一种固态断路器及其控制方法与流程

1.本发明涉及断路器，具体涉及一种固态断路器及其控制方法。


背景技术：

2.固态断路器因具有快速通断性、可靠性及重复操作性在柔性交流传输系统中的应用越来越广泛，并且通过与其他装置配合使用极大提高了电力系统的稳定性和可靠性。但现有的固态断路器又不能完全脱离机械开关，通常固态断路器都需要配装机械开关作为电气隔离，通过断开机械开关可以避免电力电子器件产生漏电流，这种类型的电路通常是通过时间偏移来控制机械开关和电力电子器件开关与关闭，但由于机械开关动作过程比较复杂，通常不能像电力电子器件一样精准动作，并且机械开关的闭合与断开是由固态断路器中的电子电路控制，在系统断电时又需要合闸时，使固态断路器无法操作，具有使用局限性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够克服现有操作缺陷的固态断路器及其控制方法。
4.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种固态断路器，包括机械开关、电力电子器件和控制电路；所述机械开关可被手动触发或电动触发，机械开关包括触点机构以及可驱动触点机构动作的控制线圈，触点机构包括主触点和辅触点，主触点与电力电子器件串联在断路器主线路上用于控制断路器主线路的通断，控制电路与辅触点连接用于检测辅触点所处状态，控制电路与电力电子器件连接用于驱动电力电子器件动作，控制电路可通过控制线圈驱动触点机构动作。
6.优选的，机械开关被手动或电动触发闭合时，主触点先于辅触点闭合；机械开关被手动或电动触发断开时，辅触点先于主触点断开。
7.优选的，所述主触点、辅触点以及控制线圈装配在一起，主触点与辅触点的总行程相同，主触点的开距小于辅触点的开距，主触点的超程大于辅触点的超程。
8.优选的，机械开关被手动触发闭合时，主触点先于辅触点闭合，控制电路检测辅触点闭合后控制电力电子器件导通；机械开关被手动触发断开时，辅触点先于主触点断开，控制电路检测辅触头断开后控制电力电子器件在主触点断开之前关闭。
9.优选的，所述控制电路从断路器的供电系统取电，机械开关为磁保持结构或自保持结构。
10.优选的，所述控制电路具有供电电源，机械开关为电保持结构。
11.一种固态断路器的控制方法，包括如上所述的固态断路器：
12.在控制电路被正常供电的情况下，固态继电器中机械开关的触点机构可被手动触发，在控制电路检测辅触点状态后，控制电路根据辅触点所处状态驱动电力电子器件动作使断路器主线路导通或断开；
13.在控制电路被正常供电的情况下，机械开关的触点机构可被电动触发，当控制电路接收到自动控制信号，控制电路根据控制信号分步驱动电力电子器件和机械开关动作以控制断路器主线路的通断；
14.在控制电路被断电时，机械开关的触点机构仅能被手动触发不能被电动触发，且控制电路无法导通电力电子器件。
15.进一步，在手动或电动触发机械开关的触点机构闭合时，触点机构同步动作，且主触点比辅触点先闭合；
16.在手动或电动触发机械开关的触点机构断开时，触点机构同步动作，且辅触点比主触点先断开。
17.进一步，在控制电路被正常供电时，手动触发机械开关的触点机构闭合，主触点先于辅触点闭合，在控制电路检测到辅触点处于闭合状态后驱动电力电子器件导通；
18.在控制电路被正常供电时，手动触发机械开关的触点机构断开，辅触点先于主触点断开，在控制电路检测到辅触点处于断开状态后驱动电力电子器件在主触点断开之前关闭。
19.进一步，在电动触发机械开关的触点机构闭合或断开时，主触点、辅触点在控制线圈的驱动下同步动作。
20.进一步，在控制电路被正常供电时，当控制电路获取自动控制信号进行分闸时，控制电路先驱动电力电子器件关闭，再通过驱动控制线圈使触点机构断开；
21.在控制电路被正常供电时，当控制电路获取自动控制信号进行合闸时，控制电路先驱动控制线圈使触点机构闭合，控制电路再驱动电力电子器件导通。
22.进一步，在控制电路供电被中断，且未通过手动触发机械开关的触点机构动作，在控制电路供电恢复正常供电后，控制电路检测辅触点的状态，并根据辅触点的状态驱动电力电子器件，当控制电路检测到辅触点处于闭合状态，控制电路驱动电力电子器件导通，当控制电路检测到辅触点处于断开状态，控制电路不驱动电力电子器件导通。
23.进一步，在控制电路供电被中断时，机械开关的触点机构可保持在闭合状态，在控制电路恢复正常供电后，控制电路通过检测辅触点状态并根据辅触点的状态驱动电力电子器件动作。
24.进一步，当控制电路供电被中断且机械开关已处于断开状态时，可通过手动触发机械开关闭合并使触点机构保持闭合状态，在控制电路恢复正常供电后，控制电路检测到辅触点处于闭合状态后驱动电力电子器件导通。
25.本发明的一种固态断路器及其控制方法，在固态断路器中设置可被手动或电动触发的机械开关，在固态断路器的控制电路被中断供电时，可以通过手动触发机械开关实现机械开关的断开和闭合，在控制电路恢复供电后仍能正常驱动机械开关，克服了现有固态断路器不能在断电后合闸的缺陷。
26.此外，相比现有通过机械结构关断的固态断路器，本发明在辅触点断开，主触点未完全断开时，通过驱动电力电子器件断开实现对主回路的关断，具有关断速度快，反应灵敏的优点。
27.此外，固态断路器中控制电路可以直接从断路器的供电系统中取电，也可以自备供电电源，适用范围广泛。
附图说明
28.图1是本发明一种固态断路器的示意图。
具体实施方式
29.以下结合附图1给出的实施例，进一步说明本发明的一种固态断路器及其控制方法的具体实施方式。本发明的一种固态断路器及其控制方法不限于以下实施例的描述。
30.一种固态断路器，包括机械开关、电力电子器件和控制电路；所述机械开关可被手动触发或电动触发，机械开关包括触点机构以及可驱动触点机构动作的控制线圈，触点机构包括主触点和辅触点，主触点与电力电子器件串联在断路器主线路上用于控制断路器主线路的通断，控制电路与辅触点连接用于检测辅触点所处状态，控制电路与电力电子器件连接用于驱动电力电子器件动作，控制电路可通过控制线圈驱动触点机构动作；
31.在控制电路被正常供电的情况下，固态继电器中机械开关的触点机构可被手动触发，在控制电路检测辅触点状态后，控制电路根据辅触点所处状态仅驱动电力电子器件动作使断路器主线路被导通，或分步驱动电力电子器件和控制线圈，使电力电子器件和触点机构分步动作使断路器主线路被断开；
32.在控制电路被正常供电的情况下，机械开关的触点机构可被电动触发，当控制电路接收到自动控制信号，控制电路根据控制信号分步驱动电力电子器件和控制线圈，使电力电子器件与触点机构分步动作以控制断路器主线路的通断；
33.在控制电路被断电时，机械开关的触点机构仅能被手动触发不能被电动触发，且控制电路无法导通电力电子器件。
34.本发明的一种固态断路器及其控制方法，在固态断路器中设置可被手动或电动触发的机械开关，在固态断路器的控制电路被中断供电时，可以通过手动触发机械开关实现机械开关的断开和闭合，在控制电路恢复供电后仍能正常驱动机械开关，克服了现有固态断路器不能在断电后合闸的缺陷。
35.结合图1详细介绍一种固态断路器及其控制方法的实施例，一种固态断路器，包括机械开关、电力电子器件和控制电路；所述机械开关可被手动触发(参见图1中机械开关的手动触发点a)或电动触发，机械开关包括触点机构以及可驱动触点机构的控制线圈，触点机构包括一个主触点和至少一个辅触点，所述主触点与辅触点同步动作，所述主触点与电力电子器件串联在断路器主线路上用于控制断路器主线路的通断，控制电路与一个辅触点连接，控制电路通过检测辅触点状态判断主触点的动作，控制电路与电力电子器件连接，控制电路通过检测辅触点所处状态判断主触点状态，通过判断主触点的动作意图输出控制信号以控制电力电子器件动作，控制电路通过控制线圈来驱动触点机构动作，实现对机械开关的电动触发。在本实施例中，所述控制电路具有信号处理功能，控制电路在接收并处理信号后，输出对应的电平信号驱动电力电子器件的开启、闭合动作。
36.在本实施例中，机械开关被手动或电动触发闭合时，主触点先于辅触点闭合；机械开关被手动或电动触发断开时，辅触点先于主触点断开。特别是在机械开关被手动触发闭合时，主触点先于辅触点闭合，控制电路检测辅触点闭合后控制电力电子器件导通；机械开关被手动触发断开时，辅触点先于主触点断开，控制电路检测辅触头断开后控制电力电子器件在主触点断开之前关闭。
37.优选主触点、辅助触点、驱动线圈可以在同一装置内，闭合时主触点比辅助触点先闭合，断开时主触点比辅助触点后断开，如此，在控制电路检测到辅触点闭合时，主触点一定处于闭合状态，在控制电路检测到辅触点处于断开状态时，主触点一定处于正在断开过程中，此时通过控制电路驱动电力电子器件关闭，由于电力电子器件速度比机械结构速度快，电力电子器件能迅速关断主回路，相比现有通过机械开关动作实现对主线路关断的固态断路器，本技术的关断速度明显较快。
38.提供一种触点机构的实施例，所述主触点与辅触点在总行程相同的条件下，主触点的开距小于辅触点，主触点的超程大于辅触点的超程，如此使得在触点机构同步动作时，主触点先于辅触点闭合，辅触点早于主触点断开。例如，所述主触点与辅助触点被同步触发，主触点接触的开距为1mm，超程为2mm,总行程为3mm，辅触点的接触开距为2mm，超程为1mm，总行程为3mm。闭合过程，主触点运动到1mm时主触点闭合，此时辅助触点也运行1mm，但辅触点还未闭合，当主触点、辅触点都运行2.1mm-3mm位置时，主触点、辅触点均闭合，此时完成闭合动作；辅触点闭合,主触点也闭合，此时闭合动作完成；断开过程，当主触点、辅助触点的返回距离在1.1-1.9mm之间时，辅触点已经断开，此时主触点处于闭合状态中，当主触点、辅触点返回距离在2.1mm-3mm处，主触点、辅触点都在断开状态，需要说明的是，上述主触点、辅触点的开距、超程及总行程仅为举例说明，并非实际数据。
39.在控制电路被正常供电的情况下，固态继电器中机械开关的触点机构可被手动触发，控制电路检测辅触点状态，使控制电路根据辅触点所处状态判断主触点的动作状态发出控制指令。在手动触发机械开关闭合时，触点机构的主触点、辅触点同时开始闭合动作，主触点比辅助触点先闭合，辅触点闭合后的电信号传递给控制电路，控制电路驱动电力电子器件导通，手动闭合动作完成；在手动触发机械开关断开时，触点机构的主触点、辅触点同时开始断开动作，辅触点比主触点先断开，辅助触点断开后的电信号传递给控制电路，控制电路驱动电力电子器件断开，此时主触点还未完全断开，电力电子器件断开时间早于主触点断开的原因是电力电子器件速度比机械结构速度快，最后主触点断开，手动断开操作完成。
40.在控制电路被正常供电的情况下，机械开关的触点机构可被电动触发，当控制电路接收到自动控制信号，控制电路根据控制信号分步驱动电力电子器件和机械开关动作以控制断路器主线路的通断。在电动触发机械开关的触点机构闭合或断开时，触点机构被控制线圈同步驱动，但合闸时主触点比辅助触点先闭合，分闸时辅助触点比主触点先断开。需要说明的是，控制电路需要进行编程，只有在输入电压正常且又接收到自动合闸的控制信号后，控制电路才能驱动机械开关闭合。
41.具体过程为，在控制电路被正常供电时，当控制电路获取自动控制信号需要分闸时，例如控制电路接收到来自过载保护机构或短路保护机构的控制信号，需要使固态断路器分闸，控制电路先驱动电力电子器件关闭，再通过驱动控制线圈使触点机构断开；控制电路再次被正常供电时，控制电路获取自动控制信号进行合闸时，控制电路先驱动控制线圈使触点机构闭合，即主触点先于辅触点闭合，在辅触点闭合后向控制电路反馈已处于闭合状态，控制电路检测到辅触点处于闭合状态后驱动电力电子器件导通。
42.在控制电路被断电时，机械开关的触点机构仅能被手动触发不能被电动触发，且控制电路无法导通电力电子器件，并且在此时电力电子器件已处于无法导通的状态。
43.本技术的一个改进点在于，机械开关具有手动触发的功能，无论控制电路是否被正常供电，机械开关均可以被手动触发，这样一来，在恢复供电之后仍能被控制电路控制，克服了现有固态断路器仅依靠电子电路控制的缺陷，并且操作便利。
44.进一步的，在控制电路供电中被断，且未通过手动触发机械开关的触点机构动作，在控制电路供电恢复正常供电后，控制电路检测辅触点的状态，并根据辅触点的状态驱动电力电子器件，当控制电路检测到辅触点处于闭合状态，控制电路驱动电力电子器件导通，当控制电路检测到辅触点处于断开状态，控制电路不驱动电力电子器件导通。
45.在实际应用过程中，在控制电路的供电被中断时，机械开关的触点机构可以处于闭合状态，也可以处于断开状态。
46.当机械开关正处于闭合状态时，在不对其进行手动触发时，机械开关的触点机构可以继续保持闭合状态，在控制电路再次恢复正常供电后，控制电路检测到辅触点处于闭合状态后驱动电力电子器件导通；当机械开关处于闭合状态时，通过手动触发机械开关的辅触点断开，在当控制电路检测到辅触点处于断开状态，控制电路不驱动电力电子器件导通。当然在本实施例中，优选在控制电路供电被中断时，机械开关可以保持在最近一次的闭合状态，在控制电路的供电被恢复后，控制电路检测到辅触点处于闭合状态后驱动电力电子器件导通。
47.当机械开关处于断开状态时，可以通过手动触发机械开关使触点机构闭合并保持闭合状态，在控制电路恢复正常供电后，控制电路检测到辅触点处于闭合状态后驱动电力电子器件导通；当机械开关处于断开状态时，并且未通过手动触发机械开关使触点机构闭合，在控制电路供电恢复正常供电后，控制电路不驱动电力电子器件导通。
48.在本实施例中，控制电路的供电方式多样，利于应用在不同的场景，优选控制电路可以直接从固态断路器的供电系统中取电，此时机械开关优选为磁保持结构或自保持结构，当然控制电路也可以自备供电电源，此时机械开关优选为电保持结构，但自备的供电电源有寿命限制，需要定时更换供电电源，不如直接从供电系统取电的效果好。
49.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。