專利名稱：氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，目前主要適用于新型電力半導(dǎo)體器件和模塊綜合參數(shù)測試設(shè)備中大電流、高電壓及多參數(shù)的自動切換。由于其兼顧了高耐壓、大電流且多觸點(diǎn)和方便擴(kuò)展組合的特點(diǎn)，也可應(yīng)用于其他領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力半導(dǎo)體器件也在更新?lián)Q代，尤其是新型電力半導(dǎo)體器件，如=IGBT器件、各種電力半導(dǎo)體模塊等，在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，因此對器件的測試技術(shù)也提出了新的要求，尤其是電力半導(dǎo)體模塊型器件，由于其內(nèi)部集成了較多的芯片單元，目前最多可達(dá)7個(gè)芯片，而其電連接形式多達(dá)幾十種。需要同時(shí)測多個(gè)電參數(shù)，目前可同時(shí)測試4個(gè)參數(shù)，而這些電參數(shù)既有波形為正弦半波，峰值可達(dá)到 5kV的高電壓，又有波形為單次正弦半波，峰值可達(dá)到4kA大電流，同時(shí)還需要能夠快速切換，以達(dá)到提高測試效率的目的。在這些參數(shù)的測試中既有通過各個(gè)芯片大電流，又有各芯片之間的高電壓，同時(shí)還有控制芯片的觸發(fā)信號和導(dǎo)通電壓采樣信號等多種需切換的電信號，這就需要設(shè)計(jì)一種即可切換大電流又能隔離高電壓，同時(shí)又能進(jìn)行多路電信號切換的組合式切換開關(guān)。然而，以往的早期解決方案，對于大電流多采用人工倒換母排的方法，此方法工作不方便，工作效率低，不適合自動化測試。對于電流較小(小于2kA峰值)，電壓不高(小于 IkV峰值)的測試設(shè)備，也可采用傳統(tǒng)的接觸器。然而傳統(tǒng)的接觸器其電壓等級不高，一般絕緣耐壓IkV左右，且電氣觸點(diǎn)數(shù)量較少，而大電流接觸器一般體積龐大，線圈工作時(shí)吸合電流沖擊大，對測試設(shè)備干擾很大，且工作時(shí)噪音很大，不適合測試設(shè)備的使用。對于電壓較高的測試設(shè)備通常采用傳統(tǒng)真空高壓繼電器切換電流較小的信號，然而高壓繼電器電流能力較小，通常小于3A，且一般只有一組觸點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的接觸器和高壓繼電器均不能達(dá)到和滿足電力半導(dǎo)體綜合測試要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可滿足電力半導(dǎo)體綜合測試需要的多觸點(diǎn)、耐高壓和大通流能力的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，可根據(jù)需要方便擴(kuò)展，能提供開關(guān)自身狀態(tài)信號。在滿足通電流能力和高壓絕緣情況下，也可應(yīng)用于其他需同時(shí)多組信號切換的領(lǐng)域。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，包括氣缸(1)、 活動板(2)、固定板(6)、滑動導(dǎo)桿(10)、大電流引出排(8)、推力桿(21)，氣缸(1)作為基座，氣缸(1)的缸體對角固定孔設(shè)有滑動導(dǎo)桿(10)，滑動導(dǎo)桿(10)頂端上設(shè)有兩層固定板(6)，固定板(6)上設(shè)有大電流引出排(8)和小電流引出排(18)；氣缸(1)活塞與推力桿的頂端設(shè)有活動板0)，活動板( 上設(shè)有大電流觸點(diǎn)短接板( 和小電流短接線 (20)，活動板( 上鑲嵌有滑動軸承(1 并與氣缸(1)活塞和推力桿相連，在氣缸(1)推拉下與滑動導(dǎo)桿(10)上下相對運(yùn)動達(dá)到開關(guān)觸點(diǎn)切換作用?；顒影? 上設(shè)有兩個(gè)可自由擺動的大電流觸點(diǎn)短接板( ，活動板( 與大電流觸點(diǎn)短接板( 之間設(shè)有強(qiáng)力彈簧(12)和鋼球(11)，兩個(gè)大電流觸點(diǎn)短接板( 之間由軟導(dǎo)電銅網(wǎng)線⑷連接。固定板(6)上設(shè)有兩組常開觸點(diǎn)探針(16)、小電流銅觸點(diǎn)(17)和小電流引出排 (18)，兩組常開觸點(diǎn)探針(16)用小電流短接線(20)連接，小電流引出排(18)外接引線?；顒影澧坪凸潭ò?6)上設(shè)有高壓隔槽03)。在氣缸⑴底座上設(shè)有常閉觸點(diǎn)探針(15)和常閉觸點(diǎn)固定塊(14)。上層固定板(6)上設(shè)有到位開關(guān)探針(19)。以固定板(6)和常閉觸點(diǎn)固定塊(14)為固定點(diǎn)設(shè)有左、右護(hù)板(7)和前、后護(hù)板 (22)。本發(fā)明主要適用于新型電力半導(dǎo)體器件和模塊綜合參數(shù)測試中大電流、高電壓及多參數(shù)自動切換?？蓪?shí)現(xiàn)在穩(wěn)定狀態(tài)下具有通過5kA單次峰值電流和隔離5kV有效值電壓的能力。采用氣動部件作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可對高電壓和大電流進(jìn)行穩(wěn)態(tài)切換，可同時(shí)切換多路需要相互高電壓隔離工況下的小電流信號，另外可提供本開關(guān)工作位置的狀態(tài)輸出信號， 并可根據(jù)需要采用相同的零部件任意組合擴(kuò)展成多組常開觸點(diǎn)。目前能很好的滿足電力半導(dǎo)體綜合測試需要。在滿足通電流能力和高壓絕緣情況下，也可應(yīng)用于其他需同時(shí)多組信號切換的領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明電氣原理圖，其中動力源為高壓氣源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為
氣缸；圖中
NC為最下邊的常閉觸點(diǎn)；
Ll-Tl為下層的大電流常開觸點(diǎn)；
NOl和N02是下層的兩組小電流常開觸點(diǎn)；
L2-T2為上層的大電流常開觸點(diǎn)；
N03和N04是上層的兩組小電流常開觸點(diǎn)；
XOl是組合開關(guān)狀態(tài)信號常開到位開關(guān)探針觸點(diǎn)。
圖4是固定板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的俯視圖。
圖6是大電流銅觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是活動板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是圖7的俯視圖。
具體實(shí)施例方式1.設(shè)計(jì)要點(diǎn)1)整體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
本發(fā)明包括氣缸1、活動板2、固定板6、滑動導(dǎo)桿10、大電流引出排8、推力桿21 等，本發(fā)明利用氣缸1作為動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，直接利用氣缸作為基座，氣缸1的缸體對角固定螺絲孔作為滑動導(dǎo)桿10固定孔，滑動導(dǎo)桿10頂端上設(shè)有兩層固定板6，固定板6上設(shè)有大電流引出排8和小電流引出排18 ；氣缸1活塞與推力桿21的頂端設(shè)有活動板2，活動板2 上設(shè)有大電流觸點(diǎn)短接板5和小電流短接線20，活動板2上鑲嵌有滑動軸承13并與氣缸1 活塞和推力桿21相連，在氣缸1推拉下與滑動導(dǎo)桿10上下相對運(yùn)動達(dá)到開關(guān)觸點(diǎn)切換作用。2)大電流觸點(diǎn)設(shè)計(jì)根據(jù)要求，氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)的大電流觸點(diǎn)閉合后應(yīng)能夠通過峰值為4kA的單次正弦半波電流，因此設(shè)計(jì)上采用大面積銅質(zhì)觸點(diǎn)，為降低成本和便于擴(kuò)展， 大電流銅觸點(diǎn)9采用標(biāo)準(zhǔn)銅螺栓(如圖6所示)，對其端面進(jìn)行平整度加工。大電流引出排 8直接由大電流銅觸點(diǎn)9進(jìn)行緊固?；顒影?上設(shè)有兩個(gè)可自由擺動的大電流觸點(diǎn)短接板5，為了保證觸點(diǎn)具有最大接觸面積，觸點(diǎn)的大電流觸點(diǎn)短接板5由三個(gè)強(qiáng)力彈簧12支撐，可自由擺動。當(dāng)壓緊后，其下方的鋼球11受力并自動找平，從而保證最大面積接觸。為保證大電流觸點(diǎn)短接板5自由擺動，兩個(gè)大電流觸點(diǎn)短接板5由軟導(dǎo)電銅網(wǎng)線4連接。為了同時(shí)切換兩路大電流，在此觸點(diǎn)的上方設(shè)計(jì)相同的平行結(jié)構(gòu)，在上層的大電流觸點(diǎn)短接板5下方僅用強(qiáng)力彈簧12支撐， 這樣可保證上層觸點(diǎn)可靠接觸。另外本結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)充，各個(gè)相關(guān)零件均采用相同設(shè)計(jì)，可減少加工零件種類和數(shù)量，并可進(jìn)行互換使用。3)觸點(diǎn)間高壓絕緣設(shè)計(jì)為使各觸點(diǎn)達(dá)到耐高壓的目的，固定板6 (如圖4、5所示)和活動板2 (如圖7、8 所示)均采用高絕緣材料，并在其表面加工寬4mm、深2mm的隔槽23以達(dá)到增加表面絕緣距離的作用。4)弱電信號觸點(diǎn)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求在同一層切換開關(guān)內(nèi)部，除常開大電流觸點(diǎn)外，還具備兩個(gè)常開弱電信號觸點(diǎn)，為此固定板6上設(shè)有兩組常開觸點(diǎn)探針16、小電流銅觸點(diǎn)17和小電流引出排 18，采用測試探針作為常開觸點(diǎn)探針16，小電流銅觸點(diǎn)17作為固定觸點(diǎn)，小電流引出排18 外接引線。兩組觸點(diǎn)各配備兩個(gè)探針以增加可靠性和導(dǎo)通電流能力。兩組常開觸點(diǎn)探針16 用小電流短接線20連接，當(dāng)下活動板2向上動作時(shí)，常開觸點(diǎn)探針16接觸小電流銅觸點(diǎn) 17，將觸點(diǎn)短接從而使觸點(diǎn)閉合。按照相同方式設(shè)計(jì)形成另一層兩組常開弱電信號觸點(diǎn)，并可根據(jù)需要擴(kuò)展多層多組常開觸點(diǎn)。5)常閉信號觸點(diǎn)設(shè)計(jì)為使氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)適應(yīng)范圍更廣，使用更靈活，特別設(shè)計(jì)了一組常閉觸點(diǎn)，氣缸1底座上安裝常閉觸點(diǎn)探針15和常閉觸點(diǎn)固定塊14，當(dāng)活動板2降到下位時(shí)，常閉觸點(diǎn)探針15通過大電流觸點(diǎn)短接板5形成常閉觸點(diǎn)。6)狀態(tài)檢測開關(guān)設(shè)計(jì)為方便檢測開關(guān)的位置狀態(tài)，特別設(shè)計(jì)了位置狀態(tài)檢測開關(guān)，上層固定板5上設(shè)有到位開關(guān)探針19，通過標(biāo)準(zhǔn)“到位開關(guān)探針” 19予以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，上層活動板2向上接觸“到位開關(guān)探針” 19使之由常開變?yōu)殚]合，可為自動控制或互鎖提供信號。7)防護(hù)板設(shè)計(jì)為防止開關(guān)內(nèi)積塵或異物進(jìn)入造成故障，以固定板6和常閉觸點(diǎn)固定塊14為固定點(diǎn)設(shè)有左、右護(hù)板7、和前、后護(hù)板22，同時(shí)還可達(dá)到安全防護(hù)的作用。2.實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果1)機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性試驗(yàn)氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)在氣壓S^gf/cm2、一個(gè)循環(huán)周期4秒，經(jīng)過 10萬次的反復(fù)考核運(yùn)行，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)異常。2)電流觸點(diǎn)過載試驗(yàn)對大電流觸點(diǎn)施加底寬10ms、峰值為6720A的單次正弦半波電流，觸點(diǎn)無燒蝕打火現(xiàn)象。3)觸點(diǎn)間絕緣耐壓試驗(yàn)大電流觸點(diǎn)與弱信號觸點(diǎn)間絕緣耐壓大于SkV有效值。大電流觸點(diǎn)與機(jī)架間絕緣耐壓大于IOkV有效值。大電流觸點(diǎn)電極與常閉觸點(diǎn)間絕緣耐壓大于6KV有效值。同層弱電信號觸點(diǎn)間絕緣耐壓大于SkV有效值。3、結(jié)論根據(jù)以上試驗(yàn)情況可以看到，氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)滿足設(shè)計(jì)要求， 目前已大量應(yīng)用于各種電力半導(dǎo)體綜合測試設(shè)備中，取得了很好的效果。本發(fā)明達(dá)到以下基本要求。1)導(dǎo)通電流大本開關(guān)閉合后穩(wěn)態(tài)時(shí)可通過的單次正弦半波峰值電流應(yīng)大于 4kA。2)各組觸點(diǎn)之間和同組觸點(diǎn)斷開后可承受電壓大于5kV有效值。3)至少可同時(shí)切換兩組大電流和四組控制信號。4)具有一組常閉觸點(diǎn)。5)具有開關(guān)工作到位提示信號。6)可根據(jù)需要方便擴(kuò)展功能。
權(quán)利要求
1.氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，包括氣缸(1)、活動板O)、固定板(6)、滑動導(dǎo)桿(10)、大電流引出排(8)、推力桿(21)，其特征在于氣缸⑴作為基座，氣缸⑴的缸體對角固定孔設(shè)有滑動導(dǎo)桿(10)，滑動導(dǎo)桿(10)頂端上設(shè)有兩層固定板(6)，固定板(6)上設(shè)有大電流引出排⑶和小電流引出排(18)；氣缸⑴活塞與推力桿的頂端設(shè)有活動板0)，活動板( 上設(shè)有大電流觸點(diǎn)短接板( 和小電流短接線(20)，活動板( 上鑲嵌有滑動軸承(1 并與氣缸(1)活塞和推力桿相連，在氣缸(1)推拉下與滑動導(dǎo)桿 (10)上下相對運(yùn)動達(dá)到開關(guān)觸點(diǎn)切換作用。
2.如權(quán)利要求1所述的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，其特征在于活動板(2) 上設(shè)有兩個(gè)可自由擺動的大電流觸點(diǎn)短接板( ，活動板( 與大電流觸點(diǎn)短接板( 之間設(shè)有強(qiáng)力彈簧(12)和鋼球(11)，兩個(gè)大電流觸點(diǎn)短接板(5)之間由軟導(dǎo)電銅網(wǎng)線⑷連接。
3.如權(quán)利要求1所述的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，其特征在于固定板(6) 上設(shè)有兩組常開觸點(diǎn)探針(16)、小電流銅觸點(diǎn)(17)和小電流引出排(18)，兩組常開觸點(diǎn)探針(16)用小電流短接線(20)連接，小電流引出排(18)外接引線。
4.如權(quán)利要求1所述的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，其特征在于活動板(2) 和固定板(6)上設(shè)有高壓隔槽03)。
5.如權(quán)利要求1所述的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，其特征在于在氣缸(1) 底座上設(shè)有常閉觸點(diǎn)探針(1 和常閉觸點(diǎn)固定塊(14)。
6.如權(quán)利要求1所述的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，其特征在于上層固定板 (6)上設(shè)有到位開關(guān)探針(19)。
7.如權(quán)利要求1所述的氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，其特征在于以固定板(6) 和常閉觸點(diǎn)固定塊(14)為固定點(diǎn)設(shè)有左、右護(hù)板(7)和前、后護(hù)板02)。
全文摘要
本發(fā)明是一種氣動式多觸點(diǎn)高壓大電流切換開關(guān)，主要適用于新型電力半導(dǎo)體器件和模塊綜合參數(shù)測試中大電流、高電壓及多參數(shù)自動切換。采用高壓氣源作為動力，氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以氣缸作為基座，通過導(dǎo)桿將兩層固定板連接形成框架，以導(dǎo)桿為導(dǎo)向軸，氣缸活塞推動兩層活動板上下運(yùn)動。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)在穩(wěn)定狀態(tài)下具有通過5KA單次正弦半波峰值電流和隔離5KV有效值電壓的能力。采用氣動部件作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可對高電壓和大電流進(jìn)行穩(wěn)態(tài)切換，可同時(shí)切換多路需要相互高電壓隔離工況下的小電流信號，另外可提供本開關(guān)工作位置的狀態(tài)輸出信號，并可根據(jù)需要采用相同的零部件任意組合擴(kuò)展成多組常開觸點(diǎn)。目前能很好的滿足電力半導(dǎo)體綜合測試需要。
文檔編號G01R31/00GK102520287SQ201110427380
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者張永健, 李更生, 肖秦梁, 陸曉峰 申請人:西安電力電子技術(shù)研究所