[发明专利]电流零点附近断电交流电力开关

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种交流电力开关。

背景技术：

交流电几乎用于所有用电领域。交流电力开关是交流供电必不可 少的电器设备。工业上交流接触器、交流断电器都属于交流电力开关。 交流电力开关在断电过程中动、静触头间会产生强烈的电弧，致使触 头表面烧蚀氧化，这是影响交流电力开关电寿命最主要的原因。这种 现象使开关导电能力降低，触头发热，造成电能浪费，同时还消耗了 大量制造触头的稀有金属材料，严重时还可能酿成火灾等灾难性后 果。本发明针对上述问题，提出一种电流零点附近断电交流电力开关， 实现了交流电力开关无电弧断电或者小电弧断电。

发明内容：

交流电流随时间呈正弦函数变化，在电流零点或零点之前一段很 短时间内电流为零或者很小，在这段时间内关断电流，交流电力开关 动、静触头之间出现的电弧很小，甚至没有电弧。这是因为：1、关 断时电流很小；2、经历很短时间电流过零点，致使触头附近介质电 离的正负离子重新复合，介质的绝缘特性恢复；3、电流反向后，触 头已经分断一定的距离，不会二次击穿导通。尤其对于电感性负载， 由于电感的磁场能量正比于电流的平方，在接近于电流零点时，电感 的磁场能量几乎为零，不会形成电感强放电电弧。这就是本发明的基 本理论依据。

图1是本发明的总体构思图。本发明包括串联在交流电路1中的 由动、静触头组成的主触头组11，控制交流电路1电流的通断。它 还由交流零点检测系统2、控制系统4和伺服系统3构成。交流电路 1和交流零点检测系统2关联，交流零点检测系统2和控制系统4连 接，控制系统4和伺服系统3连接。交流零点检测系统2周期性地取 得交流电路1电流零点位置信息，或者周期性地取得与交流电路1电 流零点相差一个固定相位的特定位置信息，并将这些信息传递给控制 系统4。控制系统4可以是一个微处理器，也可以是一个逻辑电路。 控制系统4的作用是接收交流零点检测系统2发来的信号，并在需要 交流电路1断开时，适时地向伺服系统3发出断电控制信号。伺服系 统3由开关通断机构5和相应的驱动电路6构成。伺服系统3接收到 控制系统4发出的断电控制信号后，通过驱动电路6驱动开关通断机 构5，分断交流电力开关的动、静触头的接触。常用的一种开关通断 机构5是由电磁铁直接驱动动触头的直动机构，电磁铁线圈31通电， 电磁铁吸合，动、静触头闭合，而电磁铁线圈31断电，电磁铁释放， 动、静触头分断。在交流电力开关导通状态下，交流零点检测系统2 将取得的信息传递给控制系统4，需要交流电路1断开时，控制系统 4在时刻

t₄＝t₃+kT/2-Δt(1)

或者

t₄＝t₃+kT/2-Δt-δ(2)

对伺服系统3中驱动电路6发出断电控制信号，驱动电路6驱动开关 通断机构5分断动、静触头的接触。上两式中，t₃为任意一个交流电 流零点时刻(一般选取最近的交流零点时刻)，T为交流电流的周期， Δt为从控制系统4发出断电控制信号到动、静触头开始分离之间时 间间隔的平均值。k为整数，假设当前时刻为t₂，k的取值应使t₄≥t₂(k一般选取满足条件的最小值)。δ是动、静触头分断相对于电流零 点提前的微小时间间隔。引入δ的目的是避免跨越电流零点后动、静 触头分断间隔过小，引起二次电弧。δ的最佳值与动、静触头分离速 度以及电流有效值有关，可由实验确定。这样开关的动、静触头分断 时刻恰好发生在交流电流零点处附近，或者交流电流零点向前偏移δ 时间处附近。

附图说明：

图1是本发明的总体构思图。

图2是本发明在单相交流电力开关应用的具体实施例。

图3是本发明在三相三线制交流电力开关应用的具体实施例。

图4是本发明在对称负载三相三线制交流电力开关应用的具体 实施例。

图5是本发明在三相四线制交流电力开关应用的具体实施例。