專利名稱：零壓續(xù)限流消弧電器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種交流條件下以零電壓和旁路續(xù)限流方法消去電弧為特征的開關(guān)電器裝置。
背景技術(shù)：
開關(guān)電器的作用是開通或關(guān)斷工作電路，在關(guān)斷電路時產(chǎn)生的電弧及電弧熄滅是開關(guān)電器工作時面臨的主要問題，容量愈大則滅弧愈困難，因此熄滅電弧是開關(guān)電器技術(shù)問題的中心和關(guān)鍵所在?，F(xiàn)有的開關(guān)電器著眼于“滅弧”，也就是在開關(guān)電器關(guān)斷電路產(chǎn)生電弧時，設(shè)法予以熄滅。在交流電路中滅弧的最佳時機(jī)是在交流電流過零時使開關(guān)電器關(guān)斷，電網(wǎng)的工作頻率一般為50HZ或60HZ，也就是在每秒鐘內(nèi)電流要過零100次或者120次。由于電流過零的時間極其短暫要恰好在此瞬時實(shí)現(xiàn)關(guān)斷是難以做到的，若將電流過零點(diǎn)附近例如在±10°(電角度)范圍內(nèi)認(rèn)為是適合關(guān)斷的角度，那么在電流波形半個周期180°范圍內(nèi)一次過零時，只有±10°，即20°的范圍適合關(guān)斷。在50HZ的頻率下，開關(guān)電器關(guān)斷時間的精度要達(dá)到一秒鐘的百分之一再乘以20/180，即0.01秒乘以1/9，近似為0.001秒。由于開關(guān)電器的操作機(jī)構(gòu)是機(jī)械機(jī)構(gòu)，材料、工藝、制造上有一定的離散性與分布性，要使其動作時間精度達(dá)到千分之一秒的要求基本上是不可能的。
因此，目前的基本矛盾是雖然電子技術(shù)的檢測速度很快，精度很高，能夠迅速測出電路中電流的過零點(diǎn)并予以反饋，但機(jī)械動作機(jī)構(gòu)卻無法準(zhǔn)確地在過零點(diǎn)動作，稍有偏差就有可能在電流峰值附近關(guān)斷，產(chǎn)生很大的電弧使滅弧相當(dāng)困難。對于比單相交流開關(guān)電器應(yīng)用更廣的三相交流開關(guān)電器來說，三相交流電流的相位順序相差120°，不可能同時過零，給滅弧帶來更大的困難。
目前電力電子器件發(fā)展很快，雖然它在檢測和關(guān)斷的速度上能達(dá)到要求，但由于電路開通時元件功耗大，尤其是高電壓大電流時，功耗、散熱問題突出，以及存在成本高、可靠性不如傳統(tǒng)開關(guān)電器等不足，故無法取代傳統(tǒng)開關(guān)電器。
綜上所述，交流開關(guān)電器工作的要點(diǎn)是在電流過零的時候可靠地關(guān)斷電路，現(xiàn)有的交流開關(guān)電器由于上述各種原因其滅弧效果未臻理想。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要克服現(xiàn)有開關(guān)電器在開、關(guān)時產(chǎn)生電弧的缺陷，提供一種無弧或微弧的零壓續(xù)限流消弧電器裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下它包括觸點(diǎn)開關(guān)，其特征在于它還包括電抗，觸點(diǎn)開關(guān)包括動觸頭和靜觸頭；電抗的一端與動觸頭連接，另一端與靜觸頭連接。
本實(shí)用新型裝置，也就是零電壓、旁路續(xù)限流消弧電器裝置，它可在基本不產(chǎn)生電弧的情況下切斷工作電路的電源。
本實(shí)用新型的基本原理是開關(guān)電器開通和關(guān)斷電路是由觸點(diǎn)執(zhí)行的，當(dāng)觸點(diǎn)打開時，只要電路中的電壓和電流達(dá)到一定的數(shù)值，在觸點(diǎn)間就會產(chǎn)生電弧。產(chǎn)生電弧的根本原因是高電場發(fā)射，零電壓的方法就是在觸點(diǎn)打開時使兩個觸點(diǎn)間的瞬時電壓為零，從而取消高電場發(fā)射的條件。旁路續(xù)限流就是在觸點(diǎn)打開時使電流從旁路通過(續(xù)流)，引開電流使電弧不能形成，旁路電路具有大電抗起到限流作用使電流迅速減小到不產(chǎn)生電弧的程度，再由輔助觸點(diǎn)關(guān)斷旁路電路。
本實(shí)用新型應(yīng)用“零電壓+旁路消弧，大電抗限流”的原理，在關(guān)斷電路時以零電壓和旁路續(xù)流的方法消去主觸點(diǎn)兩點(diǎn)間的電弧，以大電抗限制通過輔助主觸點(diǎn)的續(xù)流電流，于是就達(dá)到了“消弧分?jǐn)唷钡哪康?。由于不需要去尋找每?00次的電流瞬時過零點(diǎn)，所以開關(guān)電器的機(jī)械動作時間精度可以不做特殊要求，便能達(dá)到從容而有效的關(guān)斷電路之目的。
較之已有的交流開關(guān)電器裝置而言，本實(shí)用新型克服了因電流瞬時過零點(diǎn)時間太短難以把握和控制的缺點(diǎn)，變“滅弧關(guān)斷”為“消弧關(guān)斷”，是一種全新意義上的開關(guān)電器。它既保留了傳統(tǒng)開關(guān)電器機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，又具備了傳統(tǒng)開關(guān)電器所不具有的無弧關(guān)斷的特點(diǎn)，因此能保證可靠的技術(shù)性能，大幅提高產(chǎn)品的使用壽命，是一種新穎的開關(guān)電器。


圖1為現(xiàn)有觸點(diǎn)開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為閉合時觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為觸點(diǎn)打開時的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型裝置中大電抗Zk的兩種結(jié)構(gòu)形式，其中(a)為由電容構(gòu)成的電抗，(b)為由電容C和電感L并聯(lián)構(gòu)成的電抗。
圖4為三相主觸點(diǎn)及續(xù)流電抗、輔助主觸點(diǎn)電路圖。
圖5為本實(shí)用新型裝置中主觸點(diǎn)和輔助主觸點(diǎn)都接通時的電流流向圖。
圖6為本實(shí)用新型裝置中主觸點(diǎn)先分?jǐn)鄷r的電流與電壓。
圖7為本實(shí)用新型裝置中主觸點(diǎn)分?jǐn)嗪蟮睦m(xù)流電流趨勢圖。
圖8為本實(shí)用新型裝置中輔助主觸點(diǎn)后分?jǐn)鄷r，切斷已很小的續(xù)流電流的示意圖。
圖9為電抗器和輔助主觸點(diǎn)組成的電路在開關(guān)電器外的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖10中介體及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖11中介體和電抗器、靜觸頭的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。
圖12中介體和觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖。
圖13觸點(diǎn)閉合時的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為正視圖、(b)為側(cè)視圖。
圖14觸點(diǎn)打開時的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為正視圖、(b)為側(cè)視圖。
標(biāo)號說明D為動觸頭，J為靜觸頭，Cd為閉合的觸點(diǎn)，KMA、KMB、KMC為主觸點(diǎn)，KMa、KMb、KMc為輔助觸點(diǎn)ZK、Zka、Zkb、Zkc為電抗，L是電感器，C是電容器，ZL是負(fù)載阻抗，iA、iB、iC是三相電流，UCA、UCB、UCC是電容端電壓，T為彈力機(jī)構(gòu)，ZJ為中介體，JY為絕緣體，LJ為電氣連接裝置，觸點(diǎn)底座為DZ，具體實(shí)施方式
基本結(jié)構(gòu)介紹如圖1所示，圖1(a)為閉合時觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖，D為動觸頭，J為靜觸頭，中間粗橫線即閉合的觸點(diǎn)，以Cd表示。圖1(b)為觸點(diǎn)打開時的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖2所示，本實(shí)用新型是在現(xiàn)有開關(guān)觸點(diǎn)的動觸頭和靜觸頭之間連接大電抗ZK，當(dāng)動觸頭D向靜觸頭J的反方向打開時，兩個觸點(diǎn)從閉合變成分開，在兩個觸點(diǎn)間的瞬時電壓為零電壓，同時電流從大電抗ZK旁路通過。
圖3是大電抗ZK的兩種構(gòu)成形式，圖3(a)是由電容C構(gòu)成的大電抗，圖3(b)是由電容C和電感L并聯(lián)構(gòu)成的大電抗，在后續(xù)圖中以電抗ZK統(tǒng)一表示這兩種構(gòu)成方式。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型予以具體描述。
實(shí)施例1如圖4為三相主觸點(diǎn)及續(xù)流電抗、輔助主觸點(diǎn)的實(shí)施結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖5為主觸點(diǎn)和輔助主觸點(diǎn)都接通(開關(guān)電器處于開通狀態(tài))時的電壓、電流圖。這時由于主觸點(diǎn)接通，電流從主觸點(diǎn)流過，而續(xù)流電抗、輔助主觸點(diǎn)電路有大電抗存在沒有電流通過，相當(dāng)于被主觸點(diǎn)“短路”，電容兩端電壓為零。
圖6開關(guān)電器主觸點(diǎn)先分?jǐn)鄷r的電流與電壓。這時電流從續(xù)流電抗、輔助主觸點(diǎn)電路續(xù)流流過。
圖7開關(guān)電器主觸點(diǎn)分?jǐn)嗪蟮睦m(xù)流電流，已經(jīng)被抑制到很小的程度。
圖8輔助主觸點(diǎn)后分?jǐn)鄷r，切斷已很小的續(xù)流電流的示意圖。
在附圖中以接觸器KM為例代表一般開關(guān)電器，圖中KMA、KMB、KMC標(biāo)示的是接觸器的三相主觸點(diǎn)，KMa、KMb、KMc標(biāo)示的是接觸器的三相輔助主觸點(diǎn)，L是電感器，C是電容器，ZL是負(fù)載阻抗，iA、iB、iC是三相電流，UCA、UCB、UCC是電容端電壓。
如圖4所示的電路，包括開關(guān)電器的主觸點(diǎn)和輔助主觸點(diǎn)，電抗器。其中主觸點(diǎn)和輔助主觸點(diǎn)的超程不同，輔助主觸點(diǎn)的超程較大，因此其打開比主觸點(diǎn)晚。電抗器可由電容器單獨(dú)構(gòu)成，也可由電感器和電容器并聯(lián)組成。當(dāng)開關(guān)電器接通電路時，由電抗器和輔助主觸點(diǎn)組成的電路被主觸點(diǎn)“短路”，沒有電流通過，電容器兩端的電位相等，即是“同一點(diǎn)”，所以電容器的端電壓等于零，為“零電位”。當(dāng)開關(guān)電器打開時，主觸點(diǎn)先分?jǐn)?，輔助主觸點(diǎn)的超程較大故后分?jǐn)?，電流在此瞬間從電抗器和輔助主觸點(diǎn)組成的電路旁路續(xù)流通過。在主觸點(diǎn)先分?jǐn)鄷r，因為電容兩端電壓不能突變，所以在打開瞬間，主觸點(diǎn)兩點(diǎn)間為零電壓，這就取消了燃弧的條件。另一方面，電流從電抗器和輔助主觸點(diǎn)組成的電路“旁路”續(xù)流時，此電路的阻抗要比空氣介質(zhì)小得多，因此引開了電流使主觸點(diǎn)在分?jǐn)嚯娐窌r不會產(chǎn)生電弧。電抗器的電抗很大，其限流作用十分顯著，所以旁路續(xù)流電流馬上被限制在一個很小的數(shù)值，在輔助主觸點(diǎn)隨后打開時也不會產(chǎn)生電弧。所以本實(shí)用新型的開關(guān)電器屬于無弧或基本無弧分?jǐn)?，電器可以在這種條件下長期可靠工作。
由電感器和電容器并聯(lián)組成的電抗器，其電感器的感抗值和電容器的容抗值基本相同，但符號相反。電抗器電抗的計算式為Z＝ZLZC/(ZL-ZC)其中ZL為RL+ωL，ZC為RC+ωC，因為ωL≈ωC，即ZL≈ZC，所以Z的分母很小，而分子ZLZC很大，可見電抗器的電抗Z很大。
由電感器和電容器并聯(lián)組成的電抗器在工作時有一個顯著的優(yōu)點(diǎn)，就是能使電路能量在其內(nèi)部饋送吸收，不會對觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娐樊a(chǎn)生不利影響。
工作過程1、閉合當(dāng)開關(guān)電器線圈得電時，如圖5所示，此時電流從主觸點(diǎn)KMA、KMB、KMC通過，由電抗器和輔助主觸點(diǎn)組成的電路被主觸點(diǎn)“短路”，沒有電流通過。電容器兩端的電位相等，即是“同一點(diǎn)”，所以電容器的端電壓等于零，為“零電位”。
2、打開當(dāng)開關(guān)電器線圈失電時，主觸點(diǎn)先打開，如圖6所示，此時電流從電抗器和輔助主觸點(diǎn)組成的電路“旁路”續(xù)流，同時因為電容兩端電壓不能突變，所以在打開瞬間主觸點(diǎn)的動、靜觸點(diǎn)兩點(diǎn)間為零電壓；原來通過主觸點(diǎn)的工作電流一方面有旁路續(xù)流通道，另一方面又被零電壓所限制，所以不存在燃弧的條件。
在輔助主觸點(diǎn)后打開時，如圖4所示，由于電抗器的電抗很大，因此續(xù)流電流已經(jīng)被限制在一個很小的數(shù)值，所以不會產(chǎn)生電弧，屬于無弧或微弧分?jǐn)?，電器可以在這種條件下長期可靠工作。
實(shí)施例2如圖9所示，由電抗器ZKa和輔助主觸點(diǎn)KMa組成的電路在開關(guān)電器外，因此可在不增加現(xiàn)有產(chǎn)品的外形尺寸條件下用于對現(xiàn)有產(chǎn)品的改良，也可以將其代替現(xiàn)有的滅弧裝置而和開關(guān)電器主體部分合在一起構(gòu)成新產(chǎn)品。當(dāng)輔助主觸點(diǎn)和主觸點(diǎn)分開時，不再由一個線圈控制，而是由兩個線圈控制。輔助主觸點(diǎn)的控制線圈位于主回路上，當(dāng)主觸點(diǎn)分?jǐn)嘀骰芈窌r，輔助主觸點(diǎn)的控制線圈失電，于是輔助主觸點(diǎn)KMa隨之打開，這就保證了主觸點(diǎn)先打開，輔助主觸點(diǎn)隨后打開的工作次序。在主觸點(diǎn)閉合時，輔助主觸點(diǎn)的控制線圈得電，輔助主觸點(diǎn)隨之閉合，但因接通的大電抗被主觸點(diǎn)“短路”，所以其中無電流通過。
實(shí)施例3如圖10、圖11所示，T為彈力機(jī)構(gòu)，ZJ為中介體，JY為絕緣體，LJ為電氣連接裝置，觸點(diǎn)底座為DZ。
實(shí)施例構(gòu)造說明如圖10所示，中介體ZJ及其附屬裝置由導(dǎo)電的中介體ZJ，彈力機(jī)構(gòu)T和起固定、分隔、限位作用的絕緣體JY所組成。彈力機(jī)構(gòu)T位于絕緣體JY的空腔內(nèi)，中介體ZJ的兩端分別支撐在一個位于絕緣體JY空腔內(nèi)的彈力機(jī)構(gòu)T上；中介體ZJ有兩個位置，當(dāng)觸頭閉合時，中介體ZJ在彈力機(jī)構(gòu)T的作用下在下限位位置，在動、靜觸頭D、J的中間，可參見圖13；當(dāng)觸頭打開時，中介體ZJ在彈力機(jī)構(gòu)T的彈力作用下，恢復(fù)到上限位位置，與動、靜觸頭D、J均不接觸，可參見圖14。中介體ZJ和電抗器ZK、靜觸頭J的關(guān)系如圖11所示，中介體ZJ和靜觸頭J之間接電抗器ZK，當(dāng)觸頭閉合時中介體ZJ和靜觸頭J貼在一起，電抗器ZK中的電容器兩端成為“同一點(diǎn)”；當(dāng)觸頭打開時電容器兩端分開。中介體ZJ和觸點(diǎn)J關(guān)系圖如圖12所示，觸點(diǎn)J的位置在中介體ZJ中央，中介體ZJ可以介于動、靜觸頭D、J的中間，由動、靜觸頭D、J將中介體ZJ夾在中間；也可以在中介體ZJ相對于觸點(diǎn)的位置開出一大小與觸點(diǎn)相同的孔，不影響動、靜觸點(diǎn)的閉合與接觸，但中介體隨動觸點(diǎn)底座的動作而動作。電抗器與中介體的電氣連接裝置有多種形式，可以是導(dǎo)電軟線或其他能保證導(dǎo)電并自如移動的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3包括復(fù)合主觸點(diǎn)和電抗器。復(fù)合主觸點(diǎn)由動、靜觸點(diǎn)和中介體及其附屬裝置組成，動、靜觸點(diǎn)串接在主電路中，一端與電源相聯(lián)，另一端經(jīng)過負(fù)載阻抗ZL后接到電源另一端；中介體及其附屬裝置由導(dǎo)電的中介體，彈力機(jī)構(gòu)及有著固定、分隔和限位結(jié)構(gòu)的絕緣體所組成，電抗器連接在中介體和靜觸點(diǎn)之間，電抗器可由電容器構(gòu)成，也可由電容器和電感器并聯(lián)組成。當(dāng)開關(guān)電器線圈得電時，動、靜觸點(diǎn)閉合皆與中介體接觸，此時連接在中介體和靜觸點(diǎn)之間的電容器被“短路”，兩端的電位相等，即是“同一點(diǎn)”，所以電容器的端電壓等于零，為“零電位”。當(dāng)開關(guān)電器線圈失電時，動觸點(diǎn)跳起，彈力機(jī)構(gòu)將中介體彈起，此時電容的兩個端點(diǎn)開始分離，因為電容兩端電壓不能突變，所以在打開瞬間，中介體和靜觸點(diǎn)兩點(diǎn)間為零電壓，兩點(diǎn)間不存在電壓也就不會有電流通過，這就等于是“釜底抽薪”，取消了燃弧的條件。另一方面，在動觸點(diǎn)與中介體尚未完全分離的瞬間，電流可能經(jīng)電抗器、靜觸點(diǎn)構(gòu)成的電路流過，但因電抗很大，所以電流馬上被限制在一個很小的數(shù)值，不會產(chǎn)生電弧。如果在打開瞬間，動觸點(diǎn)先與中介體分離，在極短瞬間內(nèi)有產(chǎn)生電弧的可能，但中介體迅即跳起，中介體與靜觸點(diǎn)之間的零電壓起到了消弧的作用，在電弧將燃未燃時就予以消除，所以屬于基本無弧或微弧分?jǐn)啵娖骺梢栽谶@種條件下長期可靠工作。
工作過程1、閉合當(dāng)開關(guān)電器線圈得電時，動、靜觸點(diǎn)閉合將中介體夾住或皆與中介體接觸，此時連接在中介體和靜觸點(diǎn)之間的電容器被“短路”，兩端的電位相等，即是“同一點(diǎn)”，所以電容器的端電壓等于零，為“零電位”。
2、打開當(dāng)開關(guān)電器線圈失電時，動觸點(diǎn)跳起，彈力機(jī)構(gòu)將中介體彈起，此時電容的兩個端點(diǎn)開始分離，因為電容兩端電壓不能突變，所以在打開瞬間，中介體和靜觸點(diǎn)兩點(diǎn)間為零電壓，這就取消了燃弧的條件。在動觸點(diǎn)與中介體尚未完全分離的瞬間，電流可能經(jīng)電抗器、靜觸點(diǎn)構(gòu)成的電路流過，但因電抗很大，所以電流馬上被限制在一個很小的數(shù)值，不會產(chǎn)生電弧。
權(quán)利要求1.一種零壓續(xù)限流消弧電器裝置，它包括開關(guān)觸點(diǎn)，其特征在于它還包括電抗，開關(guān)觸點(diǎn)包括動觸頭和靜觸頭；電抗的一端與動觸頭連接，另一端與靜觸頭連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的零壓續(xù)限流消弧電器裝置，其特征在于觸點(diǎn)開關(guān)包括復(fù)合主觸點(diǎn)和電抗器，復(fù)合主觸點(diǎn)由動、靜觸點(diǎn)和中介體及其附屬裝置組成，動、靜觸點(diǎn)串接在主電路中，一端與電源相聯(lián)，另一端經(jīng)過負(fù)載阻抗ZL后接到電源另一端；中介體及其附屬裝置由導(dǎo)電的中介體，彈力機(jī)構(gòu)及有著固定、分隔和限位結(jié)構(gòu)的絕緣體所組成，電抗器連接在中介體和靜觸點(diǎn)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的零壓續(xù)限流消弧電器裝置，其特征在于電抗器由電容器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的零壓續(xù)限流消弧電器裝置，其特征在于電抗器由電容器和電感器并聯(lián)組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無弧或微弧的零壓續(xù)限流消弧電器裝置，它包括開關(guān)觸點(diǎn)，其特征在于它還包括電抗，開關(guān)觸點(diǎn)包括動觸頭和靜觸頭；電抗的一端與動觸頭連接，另一端與靜觸頭連接。本實(shí)用新型裝置即零電壓、旁路續(xù)限流消弧電器裝置，可在基本不產(chǎn)生電弧的情況下切斷工作電路的電源，變“滅弧關(guān)斷”為“消弧關(guān)斷”，是一種全新意義上的開關(guān)電器。它既保留了傳統(tǒng)開關(guān)電器機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，又具備了其不具有的無弧關(guān)斷的特點(diǎn)，因此能保證可靠的技術(shù)性能，是一種新穎的開關(guān)電器。
文檔編號H01H9/30GK2785111SQ20052009630
公開日2006年5月31日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者陳堅, 李光輝, 唐興勇 申請人:福州大學(xué)