CN107331558B - 一种交流开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种交流开关装置，采用双交流开关，双交流开关两端交叉连接有由两只可控硅反向并联组成的电流转移电路，从而形成了2路电流转移电路，通过检测输入电压和输入电流的方向，能选择性地开通某路电流转移电路，使得即刻实现输入电压和输入电流的方向相反或通过电流转移电路中的两只可控硅实现将交流开关两端的电弧电压钳位为输入电压，当在双交流开关上各再增加1路电流转移电路后，能够完全实现能量回收不受故障时刻电压电流方向限制，且在交流开关分断时电流通过电流转移电路流动，不会在交流开关的触头上产生电弧，可控硅又是自然关断，也没有电弧产生，从而使得交流开关断分断响应速度快。

Description

一种交流开关装置
技术领域
本发明涉及开关装置，特别涉及交流开关装置，所述的交流开关包括机械交流断路器、固态交流断路器、混合交流断路器及其它交流开关。
背景技术
现有的交流电力***简化模型如图1所示，均是由交流输入V、交流开关J，以及负载L 串联组成，开关J的基本功能就是能够在所要求的短时间内分合电路，开关在大气中切断通有电流的回路时，只要电源电压大于10-20V，电流大于80-100mA，在动静触头分开瞬间，触头间隙就会产生一团温度极高、发出强光且能够导电的近似圆柱形的气体，这就是电弧，一直到电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质后，电流才被开断。
电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开；二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧，因此电弧燃烧和熄灭过程是开关电器研究最重要的内容。
电弧的产生主要依靠碰撞游离，电弧的维持主要依靠热游离，物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离，热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。
上述交流电力***简化模型中的负载L分为：阻性负载，如白炽灯、电炉、电热水器等；感性负载，如电动机、变压器、继电器驱动等；容性负载，如充电器、电池、超级电容等，交流电力***一般由三种负载混合组成。
由于交流电力***总负载存在感性负载和容性负载，***中的电压和电流会产生相位差，图2为现有的交流电力***正常工作时电压、电流相位差为90°时的波形图；图3为现有的交流电力***正常工作时电压、电流相位差为45°时的波形图。从图3和图4可以得知，交流电力***的电压V和电流I的正负情况存在以下四种情况：
(1)电压V为正、电流I为负；
(2)电压V为正、电流I为正；
(3)电压V为负、电流I为正；
(4)电压V为负、电流I为负。
当交流电力***发生故障需要断开开关J时，如果此时刚好处于交流电流过零点之后，则需要等待1/2个周波交流电流才能过零，在此1/2周波内，将会在开关J两端产生电弧。对于交流电力***，感性负载的存在增加了灭弧难度，原因在于开关断开后电流会迅速减小，而感性负载两端的电流不能突变，感性负载线圈储存的能量由于自感效应线圈会产生一个反向的电势阻止电流的变化，这其实是一个能量释放过程，如果线圈开路，其两端产生的反向电势电压将会为几倍的交流输入电压，反向电势电压与交流输入电压叠加后，将会在开关两端产生至少 2倍交流输入电压的尖峰电压，即电弧电压。
申请号为99104580.7、发明名称为《有电弧转移触头的长寿命省银开关电器》的中国发明专利申请，在交流开关J两端并联上了移弧电路，如图4所示的灭弧装置采用的就是该专利的灭弧原理，图4在在交流开关J两端并联上了由双向可控硅SCR组成的移弧电路，该电路的灭弧原理为：让双向可控硅SCR产生断弧功能，由于开关J的触头必须先于双向可控硅SCR 的触头分开，在开关J的触头分开之际，双向可控硅SCR的触头短时还处于闭合状态，电流因双向可控硅SCR中的一只可控硅导通而转移到移弧电路中，所以电弧不会在开关J的触头上产生，而只会在双向可控硅SCR的触头上产生，由于该只可控硅的反向截止作用，电路在 1/2周波内就会因为电流过零自动熄灭，实现双向可控硅SCR的触头及时分开到位；在负半波到来后，由于双向可控硅SCR的触头已经分开，双向可控硅SCR中的另外一只可控硅无法导通，电弧无法转移到另外一只可控硅形成的电路中继续燃烧。该电路的优点在于电路简单，且如果故障发生在输入电压、电流方向相反的时间段时还能实现能量回收。
但是上述技术方案存在如下缺陷：
(1)响应速度慢，由于该方案故障发生后并不能马上断开电路，只有在电流过零时才能自动熄灭电弧从而实现断开电路，导致故障发生到电弧熄灭期间交流输入还在给负载提供能量，如果发生的是短路故障，可能会给负载端造成灾乱性的后果，如图2如果故障发生在t2 时刻，电路中的电流将先上升至t3然后才下降，需要经过半个周波后才能下降为零，此时响应速度滞后了半个周波，随着我国经济迅速发展以及工业交通部门逐步的现代化，对交流开关断开响应速度的要求也越来越苛刻，该方案对于对响应时间有严格要求的场合并不适用；
(2)能量回收功能受到限制，该方案只在输入电压和输入电流方向相反时断开交流开关才能实现能量回收，如果故障发生在其它时间，负载中电感线圈储存的能量将会被损耗，对于需要频繁关断交流开关的场合，将会产生较大的浪费。
发明内容
有鉴如此，本发明要解决的技术问题是提供一种交流开关装置，能在一定的条件下提高交流开关断开响应速度或在交流开关断开前通过钳位降低交流开关两端的电弧电压，并经过进一步改进后能在所有条件下实现无弧分断、响应速度快，同时还能实现能量回收。
本发明要解决上述技术问题的技术方案如下：
一种交流开关装置，其特征在于：
包括：交流开关J1、交流开关J2、可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b、可控硅SCR2b和检测控制电路；
交流开关J1连接于第一相电源线输入端和第一相电源线输出端之间，交流开关J2连接于第二相电源线输入端和第二相电源线输出端之间；
可控硅SCR1a和可控硅SCR2a反向并联后一端连接于第二相电源线输入端、另一端连接于第一相电源线输出端；
可控硅SCR1b和可控硅SCR2b反向并联后一端连接于第一相电源线输入端、另一端连接于第二相电源线输出端；
检测控制电路用于检测当电路故障后输入电压和输入电流的方向，并控制可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b和可控硅SCR2b的导通，实现输入电压和输入电流的方向相反。
作为上述方案的改进，其特征在于：
还包括：可控硅SCR3a、可控硅SCR3b、可控硅SCR4a和可控硅SCR4b；
可控硅SCR3a和可控硅SCR4a反向并联后与交流开关J1并联；
可控硅SCR3b和可控硅SCR4b反向并联后与交流开关J2并联。
作为上述方案的等同替换，本发明还提供一种交流开关装置，其特征在于：
包括：交流开关J1、交流开关J2、双向可控硅SCR1、双向可控硅SCR2和检测控制电路；
交流开关J1连接于第一相电源线输入端和第一相电源线输出端之间，交流开关J2连接于第二相电源线输入端和第二相电源线输出端之间；
双向可控硅SCR1一端连接于第二相电源线输入端、另一端连接于第一相电源线输出端；
双向可控硅SCR2一端连接于第一相电源线输入端、另一端连接于第二相电源线输出端；
检测控制电路用于检测当电路故障后输入电压和输入电流的方向，并控制双向可控硅 SCR1和双向可控硅SCR2的导通，实现输入电压和输入电流的方向相反。
作为上述等同替换方案的改进，其特征在于：
还包括：双向可控硅SCR3和双向可控硅SCR4；
双向可控硅SCR3与交流开关J1并联；
双向可控硅SCR4与交流开关J2并联。
本发明较现有的交流开关装置方案提出了一种全新的技术构思：采用双交流开关，双交流开关两端交叉连接有由两只可控硅反向并联组成的电流转移电路，从而形成了2路电流转移电路，通过检测输入电压和输入电流的方向，能选择性地开通某路电流转移电路，使得即刻实现输入电压和输入电流的方向相反或通过电流转移电路中的两只可控硅实现将交流开关两端的电弧电压钳位为输入电压，当在双交流开关上各再增加1路电流转移电路后，能够完全实现能量回收不受故障时刻电压电流方向限制，且在交流开关分断时电流通过电流转移电路流动，不会在交流开关的触头上产生电弧，可控硅又是自然关断，也没有电弧产生，从而使得交流开关断分断响应速度快。
本申请相对于现有技术有如下突出的有益效果：
(1)当采用2路电流转移电路时，装置能根据实时情况选择最佳电流转移电路，从而使得当输入电压和输入电流方向相同时，即刻实现输入电压和输入电流的方向相反，使得电路中的电流迅速下降至零，提高了交流开关的分断响应速度，尤其是输入电流大且负载电感量大的情况下响应速度更具优势；当输入电压和输入电流方向相反时，能通过电流转移电路中的两只可控硅实现将交流开关两端的电弧电压钳位为输入电压，使得交流开关需要承受的电压应力较现有技术小；
(2)当采用4路电流转移电路时，将突破响应速度受故障发生时刻的限制，在全周期内都可以实现极快的响应速度；
(3)当采用4路电流转移电路时，将突破无弧关断受故障发生时刻的限制，在全周期内都可以实现交流开关的无弧关断；
(4)当采用4路电流转移电路时，能量回收不受故障时刻电压电流方向限制，装置能根据实时情况选择最佳移弧电路即刻实现输入电压和输入电流的方向相反，能量回收不限时刻，使得装置更加节能，尤其是交流开关频繁动作时节能效果更加明显。
附图说明
图1现有的交流电力***简化模型；
图2现有的交流电力***正常工作时电压、电流相位差为90°时的波形图；
图3现有的交流电力***正常工作时电压、电流相位差为45°时的波形图；
图4为99104580.7发明专利申请中的交流灭弧装置原理图；
图5本发明第一实施例交流装置原理图；
图5-1本发明第一实施例t2-t3时刻发生故障时的仿真曲线；
图5-2本发明第一实施例t3-t4时刻发生故障时的仿真曲线；
图6本发明第二实施例交流装置原理图；
图7本发明第三实施例交流装置原理图；
图8本发明第四实施例交流装置原理图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一实施例
图5所示为本发明第一实施例原理图，该实施例中的交流开关装置包括交流开关J1、交流开关J2、可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b、可控硅SCR2b和检测控制电路；
交流开关J1连接于第一相电源线输入端和第一相电源线输出端之间，交流开关J2连接于第二相电源线输入端和第二相电源线输出端之间；
可控硅SCR1a和可控硅SCR2a反向并联后一端连接于第二相电源线输入端、另一端连接于第一相电源线输出端；
可控硅SCR1b和可控硅SCR2b反向并联后一端连接于第一相电源线输入端、另一端连接于第二相电源线输出端；
检测控制电路输入端与第一相电源线输入端连接，输出端K1a、K2a、K1b和K2b分别与可控硅SCR1a、SCR2a、SCR1b和SCR2b的控制端连接。
当交流电路正常工作时，交流开关J1和交流开关J2均闭合，可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b和可控硅SCR2b均不导通，电路将形成图2所示的电压、电流波形，根据负载 L的不同，电压、电流相位差可能与图2、图3均不相同。
当图5所示电路发生故障，假设输入电压、电流波形为图2所示的波形。
本实施例依据电流进行控制，控制逻辑如下：
交流开关J1和J2关断时刻，若负载L中电感线圈的电感电流为正，则给输出端k1a、K1b 脉冲；
若负载L中电感线圈的电感电流为负，则给输出端k2a、K2b脉冲。
假设故障发生时为图2所示的t2-t3时刻，则t2时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为正、输入电流为正，负载L中电感线圈的电感电流为正,检测控制电路将输出控制信号，使得可控硅SCR1a和可控硅SCR1b导通，交流开关J1和J2中的触头分开，续流回路中负载L中电感线圈中的电流不能突变，将形成续流回路：可控硅SCR1a阳极→可控硅SCR1a 阴极→负载L→可控硅SCR1b阳极→可控硅SCR1b阴极。因此实现了输入电流反向，使得输入电压和输入电流方向相反，续流回路中负载L中电感线圈储存的能量被回馈至了交流输入端，从而实现能量的无损回收。图5-1为本发明第一实施例t2-t3时刻发生故障时的仿真曲线，仿真参数如下：
电压电流方向：输入电压上正下负时为正，电感电流从上往下流为正方向；
输入电压：220VAC；
负载L中电感线圈的电感感量：10mH；
初始电感电流：-100A(初始时刻电路已经进入稳定状态)。
其中电流图中的实线波形为负载L中的电流波形；电压图中的实线波形为输入电压的波形、虚线波形为负载L中的电压波形。
从图5-1也可以看出，在交流开关J1和J2关断时，输入电压为正，输入电流为正，则交流开关J1和J2可以正常关断，交流开关J1和J2关断后，负载L中电感线圈的电感电压反向，该电感电流下降，从而能实现交流开关J1和J2迅速关断，电路响应速度快。
假设故障发生时为图2所示的t4-t5时刻，则t4时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为负、输入电流为负，负载L中电感线圈的电感电流为负，检测控制电路将输出控制信号，使得可控硅SCR2a和可控硅SCR2b导通，交流开关J1和J2中的触头分开，续流回路中负载L中电感线圈中的电流不能突变，将形成续流回路：可控硅SCR2b阳极→可控硅SCR2b 阴极→负载L→可控硅SCR2a阳极→可控硅SCR2a阴极。因此实现了输入电流反向，使得输入电压和输入电流方向相反，续流回路中负载L中电感线圈储存的能量被回馈至了交流输入端，从而实现能量的无损回收，这和t2-t3时刻发生故障时的情况类似，也能实现交流开关J1 和J2迅速关断，电路响应速度快，此处不再通过仿真波形进行分析。
上述控制逻辑总结如下表1(其中“1”表示该可控硅控制端输入脉冲，“0”表示该可控硅控制端不输入脉冲)
表1
输入电压、电流方向 K1a K2a K1b K2b
电压为正，电流为正 1 0 1 0
电压为负，电流为负 0 1 0 1
以上两种情况，电路均可以快速关断、并且还能实现能量回收。
当输入电压与电流方向相反时，存在以下两种情况：
假设故障发生时为图2所示的t3-t4时刻，则t3时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为负、输入电流为正，负载L中电感线圈的电感电流为正，检测控制电路将输出脉冲控制信号，使得可控硅SCR1a和可控硅SCR1b导通，交流开关J1和J2中的触头分开，电流转移至可控硅SCR1a和可控硅SCR1b形成的电流转移电路中，电流流动路径为：可控硅SCR1a 阳极→可控硅SCR1a阴极→负载L→可控硅SCR21b阳极→可控硅SCR1b阴极。电感电压从负变为正，电流为正，因此电感电流幅值增大，无法迅速关断，要等多个周期电感电流才回到 0，此时才能关断。图5-2本发明第一实施例t3-t4时刻发生故障时的仿真曲线，仿真参数如下：
电压电流方向：输入电压上正下负时为正，电感电流从上往下流为正方向；
输入电压：220VAC；
负载L中电感线圈的电感感量：10mH；
初始电感电流：-100A(初始时刻电路已经进入稳定状态)。
其中电流图中的实线波形为负载L中的电流波形；电压图中的实线波形为输入电压的波形、虚线波形为负载L中的电压波形。
从图5-2也可以看出，在交流开关J1和J2关断时，输入电压为负，输入电流为正，则交流开关J1和J2关断后，输出端k1a、K1b控制的可控硅SCR1a和可控硅SCR1b导通，负载L 中电感线圈的电感电压从负变为正，与其电感电流方向相同，使得负载L中电感线圈的电感电流增加，电流增加后会缓慢下降，经过多个周期后电路关断，关断时间会有所延长。
从图5-2还可以看出，由于电流转移电路中采用了两只双向可控硅SCR1a和SCR1b，交流开关J1和J2的电弧电压会被钳位为输入电压Vin；而现有技术的电流转移电路只有一只交流开关和一只双向可控硅，无法实现钳位，负载L中电感线圈的电感两端产生的反向电势电压将会为几倍的直流输入电压，该反向电势电压与直流输入电压叠加后，将会在交流开关两端产生至少2倍直流输入电压电弧电压，因此本实施例才此种情况下较现有技术可以极大降低交流开关两端的电弧，使得交流开关J1和J2需要承受的电压应力较现有技术小。
需要说明的是，本实施例仿真针对的负载L为纯感性负载，交流输入的负载L中存在感性负载和/或容性负载时才会使得交流输入的电压和电流存在相位差，如果负载L为纯阻性负载，该相位差将不会存在，那么此种情况下关断时间会有所延长的情况便不复存在了。
假设故障发生时为图2所示的t1-t2时刻，则t1时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为正、输入电流为负，负载L中电感线圈的电感电流为负，检测控制电路将输出控制信号，使得可控硅SCR2a和可控硅SCR2b导通，交流开关J1和J2中的触头分开，电流转移至可控硅SCR2a和可控硅SCR2b形成的电流转移电路中，电流流动路径为：可控硅SCR2b阳极→可控硅SCR1a2b阴极→负载L→可控硅SCR2a阳极→可控硅SCR2a阴极。电感电压从正变为负，电感电流为负，因此电感电流幅值增大，无法迅速关断，要等多个周期电感电流才回到 0，此时才能关断，这和t3-t4时刻发生故障时的情况类似，同样较现有技术可以极大降低交流开关两端的电弧，此处不再通过仿真波形进行分析。
需要说明的是，即使输入电压与输入电流的波形并不是如图2所示相位差为90度，由于交流电力***的电压V和电流I的正负情况只有上述四种情况，上面的控制方法还是适用的。
综上，在现有方案中，要等到电路的电流电压自然反向才能实现能量回收，在本实施例的方案中，从上面的四种情况分析可知，在电压和电流同向时，通过电流转移支路改变电感电压方向，同时改变输入电流的方向，立即使得电压与电流的方向相反，无需等待，快速实现能量无损回收，且响应速度更快；当电压和电流反向时，交流开关两端的电弧被钳位为输入电压较现有技术有改进，但对于负载L包括感性负载和/或容性负载去情况将无法实现快速关断，因此本发明将对其提出改进，详见第三实施例。
第二实施例
图6为本发明第二实施例交流装置原理图，较图5不同之处在于将可控硅SCR1a和可控硅SCR2a替换为一只双向可控硅SCR1、将可控硅SCR1b和可控硅SCR2b替换为一只双向可控硅SCR2；检测控制电路只有2个输出端：K1和K2分别与可控硅SCR1和SCR2的控制端连接。
由于双向可控硅内含两只反极性并联的可控硅，因此图6与图5是等效的，其输入电压、输入电流方向不同形成的四种情况如何形成电流转移电路并实现能量回收与第一实施例是一样的，在此不再赘述。
并且双向可控硅只有1个控制端，当控制端输入控制信号后每只双向可控硅中只有一只可控硅可以导通，因此其控制逻辑为无论输入电压和输入电流的方向为何种情况，双向可控硅 SCR1和SCR1b的控制端均输出脉冲。
事实上本实施例与第一实施例等效，同样能实现电压和电流同向时，无需等待，快速实现能量无损回收，且响应速度更快；但是当电压和电流反向时，则无法实现快速关断。
第三实施例
本实施例将对第一实施例进行改进，在交流开关J1和J2两端各并联由两只可控硅反向并联组成的电流转移电路，在开关J1和J2断开后不需要改变负载L中的电压方向，确保负载L 的电压方向和电流方向相反，使得电流幅值降低。改进方案如图7所示，为本发明第三实施例原理图，该实施例中的交流开关装置包括交流开关J1、交流开关J2、可控硅SCR1a、可控硅 SCR2a、可控硅SCR1b、可控硅SCR2b、可控硅SCR3a、可控硅SCR3b、可控硅SCR4a、可控硅SCR4b和检测控制电路；
交流开关J1连接于第一相电源线输入端和第一相电源线输出端之间，交流开关J2连接于第二相电源线输入端和第二相电源线输出端之间；
可控硅SCR1a和可控硅SCR2a反向并联后一端连接于第二相电源线输入端、另一端连接于第一相电源线输出端；
可控硅SCR1b和可控硅SCR2b反向并联后一端连接于第一相电源线输入端、另一端连接于第二相电源线输出端；
可控硅SCR3a和可控硅SCR4a反向并联后与交流开关J1并联；
可控硅SCR3b和可控硅SCR4b反向并联后与交流开关J1并联；
检测控制电路输入端与第一相电源线输入端连接，输出端K1a、K2a、K1b、K2b、K3a、K4a、K3b和K4b分别与可控硅SCR1a、SCR2a、SCR1b、SCR2b、SCR3a、SCR4a、SCR3 b和SCR4b的控制端连接。
当交流电路正常工作时，交流开关J1和交流开关J2均闭合，可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b、可控硅SCR2b、可控硅SCR3a、可控硅SCR3b、可控硅SCR4a和可控硅SCR4b 均不导通，电路将形成图2所示的电压、电流波形，根据负载L的不同，电压、电流相位差可能与图2、图3均不相同。
当图5所示电路发生故障，假设输入电压、电流波形为图2所示的波形。
假设故障发生时为图2所示的t1-t2时刻，则t1时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为正、输入电流为负，检测控制电路将输出控制信号，使得可控硅SCR4a和可控硅SCR4b 导通，交流开关J1和J2中的触头分开，电流转移至可控硅SCR4a和可控硅SCR4b形成的电流转移电路中，电流流动路径为：可控硅SCR4b阳极→可控硅SCR4b阴极→负载L→可控硅 SCR4a阳极→可控硅SCR4a阴极。所以电弧不会在交流开关J1和J2的触头上产生；当到达 t2时，电流过零，可控硅SCR4a和可控硅SCR4b关断，由于此时输入电压为正、输入电流为负，能实现能量回收；
假设故障发生时为图2所示的t2-t3时刻，则t2时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为正、输入电流为正，检测控制电路将输出控制信号，使得可控硅SCR1a和可控硅SCR1b 导通，交流开关J1和J2中的触头分开，续流回路中负载L中电感线圈中的电流不能突变，将形成续流回路：可控硅SCR1a阳极→可控硅SCR1a阴极→负载L→可控硅SCR1b阳极→可控硅SCR1b阴极。因此续流回路中负载L中电感线圈储存的能量被回馈至了交流输入端，从而实现能量的无损回收；
假设故障发生时为图2所示的t3-t4时刻，则t3时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为负、输入电流为正，检测控制电路将输出脉冲控制信号，使得可控硅SCR3a和可控硅SCR3b导通，交流开关J1和J2中的触头分开，电流转移至可控硅SCR3a和可控硅SCR3b 形成的电流转移电路中，电流流动路径为：可控硅SCR3a阳极→可控硅SCR3a阴极→负载L →可控硅SCR3b阳极→可控硅SCR3b阴极。所以电弧不会在交流开关J1和J2的触头上产生；当到达t4时，电流过零，可控硅SCR3a和可控硅SCR3b关断，由于此时输入电压为正、输入电流为负，能实现能量回收；
假设故障发生时为图2所示的t4-t5时刻，则t4时刻之后检测控制电路将检测到此时的输入电压为负、输入电流为负，检测控制电路将输出控制信号，使得可控硅SCR2a和可控硅SCR2b 导通，交流开关J1和J2中的触头分开，续流回路中负载L中电感线圈中的电流不能突变，将形成续流回路：可控硅SCR2b阳极→可控硅SCR2b阴极→负载L→可控硅SCR2a阳极→可控硅SCR2a阴极。因此续流回路中负载L中电感线圈储存的能量被回馈至了交流输入端，从而实现能量的无损回收。
上述控制逻辑总结如下表2(其中“1”表示该可控硅控制端输入脉冲，“0”表示该可控硅控制端不输入脉冲)
表2
输入电压、电流方向 K1a，K1b K2a，K2b K3a，K3b K4a，K4b
电压为正，电流为正 1 0 0 0
电压为负，电流为负 0 1 0 0
电压为负，电流为正 0 0 1 0
电压为正，电流为负 0 0 0 1
在现有方案中，要等到电路的电流电压自然反向才能实现能量回收，在本实施例的方案中，从上面的四种情况可知，在一个完整的周波t1至t5时间段内，无论何时发生故障断开交流开关，电路均能选择合适的电流转移电路，立即使得电压与电流的方相反，无需等待，快速实现能量无损回收，且响应速度更快。
需要说明的是，即使输入电压与输入电流的波形并不是如图2所示相位差为90度，由于交流电力***的电压V和电流I的正负情况只有上述四种情况，上面的控制方法还是适用的。
第四实施例
图8为本发明第三实施例交流装置原理图，较图7不同之处在于将可控硅SCR1a和可控硅SCR2a替换为一只双向可控硅SCR1、将可控硅SCR1b和可控硅SCR2b替换为一只双向可控硅SCR2、将可控硅SCR3a和可控硅SCR4a替换为一只双向可控硅SCR3、将可控硅SCR3b和可控硅SCR4b替换为一只可控硅SCR4；检测控制电路只有4个输出端：K1、K2、K3和 K4分别与可控硅SCR1、SCR2、SCR3和SCR4的控制端连接。
由于双向可控硅内含两只反极性并联的可控硅，因此图6与图5是等效的，其输入电压、输入电流方向不同形成的四种情况如何形成电流转移电路并实现能量回收与第一实施例是一样的，在此不再赘述。
并且双向可控硅只有1个控制端，当控制端输入控制信号后每只双向可控硅中只有一只可控硅可以导通，因此其控制逻辑需要对图5的控制逻辑进行合并，具体如下表3(其中“1”表示该可控硅控制端输入脉冲，“0”表示该可控硅控制端不输入脉冲)：
表3
输入电压、电流方向 K1 K2 K3 K4
输入电压、电流同向 1 1 0 0
输入电压、电流反向 0 0 1 1
采用上述表3所述的控制逻辑，本实施例与第三实施例等效，同样实现第三实施例的发明目的。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种交流开关装置，其特征在于：
包括：交流开关J1、交流开关J2、可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b、可控硅SCR2b和检测控制电路；
交流开关J1连接于第一相电源线输入端和第一相电源线输出端之间，交流开关J2连接于第二相电源线输入端和第二相电源线输出端之间；
可控硅SCR1a和可控硅SCR2a反向并联后一端连接于第二相电源线输入端、另一端连接于第一相电源线输出端；
可控硅SCR1b和可控硅SCR2b反向并联后一端连接于第一相电源线输入端、另一端连接于第二相电源线输出端；
检测控制电路用于检测当电路故障后输入电压和输入电流的方向，并控制可控硅SCR1a、可控硅SCR2a、可控硅SCR1b和可控硅SCR2b的导通，实现输入电压和输入电流的方向相反。
2.根据权利要求1所述的交流开关装置，其特征在于：
还包括：可控硅SCR3a、可控硅SCR3b、可控硅SCR4a和可控硅SCR4b；
可控硅SCR3a和可控硅SCR4a反向并联后与交流开关J1并联；
可控硅SCR3b和可控硅SCR4b反向并联后与交流开关J2并联。
3.一种交流开关装置，其特征在于：
包括：交流开关J1、交流开关J2、双向可控硅SCR1、双向可控硅SCR2和检测控制电路；
交流开关J1连接于第一相电源线输入端和第一相电源线输出端之间，交流开关J2连接于第二相电源线输入端和第二相电源线输出端之间；
双向可控硅SCR1一端连接于第二相电源线输入端、另一端连接于第一相电源线输出端；
双向可控硅SCR2一端连接于第一相电源线输入端、另一端连接于第二相电源线输出端；
检测控制电路用于检测当电路故障后输入电压和输入电流的方向，并控制双向可控硅SCR1和双向可控硅SCR2的导通，实现输入电压和输入电流的方向相反。
4.根据权利要求3所述的交流开关装置，其特征在于：
还包括：双向可控硅SCR3和双向可控硅SCR4；
双向可控硅SCR3与交流开关J1并联；
双向可控硅SCR4与交流开关J2并联。
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