固态断路器制造技术

一种固态断路器，包括串联在主回路中的主开关单元和功率器件开关单元，分别与主回路连接的电流采集模块和电压采集模块，分别与主开关单元、功率器件开关单元、电流采集模块和电压采集模块连接的控制模块，闭合时控制模块先控制主开关单元闭合，然后控制功率器件开关单元导通，断开时控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开，所述功率器件开关单元包括功率器件开关，所述固态断路器具有软启动功能，在负载启动时，控制模块驱动功率器件开关的导通角逐步增大实现软启动，用于保障电机等非阻性负载的启动。

【技术实现步骤摘要】
固态断路器
本技术涉及开关领域，具体涉及一种固态断路器。
技术介绍
现有的电机工作系统由断路器、软启动器、接触器、热继电器及电机一起组成。当电路电流发生过载、短路时，断路器进行脱扣保护，软启动器在电机启动时进行控制，接触器则控制电机的运行与停止，热继电器配合接触器对电路进行三相不平衡、堵转、接地故障等保护，这种电机工作系统较为复杂，成本较高，需要一种成本低的能实现电机保护的系统。固态断路器采用功率器件开关作为开关元件，随着电力电子器件的发展而发展起来，逐渐被用于越来越多的场合。现有固态断路器存在不能兼容交流电路、缺少根据负载电流实时调节功率和软启动等功能。此外，随着固态断路器应用场合越来越多，相比于传统断路器大多安装在配电箱里，固态断路器的安装环境较为多样性，但目前现有固态断路器的接线方式还是从传统断路器形式演变的，固定进出线的螺母肉眼可见，存在安全隐患。此外，现有固态断路器的人机界面和断路器本体是一个整体，用户若需要对固态断路器进行操作时，需要打开配电柜操作，操作固态断路器的方式受限。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、可靠性高的固态断路器。为实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：一种固态断路器，包括串联在主回路中的主开关单元和功率器件开关单元，分别与主回路连接的电流采集模块和电压采集模块，分别与主开关单元、功率器件开关单元、电流采集模块和电压采集模块连接的控制模块，闭合时控制模块先控制主开关单元闭合，然后控制功率器件开关单元导通，断开时控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开，所述功率器件开关单元包括功率器件开关，所述固态断路器具有软启动功能，在负载启动时，控制模块驱动功率器件开关的导通角逐步增大实现软启动。优选的，在负载运行过程中所述控制模块通过电流采集模块进行实时电流监测，如果电流大于预设的功率调节电流阈值，控制模块驱动功率器件开关的导通角减小实现功率调节。优选的，所述固态断路器包括人机界面模块，人机界面模块通过通讯模块与控制模块连接，通过人机界面模块能够选择是否打开软启动功能。优选的，所述的功率器件开关单元包括两个功率器件开关，两个功率器件开关串联在主回路中，且两个功率器件开关的压降方向相反。优选的，两个功率器件开关均包括寄生二极管，两个功率器件开关的寄生二极管在主回路中的压降方向相反。优选的，所述的控制模块包括主控制器，所述的主控制器为微控制器MCU或者单片机，主控制器通过电流采集模块、电压采集模块监测负载的电流信号和电压信号，发生故障时主控制器控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开。优选的，所述的控制模块包括主控制器和保护监测模块，电流采集模块和电压采集模块与保护监测模块连接，保护监测模块与控制模块的主控制器连接，所述的保护监测模块监测电流采集模块和电压采集模块传输的电流和电压信号，保护监测模块与主控制器进行数据传输，主控制器对保护监测模块提供的数据进行逻辑判断，故障时驱动断路器断开。优选的，所述的固态断路器还包括通讯模块，固态断路器能够通过通讯模块与上位机通讯；在固态断路器的主回路上还设有浪涌保护模块。优选的，所述主开关单元包括继电器或接触器；所述功率器件开关为功率半导体或IGBT功率管或MOSFET功率管或NPN功率管或晶闸管或可控硅或IGCT或IGET或GTO。优选的，所述主开关单元包括继电器K1，继电器K1的三组触点分别串联在U、V、W三相的主回路上，继电器K1的线圈与控制模块耦合；所述的功率器件开关单元包括分别连接在U、V、W三相的主回路上的三组功率器件开关，每组功率器件开关包括两个功率器件开关，两个功率器件开关串联在对应相的主回路中，且两个功率器件开关的压降方向相反，每个功率器件开关的控制端均与控制模块连接。优选的，所述主开关单元包括继电器K1和K2，继电器K1和K2串联在主回路中，功率器件开关单元包括两个功率器件开关Q1和Q2，功率器件开关Q1和Q2串联在主回路中，且功率器件开关Q1和Q2的压降方向相反，两个继电器K1和K2的线圈与控制模块耦合，所述功率器件开关Q1和Q2的控制端与控制模块连接。本技术的固态断路器，主开关单元和功率器件开关单元串联在主回路上，闭合时控制模块先控制主开关单元闭合，然后控制功率器件开关单元导通，断开时控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开，通过主开关单元实现物理隔离，保障用电安全，通过功率器件开关单元实现无弧化断开；而且，固态断路器具有软启动功能，控制模块通过控制功率器件开关的导通角实现软启动。此外，固态断路器通过电流采集模块进行实时电流监测，在负载电流过大时，通过驱动调节功率器件开关的导通角实现功率调节，保护电路及设备，能够作为起动与保护系统，替代接触器、热继电器和软启动器与电机连接，降低了成本同时也保障系统更加安全高效。进一步，通过人机界面模块能够选择性的是否采用软启动，当负载是电机等非阻性负载采用软启动，当负载是阻性可关闭软启动控制，使固态断路器能够适用多种使用环境。此外，固态断路器的功率器件开关单元包括在主回路中压降方向相反的两个功率器件开关，可实现交直流通用、电路无弧化闭合及断开。此外，通过控制模块的主控制器和保护监测模块能够根据采集的电流和电压信号实现多种保护，保障用电设备和用电安全。附图说明图1是本技术固态断路器第一实施例的电路结构框图；图2是本技术固态断路器第二实施例的电路结构框图；图3是本技术固态断路器第三实施例的电路结构框图；图4是本技术一个单相固态断路器实施例的电路原理图；图5是本技术一个三相固态断路器实施例的电路原理图；图6-8是本技术可拆卸的固态断路器本体和人机界面单元的结构示意图；图9是本技术固态断路器本体与人机界面单元装配的一个实施例；图10是本技术固态断路器本体与人机界面单元装配的又一个实施例；图11是本技术固态断路器本体与人机界面单元装配的又一个实施例；图12-14是本技术设有螺钉孔罩的固态断路器的结构示意图。具体实施方式以下结合附图给出的实施例，进一步说明本技术的一种固态断路器的具体实施方式。本技术的一种固态断路器不限于以下实施例的描述。本技术的一种固态断路器，包括串联在主回路中的主开关单元和功率器件开关单元，分别与主开关单元和功率器件开关单元连接的控制模块，闭合时控制模块先控制主开关单元闭合，然后控制功率器件开关单元导通，断开时控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开。固态断路器的该种功率器件开关单元后闭合，先分断的控制方式，使得功率器件开关单元承载着主回路闭合、分断瞬间，能够有效地消除电弧，同时主开关单元能够实现物理隔离，保障用电安全，无需像传统断路器设置相应的灭弧室。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态断路器，包括串联在主回路中的主开关单元和功率器件开关单元，分别与主回路连接的电流采集模块和电压采集模块，分别与主开关单元、功率器件开关单元、电流采集模块和电压采集模块连接的控制模块，闭合时控制模块先控制主开关单元闭合，然后控制功率器件开关单元导通，断开时控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开，所述功率器件开关单元包括功率器件开关，其特征在于：所述固态断路器具有软启动功能，在负载启动时，控制模块驱动功率器件开关的导通角逐步增大实现软启动。/n

【技术特征摘要】
1.一种固态断路器，包括串联在主回路中的主开关单元和功率器件开关单元，分别与主回路连接的电流采集模块和电压采集模块，分别与主开关单元、功率器件开关单元、电流采集模块和电压采集模块连接的控制模块，闭合时控制模块先控制主开关单元闭合，然后控制功率器件开关单元导通，断开时控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控制主开关单元断开，所述功率器件开关单元包括功率器件开关，其特征在于：所述固态断路器具有软启动功能，在负载启动时，控制模块驱动功率器件开关的导通角逐步增大实现软启动。


2.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于：在负载运行过程中所述控制模块通过电流采集模块进行实时电流监测，如果电流大于预设的功率调节电流阈值，控制模块驱动功率器件开关的导通角减小实现功率调节。


3.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于：所述固态断路器包括人机界面模块，人机界面模块通过通讯模块与控制模块连接，通过人机界面模块能够选择是否打开软启动功能。


4.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于：所述的功率器件开关单元包括两个功率器件开关，两个功率器件开关串联在主回路中，且两个功率器件开关的压降方向相反。


5.根据权利要求4所述的固态断路器，其特征在于：两个功率器件开关均包括寄生二极管，两个功率器件开关的寄生二极管在主回路中的压降方向相反。


6.根据权利要求1所述的固态断路器，其特征在于：所述的控制模块包括主控制器，所述的主控制器为微控制器MCU或者单片机，主控制器通过电流采集模块、电压采集模块监测负载的电流信号和电压信号，发生故障时主控制器控制模块先控制功率器件开关单元截止，然后控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，欧佳嵘，朱可，胡应龙，
申请(专利权)人：上海正泰智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31