CN106783396A - 隔离式灭弧装置及无弧开关 - Google Patents

Abstract

本发明隔离式灭弧装置及无弧开关属于电学领域，特别是一种适合应用于电磁开关中作为灭弧用途的隔离式灭弧装置，其包括第一电磁开关、功率半导体器件、第一半导体开关、第二半导体开关、第一半导体器件、一控制单元，所需灭弧的机械开关分断无电弧，所需灭弧的机械开关断开后，功率半导体器件处于开断隔离状态，具有绝缘耐压性能好、工作能耗低、使用方便、可靠性高的优点。

Description

隔离式灭弧装置及无弧开关

技术领域

本发明隔离式灭弧装置及无弧开关属于电学领域，特别是一种适合应用于接触器、继电器及其它电磁开关中作为灭弧用途、且方便使用的隔离式灭弧装置。

背景技术

目前在电气控制***中，广泛使用接触器、继电器等电磁开关对负载进行接通分断控制，由于机械开关在分断电流时会产生电弧，存在机械触点电寿命短，可靠性差的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对接触器、继电器等电磁开关的不足之处而提供一种隔离式灭弧装置及无弧开关，其机械开关分断无电弧，所需灭弧的机械开关断开后，功率半导体器件处于开断隔离状态，具有绝缘耐压性能好、工作能耗低、可靠性高的优点。

实现本发明的目的是通过以下技术方案来达到的：

一种隔离式灭弧装置，其包括第一电磁开关、功率半导体器件、第一半导体开关、第二半导体开关、第一半导体器件、一控制单元，所述第一电磁开关的机械触点与所述功率半导体器件串联而成第一串联电路，所述第一串联电路用于与所需灭弧的第二电磁开关的机械触点并联，所述第一电磁开关的第一控制线圈与所述第一半导体开关串联而成第二串联电路，所述第二半导体开关与所述第二电磁开关的第二控制线圈串联而成第三串联电路，所述第二串联电路与所述第三串联电路并联，所述第二串联电路的所述第一半导体开关端与所述第三串联电路的所述第二控制线圈端连接，所述第一控制线圈与所述第一半导体开关连接的共同端、所述第二控制线圈与所述第二半导体开关连接的共同端通过所述第一半导体器件相连接，所述控制单元与所述功率半导体器件的控制端、所述第一半导体开关的控制端、第二半导体开关的控制端连接。

一种隔离式灭弧装置，所述第一半导体器件为一二极管。

一种隔离式灭弧装置，所述第一半导体开关、所述第二半导体开关为一三极管或一场效应管。

一种隔离式灭弧装置，所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第一半导体器件为晶闸管，所述晶闸管的控制端与所述控制单元连接。

一种隔离式灭弧装置，还包括第一限压半导体器件、第二限压半导体器件，所述第一限压半导体器件与所述第一控制线圈并联或与所述第一半导体开关并联，所述第二限压半导体器件与所述第二控制线圈并联或与所述第二半导体开关并联。

一种隔离式灭弧装置，所述第一电磁开关、所述第二电磁开关在吸合状态下，所述第一半导体开关截止、所述第二半导体开关截止、所述第一半导体器件导通，所述第一控制线圈、所述第一半导体器件、所述第二控制线圈形成串联回路。

一种隔离式灭弧装置，在吸合过程中，所述控制单元控制所述第一半导体开关导通，所述第一电磁开关先吸合，然后控制所述第二半导体开关导通，然后控制所述第一半导体开关截止及所述第二半导体开关截止；在分断过程中，所述控制单元控制所述第一半导体开关导通，控制所述第二电磁开关先断开。

一种隔离式灭弧装置，还包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚，所述控制单元、所述第一电磁开关、所述功率半导体器件、所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第一半导体器件封装在一绝缘材料中，所述控制单元与所述第一半导体开关的控制端、所述第二半导体开关的控制端、所述功率半导体器件的控制端连接，所述第一引脚的内部端、所述第二引脚的内部端与所述第一串联电路两端连接，第三引脚、第四引脚为电源端，第三引脚的内部端、第四引脚的内部端与所述控制单元、所述第二串联电路连接，所述第五引脚的内部端与所述第二半导体开关连接；第一引脚的外部端、第二引脚的外部端用于与第二电磁开关的机械触点连接，第三引脚的外部端、第四引脚的外部端用于连接控制电源，第五引脚的外部端用于与第二电磁开关的控制线圈连接。

一种无弧开关，其包括以上所述的隔离式灭弧装置、所述第二电磁开关。

工作原理：在吸合过程中，控制单元控制第一半导体开关导通、第一电磁开关先吸合，然后控制第二半导体开关导通、控制功率半导体器件导通（需要做闭合灭弧时），第二电磁开关再吸合，达到对第二电磁开关闭合灭弧的目的，然后再控制第一半导体开关截止、第二半导体开关截止，第一电磁开关、第二电磁开关在吸合状态下，第一半导体开关截止、第二半导体开关截止、第一半导体器件导通，第一电磁开关的控制线圈、第一半导体器件、第二电磁开关的控制线圈形成串联回路，达到节能的作用；在分断过程中，控制单元控制第一半导体开关导通，控制第二电磁开关先断开，然后第一电磁开关断开，达到无电弧分断的目的。

本发明隔离式灭弧装置及无弧开关设计合理，不但不增加原有第二电磁开关的驱动保持功耗，反而可以节约第二电磁开关保持功耗，具有使用方便、体积小、工作能耗低、温升低的优点。

附图说明

图1是本发明隔离式灭弧装置及无弧开关的实施例之一电路原理图。

图2是本发明隔离式灭弧装置及无弧开关的实施例之二电路原理图。

具体实施方式

本发明隔离式灭弧装置及无弧开关实施例之一，如图1所示：

一种隔离式灭弧装置，其包括第一电磁开关K1、功率半导体器件TR1（晶闸管）、第一半导体开关Q1（三极管，也可以采用场效应管）、第二半导体开关Q2（三极管，也可以采用场效应管）、第一半导体器件D1（二极管）、控制单元（A）、第一限压半导体器件Z1（稳压二极管）、第二限压半导体器件Z2（稳压二极管），第一限压半导体器件Z1与第一半导体开关Q1并联，第二限压半导体器件Z2与第二半导体开关Q2并联，第一电磁开关K1的机械触点与功率半导体器件TR1串联而成第一串联电路，第一串联电路用于与所需灭弧的第二电磁开关K2的机械触点并联，第一电磁开关K1的控制线圈与第一半导体开关Q1串联而成第二串联电路，第二半导体开关Q2与第二电磁开关K2的控制线圈串联而成第三串联电路，第二串联电路与第三串联电路并联，第二串联电路的第一半导体开关Q1端与第三串联电路的第二电磁开关K2的控制线圈端连接，第一电磁开关K1的控制线圈与第一半导体开关Q1连接的共同端、第二电磁开关K2的控制线圈与第二半导体开关Q2连接的共同端通过第一半导体器件D1相连接，控制单元（A）与功率半导体器件TR1的控制端、第一半导体开关Q1的控制端、第二半导体开关Q2的控制端连接。

第一限压半导体器件Z1、第二限压半导体器件Z2用于吸收控制线圈过电压，分别防止损坏第一半导体开关Q1、第二半导体开关Q2，当第一半导体开关Q1、第二半导体开关Q2带限压时，可以省略。第一限压半导体器件Z1、第二限压半导体器件Z2也可以分别与第一电磁开关K1的控制线圈、第二电磁开关K2的控制线圈并联，第一限压半导体器件Z1、第二限压半导体器件Z2可以采用二极管，工作原理相同。

工作原理：在吸合过程中，控制单元（A）控制第一半导体开关Q1导通、第一电磁开关K1先吸合，然后控制第二半导体开关Q2导通、控制功率半导体器件TR1导通，第二电磁开关K2再吸合，达到对第二电磁开关K2闭合灭弧的目的，然后再控制第一半导体开关Q1截止、第二半导体开关Q2截止，第一电磁开关K1、第二电磁开关K2在吸合状态下，第一半导体开关Q1截止、第二半导体开关Q2截止、第一半导体器件D1导通，第一电磁开关K1的控制线圈、第一半导体器件D1、第二电磁开关K2的控制线圈形成串联回路，达到节能的作用；在分断过程中，控制单元（A）控制第一半导体开关Q1导通，控制第二电磁开关K2先断开，然后第一电磁开关K1断开，达到无电弧分断的目的。

一种无弧开关，其包括以上所述的隔离式灭弧装置还包括第二电磁开关K2。

本实施例隔离式灭弧装置及无弧开关，具有可靠性高、工作能耗低、温升低的优点。

本发明隔离式灭弧装置及无弧开关实施例之二，如图2所示：

一种隔离式灭弧装置，其包括第一电磁开关K1、功率半导体器件TR1（晶闸管）、第一半导体开关Q1（三极管，也可以采用场效应管）、第二半导体开关Q2（三极管，也可以采用场效应管）、第一半导体器件D1（二极管）、控制单元（A）、第一限压半导体器件Z1（稳压二极管）、第二限压半导体器件Z2（稳压二极管）、第一引脚P1、第二引脚P2、第三引脚P3、第四引脚P4、第五引脚P5，第一限压半导体器件Z1与第一半导体开关Q1并联，第二限压半导体器件Z2与第二半导体开关Q2并联，第一电磁开关K1的机械触点与功率半导体器件TR1串联而成第一串联电路，第一串联电路通过第一引脚P1、第二引脚P2与所需灭弧的第二电磁开关K2的机械触点并联，第一电磁开关K1的控制线圈与第一半导体开关Q1串联而成第二串联电路，第二半导体开关Q2通过第五引脚P5与第二电磁开关K2的控制线圈串联而成第三串联电路，第二串联电路与第三串联电路并联，第二串联电路的第一半导体开关Q1端与第三串联电路的第二电磁开关K2的控制线圈端连接，第一电磁开关K1的控制线圈与第一半导体开关Q1连接的共同端、第二电磁开关K2的控制线圈与第二半导体开关Q2连接的共同端通过第一半导体器件D1相连接，控制单元（A）与功率半导体器件TR1的控制端、第一半导体开关Q1的控制端、第二半导体开关Q2的控制端连接。控制单元（A）、第一电磁开关K1、功率半导体器件TR1、第一半导体开关Q1、第二半导体开关Q2、第一半导体器件D1封装在一绝缘材料中，第一引脚P1的内部端、第二引脚P2的内部端与第一串联电路两端连接，第三引脚P3、第四引脚P4为电源端，第三引脚P3的内部端、第四引脚P4的内部端与控制单元（A）、第二串联电路连接，第五引脚P5的内部端与第二半导体开关Q2连接；第一引脚P1的外部端、第二引脚P2的外部端用于与第二电磁开关K2的机械触点连接，第三引脚P3的外部端、第四引脚P4的外部端用于连接控制电源，第五引脚P5的外部端用于连接第二电磁开关K2的控制线圈。

第一限压半导体器件Z1、第二限压半导体器件Z2用于吸收控制线圈过电压，分别防止损坏第一半导体开关Q1、第二半导体开关Q2，当第一半导体开关Q1、第二半导体开关Q2带限压时，可以省略。第一限压半导体器件Z1、第二限压半导体器件Z2也可以分别与第一电磁开关K1的控制线圈、第二电磁开关K2的控制线圈并联，第一限压半导体器件Z1、第二限压半导体器件Z2可以采用二极管，工作原理相同。

工作原理：在吸合过程中，第三引脚P3的外部端、第四引脚P4输入控制电源，控制单元（A）控制第一半导体开关Q1导通、第一电磁开关K1先吸合，然后控制第二半导体开关Q2导通、控制功率半导体器件TR1导通，第二电磁开关K2再吸合，达到对第二电磁开关K2闭合灭弧的目的，然后再控制第一半导体开关Q1截止、第二半导体开关Q2截止，第一电磁开关K1、第二电磁开关K2在吸合状态下，第一半导体开关Q1截止、第二半导体开关Q2截止、第一半导体器件D1导通，第一电磁开关K1的控制线圈、第一半导体器件D1、第二电磁开关K2的控制线圈形成串联回路，达到节能的作用；在分断过程中，控制单元（A）控制第一半导体开关Q1导通，控制第二电磁开关K2先断开，然后第一电磁开关K1断开，达到无电弧分断的目的。

一种无弧开关，其包括以上所述的隔离式灭弧装置还包括第二电磁开关K2。

本实施例隔离式灭弧装置及无弧开关，具有可靠性高、工作能耗低、温升低的优点。

以上实施例，当第一电磁开关K1、第二电磁开关K2为交流交流驱动时，第一半导体开关Q1、第二半导体开关Q2、第一半导体器件D1可以采用晶闸管，晶闸管的控制端与控制单元（A）连接。

本实施例，具有使用方便、工作能耗低、温升低、可靠性高的优点。

综上所述，使用本发明可实现机械开关分断无电弧，机械开关断开后，功率半导体器件处于开断隔离状态，具有绝缘耐压性能好、工作能耗低、温升低、可靠性高的优点。

Claims (9)

1.一种隔离式灭弧装置，其包括第一电磁开关、功率半导体器件、第一半导体开关、第二半导体开关、第一半导体器件、一控制单元，所述第一电磁开关的机械触点与所述功率半导体器件串联而成第一串联电路，所述第一串联电路用于与所需灭弧的第二电磁开关的机械触点并联，所述第一电磁开关的控制线圈与所述第一半导体开关串联而成第二串联电路，所述第二半导体开关与所述第二电磁开关的控制线圈串联而成第三串联电路，所述第二串联电路与所述第三串联电路并联，所述第二串联电路的所述第一半导体开关端与所述第三串联电路的所述第二电磁开关的控制线圈端连接，所述第一电磁开关的控制线圈与所述第一半导体开关连接的共同端、所述第二电磁开关的控制线圈与所述第二半导体开关连接的共同端通过所述第一半导体器件相连接，所述控制单元与所述功率半导体器件的控制端、所述第一半导体开关的控制端、所述第二半导体开关的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的隔离式灭弧装置，其特征是：所述第一半导体器件为一二极管。

3.根据权利要求2所述的隔离式灭弧装置，其特征是：所述第一半导体开关、所述第二半导体开关为一三极管或一场效应管。

4.根据权利要求1所述的隔离式灭弧装置，其特征是：还包括第一限压半导体器件、第二限压半导体器件，所述第一限压半导体器件与所述第一电磁开关的控制线圈并联或与所述第一半导体开关并联，所述第二限压半导体器件与所述第二电磁开关的控制线圈并联或与所述第二半导体开关并联。

5.根据权利要求1所述的隔离式灭弧装置，其特征是：所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第一半导体器件为晶闸管，所述晶闸管的控制端与所述控制单元连接。

6.根据权利要求1所述的隔离式灭弧装置，其特征是：所述第一电磁开关、所述第二电磁开关在吸合状态下，所述第一半导体开关截止、所述第二半导体开关截止、所述第一半导体器件导通，所述第一电磁开关的控制线圈、所述第一半导体器件、所述第二电磁开关的控制线圈形成串联回路。

7.根据权利要求6所述的隔离式灭弧装置，其特征是：在吸合过程中，所述控制单元控制所述第一半导体开关导通，所述第一电磁开关先吸合，然后控制所述第二半导体开关导通，然后控制所述第一半导体开关截止及所述第二半导体开关截止；在分断过程中，所述控制单元控制所述第一半导体开关导通，控制所述第二电磁开关先断开。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的隔离式灭弧装置，其特征是：还包括第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚，所述控制单元、所述第一电磁开关、所述功率半导体器件、所述第一半导体开关、所述第二半导体开关、所述第一半导体器件封装在一绝缘材料中，所述控制单元与所述第一半导体开关的控制端、所述第二半导体开关的控制端、所述功率半导体器件的控制端连接，所述第一引脚的内部端、所述第二引脚的内部端与所述第一串联电路两端连接，第三引脚、第四引脚为电源端，第三引脚的内部端、第四引脚的内部端与所述控制单元、所述第二串联电路连接，所述第五引脚的内部端与所述第二半导体开关连接；第一引脚的外部端、第二引脚的外部端用于与第二电磁开关的机械触点连接，第三引脚的外部端、第四引脚的外部端用于连接控制电源，第五引脚的外部端用于与第二电磁开关的控制线圈连接。

9.一种无弧开关，其特征是：其包括权利要求1至7任一权利要求所述的隔离式灭弧装置、所述第二电磁开关。