专利名称：无电弧开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无电弧电流开关。
西德DE2835045A1专利公开了一种机械电子开关，此开关的机械开关与双向晶闸管电子开关并联，当机械开关在闭合或分断时所述晶闸管电子开关将机械开关短路，从而避免电弧发生。这一开关的优点是结构简单，有相当的灭弧能力，缺点是所述晶闸管触发极与阴极间的并联电阻原意为限流限压保护门极，但此电阻妨碍了小电流时晶闸管的导通，导致火花产生。欲保证晶闸管导通无误，就必须加大触发电容容量，这将导致开关分断后不工作时有较大漏电流产生。
为克服漏电流，西德DE3341947A1专利提出了机械开关断流新方案并采用箝位二级管代替前述电阻来保护晶闸管门极，此方案虽然克服了DE2835045A1专利的缺点，但又产生新的缺点1.机械开关部分远比现有机械开关复杂，将大大提高开关成本。
2.电子开关中的电容参数必须足够大时才足以吸收最后分断的机械开关可能产生电弧的能量，因而导致开关的体积增大，成本提高。
3.电磁铁还要一个较复杂的控制电路，难以实用化，商品化。
中国CN86107250A和CN87202791U两项专利说明书描述了一种与西德DE2835045A1极相似的机械电子开关，不同点在于没有了限流限压电阻而增加了触发电路中的保护电阻。这两项专利部分地克服了西德专利的缺点，当采用单向晶闸管时确有保护晶闸管作用。这两项专利的不足点在于1.DE2835045A1的漏电因开关无阻性负载而无有功损耗，但上述两项中国专利却退了一步，触发电路因有电阻漏电将造成有功损耗，浪费能源。
2.所述保护电阻降压严重，恶化了触发条件，小电流时不能保证可靠触发，将有火花产生。实验证明，这一技术方案会提高晶闸管导通时的管压降，显然不利于防弧。为保证晶闸管可靠触发就需要加大电容容量，必然造成开关的漏电严重。
3.在机械开关常开触点闭合和分断的全行程内，晶闸管都要工作，工作时间较长，其结果是导致晶闸管过载能力下降，这就要求提高晶闸管电流等级，从而提高成本，妨碍了商品化和实用化。上述西德专利也有类似缺点。
另外，上述所有专利文献所述技术都有一个共同的特点，即每一路开关都配置一只晶闸管，对磁力开关来说，单相开关的两路就配有两只晶闸管，三相开关的三路配有三只晶闸管。这样的设计使用的晶闸管量多，提高了成本。
为了克服上述专利的技术缺陷，本发明提出了新的技术方案，新方案可显著地减少晶闸管控制旁路的漏电流且无有功损耗，新方案使晶闸管工作时间大大缩短从而提高了过载能力，降低了产品成本，便于商品化，实用化。新方案还减少一只晶闸管，使成本更低。
图1是本发明减少晶闸管控制旁路漏电和消除有功损耗的技术原理图和实施例。
图2，图3是本发明缩短晶闸管工作时间的原理图和两个实施例。
图4是本发明减少一只晶闸管的原理图及实施例。
现在结合这些图来描述本发明技术方案详细内容。
1.图1中1，2触点构成一付常开触点，2，3触点构成一付常闭触点，1，2，3构成的机械开关不动作时晶闸管4的阴极和触发极被短路(如图中情况)，4不会被触发。当3，2分开时，4被旁路电容5触发。1，2闭合后4被短路而关闭。1，2分断时，4导通直至2，3闭合。
这一技术方案既不同于上述西德专利也不同于上述中国专利，它的控制旁路没有电阻，阴极与触发极之间也没有接电阻，这就克服了上述这两部分有电阻的一系列缺点，使触发可靠，管压降减小，漏电流减小，消除了有功损耗，既节能又利于消弧，既降低成本又减小产品体积。利用一只北京机床电器厂生产的JZ7中间继电器按图1原理接线，5的参数仅有0.01μF，漏电可忽略不计。这一参数还使晶闸管压降下降为0.5伏，这一方案不会损坏触发极的原因是5值很小，实验结果证明无弧，工作可靠。
2.为了减小双向晶闸管导通时间，本技术方案是在机械开关吸合时，只有当电弧能产生瞬时前才让晶闸管导通，在机械开关分断时，当电弧不能产生后就关断晶闸管。这里所说的电弧能不能产生是由可能通过机械开关的最大电流和可能的最大触点端电压条件下特定的两触点间隙大小决定的。只要保证在这个可能产生电弧的特定触点间隙最大值范围内使晶闸管导通，就可以保证不会产生电弧。而这个特定触点间隙最大值显然地是远小于整个触头闭合的行程，大约占整个行程的1/5-1/10甚至更小。这就是说，晶闸管导通时间远比机械开关闭合或分断的动作时间为短，使晶闸管具有了良好的超载能力，降低了晶闸管电流等级，从而降低了无弧开关的生产成本。
实现上述技术方案的实施例如图2，图3所示。图2中常闭触点11，12被常闭桥10联接，弹簧9支持着这种联接，弹簧14，15使浮动在拉杆13上的常开桥8保持机械开关不工作时与常开触点6，7的合适开距。当拉杆13在电磁衔铁的牵引下向下运动，常闭桥10在8与6，7的距离没有达到上述可能生弧的特定触点间隙最大值时是不动的。8运动中一旦使其与6，7距离达到这个最大值时，10就与11，12分开，使晶闸管4导通。而在这之前由于4的阴极与控制极被常闭触点短路而不能触发。
图3是实现相同原理的另一种实施例设计。在这里，晶闸管导通时刻和时间是被电阻电容组成的积分电路控制的。图中16，17是机械开关电磁铁线圈25的单相交流电引入端，控制这一电磁铁的开关闭合瞬时，交流电经整流桥20整为直流并由电阻21向电容23充电。23输出触发信号电压逐渐升高，当达到一定值晶闸管4被触发导通。相反的过程是发生在16，17断电时。此时23经电阻26和4的PN结放电，当23输出触发信号电压下降到一定值时4截止。图中24是与4并联的机械开关常开触点，其作用已由上述。18，19是其接线端子。26，27分别是降压用的电容电阻，应注意，电磁铁线圈供电应由变压器与动力线相隔离，否则应在16和17端并联一只降压变压器28，此时26，27可取消，将降压变压器的输出端接在20的交流侧，象图3这样的单元，根据需要一只无弧开关上可以设一个，也可以设多个。
3.为了减少电力电子元器件的数量，降低成本，减小体积，利于商品化，本发明技术方案的第三个特点是同一电回路经过两对常开触点时，其中一对常开触点可以不并联电子开关，这对常闭触点设计成超前另一对常开触点闭合而滞后另一对常开触点分断。在提前闭合时，另对触点及其电子开关没有接通，在滞后分断时，另对触点及其电子开关已经分断，因而没有电流通过这对触点，不论闭合和分断都不可能有电弧产生。图4是这一方案的原理图和实施例，图4A是单回路情况，图4B是三回路情况。图4A中，29是负载，30是机械电子并联开关，32是不设电子开关的机械开关，其特征是32先于30中的机械开关31闭合而后于31分断，不论其闭合或分断时30都处于分断状态。图4B是三角形负载情况。在机械开关结构上，38应先于39，40闭合而后于它们分断，而机械电子开关结构36，37与30相同。33，34，35分别是负载，它们还可以是无零线的星形联接，如图4C。
本发明的上述三个技术方案结合起来，应用于西德BBC产品B12交流接触器的改造，形成了一个最佳实施例，其常闭触点分断至常开触点闭合仅用了2毫秒，常开触点分断至常闭触点闭合只用了1.5毫秒，分别占接触器吸合和分断总时间的1/10而无电弧发生。晶闸管过载6倍使用安全可靠。改造后的接触器额定电流可达45安，因而体积比BBC的B45小2.5倍，成本下降30%，寿命提高十倍以上。
本发明的上述各技术方案可以用于交流接触器，继电器等交流开关，也可用于直流开关。在用于直流开关时，双向晶闸管改为单向晶闸管，控制旁路电容需换成电阻。因直流供电只有一路，故机械电子开关中的一对常开触点可以按上述办法设计成先关后断的形式，这对触点不并接电子开关，这就避免了另对常开触点并接电子开关控制旁路的漏电问题。
上述发明可广泛地应用于交直流接触器，继电器等低中压开关，使其无弧闭合，分断。
权利要求
1.无电弧开关包括相互并联的机械开关，电子开关两部分，其特征是电子开关的控制电路只设一只电容，电子开关只在机械开关可能起弧的最大间隙内触发，一个电回路中的两对触点可以只有一对并联电子开关而另一对则在这一对触点已分断且并联的电子开关晶闸管关闭后才分断，在这一对触点未闭合且并联的电子开关晶闸管未导通时先闭合。
2.根据权利要求1所述无弧开关，其特征是所述电容是直接接在晶闸管触发极与阴极之间，电子开关是单向晶闸管时电容换成电阻。
3.根据权利要求1所述无弧开关，其特征是短接晶闸管阴极和触发极的常闭触点在相应的常开接触点闭合运动到所述可能起弧的最大间隙瞬时断开，分断运动到相同间隙瞬时接通。
4.根据权利要求1所述无弧开关，其特征是在无弧开关闭合时，向晶闸管阴极和触发极之间施加一个滞后于电磁线圈闭合送电瞬时的触发信号，滞后时间等于电磁开关总闭合时间减去所述可能起弧的最大间隙上机械开关的闭合运动时间，这个触发信号可以延续到机械开关闭合完毕，也可以延续到并联电子开关的常开触点分断运动离开所述可能起弧的最大间隙区瞬时为止，对于前一种情况，无弧开关分断开始瞬时向晶闸管施加触发信号，该信号延续到所述常开触点分断运动离开可能起弧的最大间隙区瞬时为止。
5.根据权利要求1和4所述无弧开关，其特征是产生所述触发信号的装置可以是一个积分电路，利用电容充电和放电过程给出符合要求的触发信号。
6.根据权利要求1所述无弧开关，其特征是单相回路的两对触点可以只有一对并联电子开关，三相三角形或无零线星形负载回路只有一对常开触点不并联电子开关。
全文摘要
无电弧开关包括相互并联的机械开关，电子开关两部分。其特征是电子开关的控制电路只设一只电容，电子开关只在机械开关可能起弧的最大间隙内导通，一个电回路中的两对触点可以只有一对并联电子开关而另一对则在这一对触点已分断且并联的电子开关晶闸管关闭后才分断，在这一对触点未闭合且并联的电子开关未导通时先闭合。
文档编号H01H9/54GK1068675SQ9110468
公开日1993年2月3日 申请日期1991年7月16日 优先权日1991年7月16日
发明者蔡礼君, 邓警玲 申请人:蔡礼君, 邓警玲