情况下，继电器ry1中也不会产生电弧。

mosfetm1的漏极端子与源极端子之间的电压在沿着fet的栅极电压的传递函数的电压内。当通过继电器ry1的端子之间产生的电位差对电容器c1进行充电时，mosfetm1的栅极电压减小。当mosfetm1的栅极电压减小时，mosfetm1的状态切换为断开状态。通过将mosfetm1的状态切换为断开状态，电流不会流入mosfetm1。

图2是示出了在消弧装置100中的mosfetm1和m2中流动的电流、电压(图1中的节点n1的电压)和ac电源v1的输出电压vout(图1中的节点n5的电压)的时间转变和继电器ry1的接通/断开状态的说明性示图。在图2中，继电器ry1的接通/断开状态示出为被与dc电源v2的电压的时间转变替代。在本实施方式中，当5v的电压施加到继电器ry1时，继电器ry1接通。在图2中，参考标号111指示在mosfetm2中流动的电流的时间转变，参考标号112指示在mosfetm1中流动的电流的时间转变，参考标号121指示图1中的节点n1的电压的时间转变，参考标号122指示图1中的节点n5的电压的时间转变，以及参考标号131指示dc电源v2的电压的时间转变。

在继电器ry1处于断开状态的情况下，来自ac电源v1的电流被继电器ry1和消弧装置100阻断，并且输出电压vout为0v。当继电器ry1接通时，来自ac电源v1的电流流过继电器ry1。输出电压vout的电压根据ac电源v1的电压的改变而改变。

当ac电源v1的电压为负时，在时间t1(例如，图2中的40ms)继电器ry1的状态从接通状态切换至断开状态时，输出电压vout再次变为0v。此外，当继电器ry1的状态从接通状态切换至断开状态时，mosfetm2由于继电器ry1的端子之间的电位差而接通，并且电流在第二时间流动。随后，如上所述，mosfetm2的栅极电压减小，并且最终mosfetm2的状态切换为断开状态。通过由于继电器ry1的端子之间的电位差断开mosfetm2，以这种方式使得能够抑制继电器ry1的端子之间电弧的产生。

另一方面，当ac电源v1的电压为正时，在时间t2(例如，图2中的110ms)继电器ry1的状态从接通状态切换至断开状态时，输出电压vout再次变为0v。此外，当继电器ry1的状态从接通状态切换至断开状态时，由于继电器ry1的端子之间的电位差，mosfetm2接通，并且电流在第二时间流动。随后，如上所述，mosfetm1的栅极电压减小，并且最终mosfetm1的状态切换为断开状态。通过由于继电器ry1的端子之间的电位差接通mosfetm1，以这种方式使得能够抑制继电器ry1的端子之间电弧的产生。

以这种方式，通过使用继电器ry1，根据本公开的一个实施方式的消弧装置100能够在来自ac电源v1的电源被阻断时抑制电弧的产生。通过抑制继电器ry1的触头之间电弧的产生，消弧装置100可延长继电器ry1的寿命

(变型)

分别设置在图1所示的消弧装置100的限流电路af1和af2中的二极管d4和d2可以设置在mosfetm2和m1的漏极端子侧上。图3是示出根据本公开的一个实施方式的消弧装置的电路配置的实例的说明性示图。图3中示出的消弧装置是抑制阻断ac电力时可能产生的电弧的装置。

除了二极管d4和d2设置在限流电路af1和af2中的mosfetm2和m1的漏极端子侧之外，图3中示出的消弧装置100具有与图1中示出的消弧装置100相同的电路配置。即使当二极管d4和d2以这种方式分别设置在mosfetm2和m1的漏极端子侧的时候，类似地，通过使用继电器ry1可抑制来自ac电源v1的电源被阻断时电弧的产生。

此外，在图1中示出的消弧装置100中，限流电路af1和af2并联设置。然而，限流电路af1和af2可以串联设置。图4是示出根据本公开的一个实施方式的消弧装置的电路配置的实例的说明性示图。图4中示出的消弧装置是抑制阻断ac电力时可能产生的电弧的装置。

图4中示出的消弧装置200是从ac电源v1提供的ac电力被继电器ry11和ry12阻断时抑制继电器ry11和ry12中电弧的产生的装置。ac电源v1为例如提供100v的ac电力的电源。此外，通过来自dc电源v2的电力切换继电器ry11和ry12的接通/断开状态。如图4所示，消弧装置100设置为与继电器ry11和ry12并联。此外，消弧装置100包括串联设置的限流电路af11和af12。

除了二极管d4设置在mosfetm2的源极端子与漏极端子之间之外，限流电路af11具有与图1中示出的消弧装置100的af1相同的电路配置。此外，除了二极管d2设置在mosfetm1的源极端子与漏极端子之间之外，限流电路af12具有与图1中示出的消弧装置100的af1相同的电路配置。

在图4中示出的消弧装置200中，当继电器ry11和ry12断开时，限流电路af11中的电阻器r3和电容器c4以及限流电路af12中的电容器c1和电阻器r1串联连接。换言之，由于图4中示出的消弧装置200具有连接到负载(电阻器r4)的大阻抗，因此可以减少继电器ry11和ry12断开时引起的泄漏电流。

<2.总结>

如上所述，根据本公开的一个实施方式，可以设置消弧装置，该消弧装置在阻断交流电力时可抑制对自ac电源的ac电力的供应和阻断进行切换的断路器的触头分离时电弧的产生并且通过防止触头劣化而延长寿命。

在上文已参照附图详细描述了本公开的优选实施方式。然而，本公开的技术范围不限于实施方式。可见在本公开的技术领域中具有常规常识的人可得到在权利要求中所描述的技术构思的范围内的多种变型和改变。应理解的是，变型和改变自然属于本公开的技术范围。

此外，在本文中所描述的效果仅是说明性的或示例性的并非限制。即，从本文所提供的描述，根据本公开的技术可以呈现以上效果或对本领域技术人员明显的其他效果而非上述效果。

应注意，以下配置属于本公开的技术范围。

(1)

一种消弧装置，包括：

与断路器并联设置的限流电路，所述限流电路与来自ac电源的双向电流相对应地并联设置，所述断路器用于在来自所述ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，

所述限流电路中的每一个在将来自所述ac电源的ac电力供应给负载时阻断来自所述ac电源的电流，并且所述限流电路中的每一个在通过电位差产生的电流流过之后阻断来自所述ac电源的电流，所述电位差是在当来自所述ac电源的ac电力到所述负载的供应被阻断时的阻断时刻产生的。

(2)

根据(1)所述的消弧装置，其中，

所述限流电路包括开关元件，所述开关元件在来自所述ac电源的ac电力被供应给所述负载时断开，并且所述开关元件由于在当来自所述ac电源的ac电力到所述负载的供应被阻断时的阻断时刻所引起的电位差而接通，并且此后所述开关元件在通过所述电位差产生的电流流过之后断开

(3)

根据(2)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括电容元件，所述电容元件在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时升高开关元件的栅极电压。

(4)

根据(3)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括电阻元件，该电阻元件连同电容元件一起设置将电压施加到开关元件的栅极端子的时间。

(5)

根据(3)或(4)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括开关元件的源极端子与栅极端子之间的齐纳二极管。

(6)

一种消弧装置，包括：

与断路器并联设置的限流电路，断路器用于在与来自并联的ac电源的双向电流相对应的ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，

限流电路中的每一个包括：

开关元件，所述开关元件在来自所述ac电源的ac电力被供应给负载时断开，并且所述开关元件由于在当来自所述ac电源的ac电力到所述负载的供应被阻断时的阻断时刻所引起的电位差而接通，并且此后所述开关元件在通过所述电位差产生的电流流过之后断开；以及

电容元件，所述电容元件在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时升高开关元件的栅极电压。

(7)

根据(6)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括电阻元件，所述电阻元件连同电容元件一起设置将电压施加到开关元件的栅极端子的时间。

(8)

根据(6)或(7)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括开关元件的源极端子与栅极端子之间的齐纳二极管。

(9)

一种消弧装置，包括：

与断路器并联设置的限流电路，所述限流电路与来自ac电源的双向电流相对应地串联设置，所述断路器用于在来自所述ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，

所述限流电路中的每一个在将来自所述ac电源的ac电力供应给负载时阻断来自所述ac电源的电流，并且所述限流电路中的每一个在通过电位差产生的电流流过之后阻断来自所述ac电源的电流，所述电位差是在当来自所述ac电源的ac电力到所述负载的供应被阻断时的阻断时刻产生的。

(10)

根据(9)所述的消弧装置，其中，

所述限流电路包括开关元件，所述开关元件在来自所述ac电源的ac电力被供应给所述负载时断开，并且所述开关元件由于在当来自所述ac电源的ac电力到所述负载的供应被阻断时的阻断时刻所引起的电位差而接通，并且此后所述开关元件在通过所述电位差产生的电流流过之后断开。

(11)

根据(10)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括电容元件，所述电容元件在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时升高开关元件的栅极电压。

(12)

根据(11)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括电阻元件，所述电阻元件连同电容元件一起设置将电压施加到开关元件的栅极端子的时间。

(13)

根据(11)或(12)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括开关元件的源极端子与栅极端子之间的齐纳二极管。

(14)

一种消弧装置，包括：

与断路器并联设置的限流电路，所述限流电路与来自ac电源的双向电流相对应地串联设置，所述断路器用于在来自所述ac电源的ac电力的供应与阻断之间进行切换，其中，

限流电路中的每一个包括：

开关元件，所述开关元件在来自所述ac电源的ac电力被供应给负载时断开，并且所述开关元件由于在当来自所述ac电源的ac电力到所述负载的供应被阻断时的阻断时刻所引起的电位差而接通，并且此后所述开关元件在通过所述电位差产生的电流流过之后断开；以及

电容元件，所述电容元件在来自ac电源的ac电力到负载的供应被阻断时升高开关元件的栅极电压。

(15)

根据(14)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括电阻元件，所述电阻元件连同电容元件一起设置将电压施加到开关元件的栅极端子的时间。

(16)

根据(15)所述的消弧装置，其中，

限流电路包括开关元件的源极端子与栅极端子之间的齐纳二极管。

附图标号列表

100、200消弧装置

af1、af2、af11、af12限流电路。