消除直流器件觸頭電弧的裝置和具有該裝置的直流斷路器、直流接觸器、直流插座的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種消除直流器件觸頭電弧的裝置，包括動(dòng)觸頭Mc和固定觸頭CC，還包括滯后分?jǐn)嘤|頭J、半導(dǎo)體元件、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與半導(dǎo)體元件的輸入極相連接，半導(dǎo)體元件的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在半導(dǎo)體元件的輸出極和基極之間，半導(dǎo)體元件的輸出極與滯后分?jǐn)嘤|頭J相連接。本實(shí)用新型通過(guò)增加滯后分?jǐn)嘤|頭J，由它來(lái)啟動(dòng)半導(dǎo)體元件工作，并在滯后分?jǐn)噙^(guò)程中充分利用半導(dǎo)體元件的關(guān)斷性能，安全可靠地分?jǐn)嘀绷麟姡瑥亩鴮?shí)現(xiàn)在分?jǐn)噙^(guò)程中消除電弧之目的。該裝置及其方法適用于高壓或低壓的直流斷路器、直流接觸器、直流插座，而且具有較強(qiáng)實(shí)用性。
【專利說(shuō)明】
消除直流器件觸頭電弧的裝置和具有該裝置的直流斷路器、直流接觸器、直流插座
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于直流電路中電力器件觸頭滅弧技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種消除直流器件觸頭電弧的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的觸頭型直流斷路器、直流接觸器都會(huì)產(chǎn)生一定的電弧，既影響其使用壽命又妨礙安全，特別是直流電壓較高的情況下，電弧問(wèn)題更為突出，滅弧措施十分必要?；旌闲椭绷鲾嗦菲饕蚓€路復(fù)雜，實(shí)際使用時(shí)有一定的難度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種原理簡(jiǎn)單、科學(xué)有效、安全可靠的消除直流器件觸頭電弧的裝置。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:消除直流器件觸頭電弧的裝置，包括動(dòng)觸頭Mc和固定觸頭CC，還包括滯后分?jǐn)嘤|頭J、半導(dǎo)體元件、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與半導(dǎo)體元件的輸入極相連接，半導(dǎo)體元件的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在半導(dǎo)體元件的輸出極和基極之間，半導(dǎo)體元件的輸出極與滯后分?jǐn)嘤|頭J相連接。
[0005]半導(dǎo)體元件為三極管，也可為絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)或集成門極換流晶閘管(IGCT)0
[0006]具有上述消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流斷路器，動(dòng)觸頭Mc與滯后分?jǐn)嘤|頭J通過(guò)滑動(dòng)面相互連接。
[0007]具有上述消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流接觸器，上下兩組動(dòng)觸頭的行程不一樣，上下兩組固定觸頭一端相互連接。
[0008]具有上述消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流插座，具有a、b、e三個(gè)固定觸頭，其中e與直流電源V-連接，固定觸頭b、e位置一致，a固定觸頭低于低于b固定觸頭。
[0009]針對(duì)目前解決直流器件觸頭電弧缺乏有效措施的問(wèn)題，發(fā)明人設(shè)計(jì)制作了一種消除直流器件觸頭電弧的裝置，包括動(dòng)觸頭Mc和固定觸頭CC，還包括滯后分?jǐn)嘤|頭J、半導(dǎo)體元件、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與半導(dǎo)體元件的輸入極相連接，半導(dǎo)體元件的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在半導(dǎo)體元件的輸出極和基極之間，半導(dǎo)體元件的輸出極與滯后分?jǐn)嘤|頭J相連接。本實(shí)用新型通過(guò)增加滯后分?jǐn)嘤|頭J，由它來(lái)啟動(dòng)半導(dǎo)體元件工作，并在滯后分?jǐn)噙^(guò)程中充分利用半導(dǎo)體元件的關(guān)斷性能，安全可靠地分?jǐn)嘀绷麟?，從而?shí)現(xiàn)在分?jǐn)噙^(guò)程中消除電弧之目的。該裝置及其方法適用于高壓或低壓的直流斷路器、直流接觸器、直流插座，而且具有較強(qiáng)實(shí)用性。首先，在正常使用時(shí)，較脆弱半導(dǎo)體元件的輸入輸出極被短路，不會(huì)產(chǎn)生影響元件使用的熱量，而且工作時(shí)間也很短;其次，由于增加的滯后分?jǐn)嘤|頭，巧妙地啟動(dòng)并瞬時(shí)改變了半導(dǎo)體元件的工作狀態(tài);第三，滯后分?jǐn)嘤|頭也使充放電阻R具有兩個(gè)工作狀態(tài)，正常工作時(shí)，充放電阻R給電容充電，斷開時(shí)，充放電阻R給電容放電，簡(jiǎn)化了電路。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1動(dòng)觸頭與固定觸頭及滯后分?jǐn)嘤|頭均接觸結(jié)構(gòu)及狀態(tài)示意圖，圖中:21轉(zhuǎn)軸，22軟連接。
[0011]圖2動(dòng)觸頭與固定觸頭及滯后分?jǐn)嘤|頭均接觸電路原理圖。
[0012]圖3是動(dòng)觸頭與固定觸頭分?jǐn)嗯c滯后分?jǐn)嘤|頭接觸結(jié)構(gòu)及狀態(tài)示意圖。
[0013]圖4是動(dòng)觸頭與固定觸頭分?jǐn)嗯c滯后分?jǐn)嘤|頭接觸電路原理圖。
[0014]圖5是直流斷路器分?jǐn)鄷r(shí)結(jié)構(gòu)及狀態(tài)示意圖。
[0015]圖6是直流斷路器分?jǐn)鄷r(shí)電路原理圖。
[0016]圖7是分?jǐn)鄷r(shí)動(dòng)觸頭對(duì)V-的電壓變化圖，圖中:51動(dòng)觸頭與固定觸頭分?jǐn)鄷r(shí)的電壓，52動(dòng)觸頭與固定觸頭分?jǐn)嗪鬁蠓謹(jǐn)嘤|頭的電壓變化曲線，53動(dòng)觸頭與滯后分?jǐn)嘤|頭分?jǐn)鄷r(shí)間。
[0017]圖8是目前常用斷路器示意圖。
[0018]圖9是帶滯后觸頭斷路器示意圖。
[0019]圖10是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流斷路器原理圖，圖中:71負(fù)載。
[0020]圖11是普通插頭插座不思圖，圖中:虛線框內(nèi)為插座，I為插頭I腳，2為插頭2腳，81負(fù)載。
[0021 ]圖12是直流插頭插座示意圖，圖中:虛線框內(nèi)為插座，I為插頭I腳，2為插頭2腳，81負(fù)載，82滅弧電路。
[0022]圖13具有消除直流器件觸頭電弧的裝置插座原理圖，圖中:I插頭I腳，2插頭2腳，91負(fù)載。
[0023]圖14是普通接觸器吸合狀態(tài)示意圖，圖中:100線圈，101上動(dòng)觸頭，102下動(dòng)觸頭。
[0024]圖15是帶滯后分?jǐn)嘤|頭接觸器未完全吸合狀態(tài)示意圖，圖中:100線圈，101上動(dòng)觸頭，102下動(dòng)觸頭。
[0025]圖16是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置直流接觸器原理圖，圖中:I第一組觸頭，2第二組觸頭，110線圈，111負(fù)載。
[0026]圖17是IGBT替換三極管的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]一、基本原理(以半導(dǎo)體元件是三極管為例)
[0028]1.電路結(jié)構(gòu)
[0029]如圖3所示，本實(shí)用新型消除直流器件觸頭電弧的裝置包括動(dòng)觸頭Mc和固定觸頭CC，還包括滯后分?jǐn)嘤|頭J、三極管Q、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與三極管Q的集電極相連接，三極管Q的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在三極管Q的發(fā)射極和基極之間，三極管Q的發(fā)射極與滯后分?jǐn)嘤|頭J相連接。與常規(guī)觸頭分?jǐn)嘞啾龋撗b置增加了三極管Q、電容C、充放電阻R及滯后分?jǐn)嘤|頭J，減去了滅弧罩。
[0030]2.方法過(guò)程
[0031]使用上述裝置消除直流器件觸頭電弧的方法，在一路分?jǐn)帱c(diǎn)上，具有動(dòng)觸頭Mc、固定觸頭CC和滯后分?jǐn)嘤|頭J共三個(gè)觸頭，分?jǐn)鄷r(shí)有兩個(gè)過(guò)程:首先是動(dòng)觸頭Mc與固定觸頭CC分?jǐn)?，然后是?dòng)觸頭Mc與滯后分?jǐn)嘤|頭J分?jǐn)?；?dāng)動(dòng)觸頭Mc與固定觸頭CC接觸時(shí)(開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài))，半導(dǎo)體元件的輸入輸出極被短路，半導(dǎo)體元件不會(huì)產(chǎn)生影響元件使用的熱量。當(dāng)動(dòng)觸頭Mc與固定觸頭CC分離時(shí)，但動(dòng)觸頭Mc與滯后分?jǐn)嘤|頭J仍接觸時(shí)，充放電阻R由充電狀態(tài)瞬間變?yōu)榉烹姞顟B(tài)，半導(dǎo)體元件被啟動(dòng)并迅速由飽和導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂?br>[0032]如圖1至7所示，具體過(guò)程如下:
[0033]〈1>當(dāng)Mc與J、CC均連接時(shí)(圖1)，三極管Q的集電極與發(fā)射極短路(圖2)，電壓V+通過(guò)電阻R向電容C充電。
[0034]〈2>動(dòng)觸頭Mc與固定觸頭CC分?jǐn)?，但與滯后分?jǐn)嘤|頭J仍接觸時(shí)(圖3)，三極管Q的集電極與發(fā)射極短路點(diǎn)斷開(圖4)，三極管Q的基極由于電容C的高電位而使三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，CC與J之間電位差是三極管的飽和壓降(小于I伏)，故Mc從CC處分?jǐn)嗖粫?huì)有大的電弧。
[0035]〈3>動(dòng)觸頭Mc與固定觸頭CC分?jǐn)鄷r(shí)，但與滯后分?jǐn)嘤|頭J仍接觸時(shí)，電阻R也不再給電容充電，而成為放電電阻，使三極管Q基極電位迅速下降，三極管Q也由飽和導(dǎo)通迅速變?yōu)榻刂?，并使J點(diǎn)電位迅速下降至接近V-;此時(shí)動(dòng)觸頭Mc離開滯后分?jǐn)嘤|頭J不會(huì)產(chǎn)生電弧，從而實(shí)現(xiàn)了動(dòng)觸頭Mc與固定觸頭CC的無(wú)電弧分?jǐn)?圖5和圖6)。
[0036]〈4>圖7中O到tl是三極管Q飽和導(dǎo)通維持時(shí)間，O到t2是動(dòng)觸頭Mc從固定觸頭CC分?jǐn)嗉由蟿?dòng)觸頭Mc從滯后分?jǐn)嘤|頭J分?jǐn)嗟臅r(shí)間；通過(guò)選擇電阻R和電容C的大小即可改變?nèi)龢O管Q導(dǎo)通維持時(shí)間及導(dǎo)通變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間。
[0037]以下各例均未給出各元件Q、R、C的具體參數(shù)，主要因O到t2時(shí)間因直流斷路器、直流接觸器及直流插座而不同(圖7)。
[0038]二、應(yīng)用實(shí)例
[0039]1、直流斷路器
[0040]圖8是目前常用斷路器示意圖。圖9顯示的是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流斷路器?？梢姡瑑烧邉?dòng)觸頭臂不同，本實(shí)用新型直流斷路器動(dòng)觸頭Mc與滯后分?jǐn)嘤|頭J通過(guò)滑動(dòng)面相互連接，既能與固定觸頭CC良好接觸，又能與滯后分?jǐn)嘤|頭J接觸良好。圖10是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置的直流斷路器原理圖。圖中Y是壓敏電阻，D是續(xù)流二極管，F(xiàn)是熔絲，V+與V-作為輸入端;V+與三極管Q的集電極及固定觸頭CC相連接，三極管Q的發(fā)射極與滯后分?jǐn)嘤|頭J相連接，動(dòng)觸頭Mc與V-經(jīng)熔絲的另一端作為輸出端與負(fù)載相連接。其中，Y的作用是吸收直流電源中尖峰和過(guò)壓成分，D是防止負(fù)載產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)損壞元件，F(xiàn)為防止線路短路時(shí)起保護(hù)作用，短路時(shí)由于電流大于三極管能承受的電流，故由直流熔絲保護(hù)分?jǐn)唷?br>[0041]正常分?jǐn)鄷r(shí)，動(dòng)觸頭Mc離開固定觸頭CC的那一刻，但與滯后分?jǐn)嘤|頭J仍接觸時(shí)，三極管Q的基極由于電容C的高電位而使三極管Q處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，CC與J之間電位差是三極管的飽和壓降，小于I伏，故Mc從CC處分?jǐn)嘀挥行〉碾娀鸹āＭ瑫r(shí)，電阻R也不再給電容充電，而成為放電電阻，使三極管Q基極電位迅速下降，三極管Q也由飽和導(dǎo)通迅速變?yōu)榻刂?，并使J點(diǎn)電位迅速下降，從而使動(dòng)觸頭Mc離開滯后分?jǐn)嘤|頭J時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生電弧。
[0042]2、直流插座
[0043]圖11是普通插頭插座示意圖。圖12是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置(滅弧電路)的直流插座示意圖，相比可見插頭沒(méi)有區(qū)別，可以通用。而本實(shí)用新型的直流插座多了一固定觸頭及滅弧電路，該插座直流電源V+上具有a、b兩個(gè)固定觸頭，a起到固定觸頭CC的作用，b起到滯后分?jǐn)嘤|頭J的作用，插頭的某一腳充當(dāng)了動(dòng)觸頭Me。其中，要求b、e固定觸頭位置高度一樣，這是為了防止V+上插頭與b還沒(méi)斷開時(shí)V-上的插頭先斷開(即實(shí)用時(shí)插頭上腳I和腳2應(yīng)同時(shí)離開b、e點(diǎn)，否則三極管Q還沒(méi)截止時(shí)引起電弧)。
[0044]安裝使用時(shí)，把V+與三極管Q的集電極及插座上a相連接，三極管Q的發(fā)射極與插座上b相連接，V-與插座上e相連接。如圖13所示，插入時(shí)插頭I腳經(jīng)過(guò)插座b插入插座a，同時(shí)插頭2腳插入插座e，插入時(shí)不會(huì)拉弧;拔出時(shí)插頭I腳與插座a點(diǎn)分離，但與插座b點(diǎn)仍接通，三極管是導(dǎo)通狀態(tài)，只有很小的電火花；同時(shí)，三極管迅速由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?dāng)插頭I腳與插座b分離時(shí)，也無(wú)電弧;這時(shí)，插頭2腳也與插座e分離，實(shí)現(xiàn)了無(wú)弧帶電拔插。
[0045]3、直流接觸器
[0046]圖14是普通接觸器示意圖，兩組觸頭同時(shí)接觸，同時(shí)分?jǐn)?。圖15是兩組動(dòng)觸頭的行程不一樣的直流接觸器示意圖。
[0047]圖16是具有消除直流器件觸頭電弧的裝置直流接觸器原理圖。虛線框內(nèi)是接觸器的線圈及1、2兩組觸頭。直流接觸器I組的動(dòng)觸頭行程長(zhǎng)于2組的動(dòng)觸頭行程，兩組動(dòng)觸頭的行程不一致，使兩組動(dòng)觸頭與固定觸頭接觸時(shí)間不同，分?jǐn)嗟臅r(shí)間也不同。兩組動(dòng)觸頭組成本發(fā)明中的動(dòng)觸頭Mc，兩組固定觸頭中互相連接的觸頭組成本發(fā)明中的滯后分?jǐn)嘤|頭J，先分?jǐn)嗟囊唤M沒(méi)有互連的固定觸頭作為本發(fā)明中的固定觸頭CC。直流接觸器吸合時(shí)I組與2組觸頭均接通，分?jǐn)鄷r(shí)，I組首先分?jǐn)?，三極管Q的基極由于電容C的高電位而使三極管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，2組與I組之間電位差是三極管的飽和壓降，小于I伏，故分?jǐn)鄷r(shí)只有小的電火花；同時(shí)，電阻R也不再給電容充電，而成為放電電阻，使三極管Q基極電位迅速下降，三極管Q也由飽和導(dǎo)通迅速變?yōu)榻刂?，并?組的電位迅速下降，使2組分?jǐn)鄷r(shí)也不會(huì)產(chǎn)生電弧，從而消除了電弧。使用時(shí)，把V+與三極管Q的集電極及直流接觸器I組的固定觸頭一端相連接，三極管Q的發(fā)射極與直流接觸器I組的固定觸頭另一端及2組的固定觸頭一端相連接，2組固定觸頭另一端與V-作為輸出端與負(fù)載相連接。
[0048]4、IGBT代替三極管
[0049]上述各例中三極管Q可替換為IGBT或IGCT，原理一樣，但電路稍有變動(dòng)。如圖17所示，由于半導(dǎo)體器件IGBT具有柵極輸入阻抗高和柵極易被擊穿等特點(diǎn)，所以沿用原來(lái)電路將無(wú)法保證IGBT可靠工作及關(guān)斷，因此增加了 Dl、D2兩個(gè)二極管。
[0050]當(dāng)電阻R放電時(shí)，Dl的作用是降低IGBT的GE極電位;D2起保護(hù)作用，防止柵極被擊穿。當(dāng)Mc與J、CC均連接時(shí)，IGBT的集電極與發(fā)射極短路，電壓V+通過(guò)電阻R向電容C充電；分?jǐn)鄷r(shí)，動(dòng)觸頭Mc離開固定觸頭CC的那一刻，但與滯后分?jǐn)嘤|頭J仍接觸時(shí)，IGBT的柵極由于電容C的高電位而使IGBT處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，CC與J之間電位差是IGBT的飽和壓降加Dl的壓降，故Mc從CC處分?jǐn)嗖粫?huì)有大的電??；同時(shí)，電阻R也不再給電容充電，而成為放電電阻，使IGBT的柵極電位迅速下降，IGBT也由飽和導(dǎo)通迅速變?yōu)榻刂?，并使J點(diǎn)電位迅速下降，從而使動(dòng)觸頭Mc離開滯后分?jǐn)嘤|頭J時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生電弧。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種消除直流器件觸頭電弧的裝置，包括動(dòng)觸頭Mc和固定觸頭CC，其特征在于還包括滯后分?jǐn)嘤|頭J、半導(dǎo)體元件、電容C和充放電阻R，固定觸頭CC與半導(dǎo)體元件的輸入極相連接，半導(dǎo)體元件的基極與電容C相連接，充放電阻R并聯(lián)在半導(dǎo)體元件的輸出極和基極之間，半導(dǎo)體元件的輸出極與滯后分?jǐn)嘤|頭J相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除直流器件觸頭電弧的裝置，其特征在于:所述半導(dǎo)體元件為三極管、IGBT或IGCT。3.—種直流斷路器，其特征在于具有權(quán)利要求1所述消除直流器件觸頭電弧的裝置，且動(dòng)觸頭Mc與滯后分?jǐn)嘤|頭J通過(guò)滑動(dòng)面相互連接。4.一種直流接觸器，其特征在于具有權(quán)利要求1所述消除直流器件觸頭電弧的裝置，且上下兩組動(dòng)觸頭的行程不一樣，上下兩組固定觸頭一端相互連接。5.—種直流插座，其特征在于具有權(quán)利要求1所述消除直流器件觸頭電弧的裝置，且具有a、b、e三個(gè)固定觸頭，其中e與直流電源V-連接;固定觸頭b、e位置高度一致，a固定觸頭低于b固定觸頭。
【文檔編號(hào)】H01H50/54GK205564657SQ201520880859
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2015年11月6日
【發(fā)明人】沈紅, 沈易, 沈治民
【申請(qǐng)人】沈紅