灭弧混合切换开关和开关切换方法技术

本发明专利技术公开了一种灭弧混合切换开关，包括机械开关和并联连接在所述机械开关的第一触点支路上的第一晶闸管支路，所述第一晶闸管支路包括串联连接的第一双向晶闸管单元和第一无极性电容。本发明专利技术还公开了一种为机械开关灭弧的开关混合切换方法。由于设置了第一无极性电容，从而可以选择小功率的晶闸管，因此大幅降低了晶闸管成本；同时还可以在晶闸管发生短路故障时代替晶闸管起到灭弧的作用，大幅降低负载电流，减小晶闸管故障对于负载的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可以安装在工业上广泛使用的自动转换开关(ATS)上的电力电子装 置，特别是一种使用低成本小功率晶闸管以及无极性电容为大功率机械开关灭弧的混合切 换开关及开关切换方法。
技术介绍
自动转换开关(ATS)广泛应用于各种场合，是一种将一个或几个负载电路从一个 电源转换至另一个电源的电器。但是由于其主要切换部件为机械开关，所以有切换速度慢 (20ms左右)，容易引起电弧等缺点。其中，机械开关在切换时出现的电弧会产生高温，灼烧 并蒸发机械开关的金属触点，大幅缩短开关的使用寿命。静态转换开关(STS)同样广泛应用于各种对切换速度要求严格的场合，同样是一 种将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的电器。但是由于其主要切换部件 为晶闸管，虽然切换速度比ATS大幅提高(小于3ms)，但晶闸管作为其半导体而非导体的性 质，所以会有比机械开关作为导体大得多的导通压降，增加了导通损耗。同样因为大功率晶 闸管的高昂造价，也大幅提高了产品成本。一台STS甚至比同容量的UPS还要昂贵。拥有极低的导通损耗，极快的切换速度，极长的使用寿命，故障时对于负载极好的 保护，以及极其低廉的价格，是每个客户对于开关极其迫切的要求。单纯的使用晶闸管并联机械开关可以满足上述的部分要求，但是只适用于小功率 场合。当开关为ATS使用场合例如电流为63A，230A，3kA以及4kA的时候，对于晶闸管的大 功率的要求使得产品造价非常的高昂，而且提供产品的供应商也很少，因此使这样设计在 市场上失去竞争力。同时，当晶闸管发生短路故障时，电源会通过晶闸管支路直接向负载供 电，将机械开关短路。即使此时切换机械开关也不会有任何作用，对负载构成了威胁。早在 1984年就有人在美国申请了上述单纯的使用晶闸管并联机械开关的专利，可20多年后的 今天仍未见任何类似产品应用，其不足与缺陷可见一斑。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种灭弧混合切换开关和切换 方法，实现灭弧切换的同时降低了对晶闸管的大功率要求，并当晶闸管发生短路故障时不 会导致机械开关短路。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种灭弧混合切换开关，包括机械开关和并联连接在所述机械开关的第一触点支 路上的第一晶闸管支路，其特征在于，所述第一晶闸管支路包括串联连接的第一双向晶闸 管单元和第一无极性电容。优选地，还包括并联连接在所述第一双向晶闸管单元上的晶闸管缓冲电路。优选地，还包括并联连接在所述第一无极性电容上的放电电路。优选地，还包括并联连接在所述机械开关的第二触点支路上的第二晶闸管支路，3所述第二晶间管支路包括串联连接的第二双向晶间管单元和第二无极性电容。优选地，还包括并联连接在所述第二双向晶闸管单元上的晶闸管缓冲电路。优选地，还包括并联连接在所述第二无极性电容上的放电电路。一种为机械开关灭弧的开关切换方法，其特征在于，包括以下步骤a.发出开关切换信号；b.触发第一双向晶闸管单元导通；c.触发机械开关离开第一触点，电流经由串接的第一双向晶闸管单元和第一无极 性电容向负载供电；d.检测到机械开关完全离开第一触点，并达到不会引发电弧的安全距离后，停止 触发第一双向晶闸管单元。优选地，所述步骤d之后还包括对第一无极性电容进行放电的步骤。优选地，所述步骤d之后还包括以下步骤e.检测到第一双向晶闸管单元无电流通过后，触发第二双向晶闸管单元导通，电 流经由第二双向晶闸管单元和第二无极性电容对负载供电；f.检测到机械开关到达第二触点后，停止触发第二双向晶闸管单元。优选地，所述步骤f之后还包括对第二无极性电容进行放电的步骤。本专利技术有益的技术效果是根据本专利技术，灭弧混合切换开关包括机械开关和并联连接在机械开关的第一触点 支路上的第一晶闸管支路，其中第一晶闸管支路包括串联连接的第一双向晶闸管单元(可 以是双向晶闸管或反向并接的2个晶闸管)和第一无极性电容。一方面，由于晶闸管具有 电流过零时自动断流以及切换时的高速特性，可以实现自身无触点无电弧切换，所以利用 第一双向晶闸管单元可为电路主开关即机械开关减轻压力，消除机械开关在切换时出现的 电弧，使得机械开关触点不会被电弧的高温所灼烧蒸发，从而大幅延长机械开关的寿命；晶 闸管相对机械开关的快速响应还缩短了机械开关的缓慢速度给负载带来的停电时间。另一 方面，第一无极性电容则可以降低晶闸管的功率，从而可以选择小功率的晶闸管，由于不需 要使用异常昂贵的大功率晶闸管，因此大幅降低了晶闸管成本；同时还可以在晶闸管发生 短路故障时代替晶闸管起到灭弧的作用，大幅降低负载电流，从而减小晶闸管故障对于负 载的影响。在优选的实施例中，还设置放电电路，在两次切换的中间空隙利用放电电路对第 一无极性电容进行放电，消除残留的剩余电量，避免在下一次切换回第一晶闸管支路时造 成冲击。在优选的实施例中，还设置晶闸管缓冲电路，保护第一双向晶闸管单元免受脉冲 电流电压的冲击，延长晶闸管的使用寿命。附图说明图1为本专利技术混合切换开关的应用示意图；图2为本专利技术一种实施例灭弧装置主要电路图；图3为本专利技术一种实施例开关切换方法的流程图；图4为本专利技术一种实施例的混合开关实验电路原理图5为无晶闸管与电容时的电弧波形图；图6为采用晶闸管与电容后的机械开关的波形图；图7为晶闸管断路故障后波形；图8为本专利技术另一种实施例灭弧装置主要电路图。本专利技术的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。具体实施例方式请参考图1，一种实施例的灭弧混合切换开关包括机械开关S、并联连接在机械开 关的第一触点支路Pl上的第一晶间管支路以及并联连接在机械开关的第二触点支路P2上 的第二晶间管支路。第一晶间管支路包括串联连接的第一双向晶间管单元Gl和第一无极 性电容Cl。第二晶间管支路包括串联连接的第二双向晶间管单元G2和第二无极性电容C2。 第一、二双向晶闸管单元可以是一个双向晶闸管或反向并接的2个晶闸管。在如图1所示 的ATS应用中，机械开关的第一触点支路Pl与正常供电电源A相耦合，机械开关的第二触 点支路P2与紧急供电电源B相耦合，机械开关在第一触点和第二触点之间切换以向负载R {共 ο如图2所示，在优选的实施例中，可在第一双向晶闸管单元Gl上并接晶闸管缓冲 电路，优选包括串联连接的电容C3和电阻R2，用于吸收产生的电脉冲。晶闸管缓冲电路优 选可采用RCD设计，以保护晶闸管免受脉冲电流电压的冲击，延长晶闸管的使用寿命。还可 在第一无极性电容Cl上并接放电电路，放电电路优选包括串联连接的放电电阻Rl以及放 电双向晶闸管G3，用于对无极性电容进行放电，消除残留的剩余电量，避免在机械开关下次 切换回来时造成冲击。同样，对于第二晶闸管支路也可采用类似的电路设置。一种实施例的开关切换方法的流程如图3所示，具体步骤如下正常情况下，机械主开关应该处于第一触点处，第一双向晶闸管单元Gl也处于截 止状态。这时由于机械开关的阻抗很低，而晶闸管以及无极性电容的阻抗较大，电流全部从 机械开关通过，电压降和导通损耗都几乎为零。当正常供电电源故障，需要切换到紧急电源时，系统会给出切换命令(步骤0)。之 后，触发第一双向晶闸管单元Gl让其导通(步骤1)。然后机械开关开始动作，离开第一触 点，向第二触点移动(步骤2)，这期间，电流会流进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种灭弧混合切换开关，包括机械开关和并联连接在所述机械开关的第一触点支路上的第一晶闸管支路，其特征在于，所述第一晶闸管支路包括串联连接的第一双向晶闸管单元和第一无极性电容。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：法兰克赫德特，桑子夏，武志贤，
申请(专利权)人：ASCO电力技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]