一种能精确过零投切的复合开关的制作方法

本实用新型涉及开关技术领域，具体涉及一种能精确过零投切的复合开关。

背景技术：

现有连接在交流电路上的开关，当交流电路上的电流较大时，开关断开或者闭合时都会出现火花，火花严重时会烧坏开关。开关断开或闭合时火花产生的原因是在开关断开或者闭合时的冲击电流较大造成的。要想降低开关断开或闭合的冲击电流，只有在交流电的电流过零点时对开关进行断开或闭合操作才能使开关断开或闭合时的冲击电流较小。因此设计一种能够在交流电的电流过零点时断开或闭合的开关显得非常必要。

技术实现要素：

本实用新型是为了解决现有开关的上述不足，提供一种能准确检测交流电电流过零点时的准确时间点，还能在电流过零点时的准确时间点进行投切，投切电流小，投切时不会烧坏开关触点的一种能精确过零投切的复合开关。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种能精确过零投切的复合开关，包括一号节点、二号节点、可控硅开关K_b、磁保持继电器开关K_c、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块、磁驱动电力路、硅驱动电路和控制器，光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀；可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别与一号节点连接，可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端分别与节点M_a连接，电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端分别与节点M_b连接，电容Ca的另一端连接在二号节点上，二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，光敏三极管Q₀的发射极接地，光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。

本方案在使用时，把一号节点连接在电源的火线C上，把二号节点连接在电源的零线N上。

在本方案的复合开关中，电感L_a采用高频电感，电感L_a的电感为几十微亨。当可控硅开关K_b或磁保持继电器开关K_c导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感L_a的存在，电感L_a在导通瞬间，其频率变化很大，电感L_a的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感L_a的阻抗很小。

在电感L_a中，电感L_a的电压U_La超前电感L_a的电流I₁90度，即电感L_a的电流I₁落后电感L_a的电压U_La90度。

在电容C₀中，电容C₀的电流I₂超前电容C₀的电压U_C090度，即电容C₀的电压U_C0落后电容C₀的电流I₂90度。

电流I₁通过电感L_a、电容Ca形成闭合回路，则有电感L_a上的电压U_La超前电感L_a上的电流I₁90度。

当电感L_a的电压U_La在某个时刻的节点M_a点为正、节点M_b点为负时，则电流I₂从节点M_a点通过二极管D₁、发光二极管D₅、二极管D₄和电容C₀形成支路。

忽略二极管D₁、发光二极管D₅和二极管D₄的压降，显然有即U_La＝U_C0，即电感L_a的电压U_La等于电容C₀的电压U_C0。显然有电感L_a上的电压U_La滞后电容C₀上的电流I₂90度，从而有电容C₀上的电流I₂与电感L_a上的电流I₁互为反向，即电流I₂与电流I₁互为反向。U_CN是火线C上的电压。

当电流I₂正向且大于发光二极管D₅发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，合理选择电容C₀，使电容C₀上的电流I₂正向过零点且能快速达到发光二极管D₅发光的最小电流。

当电流I₂正向过零点后，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，由于电流I₂与电流I₁反向，则有当光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，电流I₁刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，即获得了电流I₁的过零点电流。当获得了电流I₁的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关K_c断开，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；如果需要让磁保持继电器开关K_c闭合，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。本方案从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关K_c的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关K_c的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关K_c，使得磁保持继电器开关K_c的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关K_c的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关K_b导通的瞬间，由于电感L_a的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关K_b的导通压降很小，且电感L_a在工频频率下阻抗很小，节点M_a和节点M_b两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关K_c，对磁保持继电器开关K_c的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关K_b的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

本方案在可控硅开关K_b处于导通且磁保持继电器开关K_c处于闭合时，如果要关断可控硅开关K_b，则在电流I₁过零点时才让可控硅开关K_b断开，这样能够有效保护可控硅开关K_b的使用寿命。

本方案只有在要向火线C投入复合开关的可控硅开关K_b时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

本方案中，当可控硅开关K_b导通时，在磁保持继电器开关K_c还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关K_c也是导通的，即可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c此时同时处于导通状态。由于可控硅开关K_b支路具有电感L_a的导通电阻，显然磁保持继电器开关K_c支路的阻抗要远远小于可控硅开关K_b支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关K_c的电流大于流过可控硅开关K_b支路的电流。若磁保持继电器开关K_c不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本方案从通过获取电感L_a支路的电流I₁过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关K_c的触点，让磁保持继电器开关K_c在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关K_c上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关K_c的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

作为优选，还包括与控制器连接的存储器。存储器能够存储火线C的电压过零的时间点，便于控制器直接调用。

作为优选，还包括与控制器连接的显示器。显示器便于用户观察，使用方便简单。

作为优选，电感L_a的电感为30-50微亨。电感L_a采用电感为几十微亨的高频电感，大大提高了可控硅开关K_b在导通瞬间的抑制冲击电流的作用，可靠性较高。

本发明能够达到如下效果：

本实用新型的复合开关能分别准确检测交流电电流过零点时的准确时间点和电压过零点时的准确时间点，又能分别保证可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c在电流过零点时的准确时间点进行投切，还能保证可控硅开关K_b在电压过零点时的准确时间点进行投切，投切电流小，投切时不会烧坏开关的触点，结构简单，可靠性高，安全性好，能大大延长复合开关的使用寿命。

投切电流小，投切时不会烧坏开关触点，结构简单，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型的一种使用状态电路原理连接结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种能精确过零投切的复合开关，参见图1所示，包括一号节点701、二号节点702、可控硅开关K_b、磁保持继电器开关K_c、节点M_a、电感L_a、节点M_b、电容Ca、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、电容C₀、光电耦合器OPT、电阻R₀、自用电供电模块901、磁驱动电力路502、硅驱动电路503和控制器107，光电耦合器OPT包括发光二极管D₅和光敏三极管Q₀。电感L_a的电感为30-50微亨。可控硅开关K_b的一端和磁保持继电器开关K_c的一端分别与一号节点701连接，可控硅开关K_b的另一端、磁保持继电器开关K_c的另一端、电感L_a的一端、二极管D₁的正极端和二极管D₃的负极端分别与节点M_a连接，电感L_a的另一端、电容Ca的一端和电容C₀的一端分别与节点M_b连接，电容Ca的另一端连接在二号节点702上，二极管D₂的正极端和二极管D₄的负极端都连接在电容C₀的另一端上，二极管D₁的负极端和二极管D₂的负极端都连接在发光二极管D₅的正极端上，二极管D₃的正极端和二极管D₄的正极端都连接在发光二极管D₅的负极端上，光敏三极管Q₀的发射极接地，光敏三极管Q₀的集电极分别与电阻R₀的一端和控制器连接，电阻R₀的另一端与自用电供电模块连接，硅驱动电路分别与可控硅开关K_b的控制端和控制器连接，磁驱动电路分别与磁保持继电器开关K_c的控制端和控制器连接。还包括分别与控制器连接的存储器106和显示器504。

本实施例在使用时，把一号节点连接在电源的火线C上，把二号节点连接在电源的零线N上。

在本实施例的复合开关中，电感L_a采用高频电感，电感L_a的电感为几十微亨。当可控硅开关K_b或磁保持继电器开关K_c导通瞬间，电容Ca的阻抗约为0，而由于电感L_a的存在，电感L_a在导通瞬间，其频率变化很大，电感L_a的阻抗也很大，抑制了电源导通瞬间的冲击电流；当电路正常工作时，由于电源频率为50Hz工频，则电感L_a的阻抗很小。

在电感L_a中，电感L_a的电压U_La超前电感L_a的电流I₁90度，即电感L_a的电流I₁落后电感L_a的电压U_La90度。

在电容C₀中，电容C₀的电流I₂超前电容C₀的电压U_C090度，即电容C₀的电压U_C0落后电容C₀的电流I₂90度。

电流I₁通过电感L_a、电容Ca形成闭合回路，则有电感L_a上的电压U_La超前电感L_a上的电流I₁90度。

当电感L_a的电压U_La在某个时刻的节点M_a点为正、节点M_b点为负时，则电流I₂从节点M_a点通过二极管D₁、发光二极管D₅、二极管D₄和电容C₀形成支路。

忽略二极管D₁、发光二极管D₅和二极管D₄的压降，显然有即U_La＝U_C0，即电感L_a的电压U_La等于电容C₀的电压U_C0。显然有电感L_a上的电压U_La滞后电容C₀上的电流I₂90度，从而有电容C₀上的电流I₂与电感L_a上的电流I₁互为反向，即电流I₂与电流I₁互为反向。U_CN是火线C上的电压。

当电流I₂正向且大于发光二极管D₅发光的最小电流时，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，合理选择电容C₀，使电容C₀上的电流I₂正向过零点且能快速达到发光二极管D₅发光的最小电流。

当电流I₂正向过零点后，光电耦合器的输出信号U_IO即从高电平变为低电平，由于电流I₂与电流I₁反向，则有当光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，电流I₁刚好处于正向过零点。因此光电耦合器的输出信号U_IO从低电平变为高电平时，即获得了电流I₁的过零点电流。当获得了电流I₁的过零点电流时，控制器即可立即给磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合信号。如果需要让磁保持继电器开关K_c断开，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开；如果需要让磁保持继电器开关K_c闭合，则控制器就给磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。本实施例从通过获取电流过零点时的准确时间点，再根据该准确时间点对磁保持继电器开关K_c发出断开或闭合的控制信号来使磁保持继电器开关K_c的触点断开或闭合，此时流过磁保持继电器开关K_c的电流小，在小电流时断开或闭合磁保持继电器开关K_c，使得磁保持继电器开关K_c的触点不易损坏。从而有效地延长了磁保持继电器开关K_c的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

在投入复合开关时，因为可控硅开关K_b导通的瞬间，由于电感L_a的电流抑制作用，不会发生大的冲击电流，又由于可控硅开关K_b的导通压降很小，且电感L_a在工频频率下阻抗很小，节点M_a和节点M_b两点间的压降较小，此时闭合磁保持继电器开关K_c，对磁保持继电器开关K_c的触点损害很小，从而有效地延长了控硅开关K_b的寿命，进而延长了复合开关的使用寿命。

本实施例在可控硅开关K_b处于导通且磁保持继电器开关K_c处于闭合时，如果要关断可控硅开关K_b，则在电流I₁过零点时才让可控硅开关K_b断开，这样能够有效保护可控硅开关K_b的使用寿命。

本实施例只有在要向火线C投入复合开关的可控硅开关K_b时才采用电压过零点时投入，只要复合开关上有电流的情况下都采用电流过零来进行投入或切除，大大提高了复合开关的使用寿命，可靠性较高，安全性较好。

本实施例中，当可控硅开关K_b导通时，在磁保持继电器开关K_c还没有断开的情况下，此时的磁保持继电器开关K_c也是导通的，即可控硅开关K_b和磁保持继电器开关K_c此时同时处于导通状态。由于可控硅开关K_b支路具有电感L_a的导通电阻，显然磁保持继电器开关K_c支路的阻抗要远远小于可控硅开关K_b支路的阻抗，因此流过磁保持继电器开关K_c的电流大于流过可控硅开关K_b支路的电流。若磁保持继电器开关K_c不在电流过零点断开触点，极易损坏触点。本实施例从通过获取电感L_a支路的电流I₁过零点时的准确时间点，再让控制器发出控制信号来断开磁保持继电器开关K_c的触点，让磁保持继电器开关K_c在电流较小时进行闭合或断开动作，这样就不易烧坏磁保持继电器开关K_c上的触点，有效地延长了磁保持继电器开关K_c的使用寿命，进而也延长了复合开关的使用寿命，结构简单，可靠性高。

本实施例复合开关的投切方法如下：

(1-1)投入复合开关。

(1-1-1)当要向火线C投入复合开关时，先检测火线C上电压U_CN过零点时的准确时间点，当电压U_CN过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通。

(1-1-2)当可控硅开关K_b导通设定时间后，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出闭合控制信号，磁保持继电器开关K_c随即闭合。

(1-1-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断，此时只由磁保持继电器开关K_c保持供电回路工作，至此完成复合开关向火线C的投入工作。

(1-2)切除复合开关。

(1-2-1)当要切除火线C上的复合开关时，先检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出导通控制信号，可控硅开关K_b随即导通，延时一段时间使可控硅开关K_b可靠导通；

(1-2-2)在可控硅开关K_b导通的情况下，再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向磁保持继电器开关K_c发出断开控制信号，磁保持继电器开关K_c随即断开。

(1-2-3)然后再次检测电流I₁过零点时的准确时间点，当电流I₁过零点时，控制器立即向可控硅开关K_b发出关断控制信号，可控硅开关K_b随即关断；至此复合开关已从火线C上完全切除。

上面结合附图描述了本实用新型的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。