[发明专利]一种灭弧混合切换开关及开关切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子装置，特别是一种灭弧混合切换开关及开关切换方法。

背景技术

自动转换开关(ATS)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，广泛应用于各种场合。由于自动转换开关的主要切换部件为机械开关，所以切换速度慢(20ms左右)，容易引起电弧，而电弧会产生高温，灼烧并蒸发机械开关的金属触点，并因此大幅缩短开关的使用寿命。

静态转换开关(STS)也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，应用于各种对切换速度要求严格的场合。由于静态转换开关的主要切换部件为晶闸管，虽然其切换速度(小于3ms)比ATS大幅提高，但晶闸管为半导体而非导体的性质，所以会有比导体性质的机械开关大得多的导通压降，增加了导通损耗。而且，大功率晶闸管造价高昂，也大幅增加了产品成本。一台STS甚至比同容量的UPS(不间断电源)还要昂贵。

对于开关来说，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，是极其迫切的要求。

单纯使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。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。

发明内容

本发明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开关切换方法，降低了对晶闸管的大功率要求和产品的成本，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，本发明采用以下技术方案：

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，所述第一晶闸管支路包括第一晶闸管、第二晶闸管、第一有极性电容和第二有极性电容，所述第一晶闸管和所述第一有极性电容同向串联，所述第二晶闸管和所述第二有极性电容同向串联，所述第一晶闸管和所述第一有极性电容组成的支路与所述第二晶闸管和所述第二有极性电容组成的支路反向并联。

优选地，还包括并联在所述第一有极性电容上的第一放电电路和并联在所述第二有极性电容上的第二放电电路。

还包括串联在所述第一晶闸管支路上的限流器件。

还包括并联在所述机械开关的第二触点支路上的第二晶闸管支路，所述第二晶闸管支路包括第三晶闸管、第四晶闸管、第三有极性电容和第四有极性电容，所述第三晶闸管和所述第三有极性电容同向串联，所述第四晶闸管和所述第四有极性电容同向串联，所述第三晶闸管和所述第三有极性电容组成的支路与所述第四晶闸管和所述第四有极性电容组成的支路反向并联。

还包括并联在所述第三有极性电容上的第三放电电路和并联在所述第四有极性电容上的第四放电电路。

一种用于前述的灭弧混合切换开关的开关切换方法，包括以下步骤：

a.发出开关切换信号；

b.触发所述第一晶闸管支路导通，电流经所述第一晶闸管和所述第一有极性电容组成的支路流通，或经所述第二晶闸管和所述第二有极性电容组成的支路流通；

c.使所述机械开关离开第一触点，电流经由所述第一晶闸管支路向负载继续供电；

d.检测到所述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时，停止触发第一双向晶闸管单元。

优选地，所述步骤d之后还包括对所述第一有极性电容和所述第二有极性电容进行放电的步骤。

所述步骤d之后还包括以下步骤：

e.检测到所述第一晶闸管支路无电流通过后，触发所述第二晶闸管支路导通，电流经所述第三晶闸管和所述第三有极性电容组成的支路流通，或经所述第四晶闸管和所述第四有极性电容组成的支路流通，对负载供电；

f.检测到所述机械开关到达第二触点后，停止触发所述第二晶闸管支路。

所述步骤f之后还包括对所述第三有极性电容和所述第四有极性电容进行放电的步骤。

本发明有益的技术效果是：