[发明专利]新型电子式交流接触器

说明书

技术领域

本发明涉及电子、电器及电气工程领域，特别地涉及一种大电流的电子无触点换相开关。

背景技术

现有国内外的交流接触器几乎都是有触点接触式开关，其构成的结构组件由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其它辅助机构组成，电磁机构中的电压线圈的得电与失电是控制其触点通、断的核心部件。特别是在现有电气自动化的工业生产中，现有的交流接触器更显得弊病突出，如大电流负载频繁切换造成主触点烧坏易造成接触不良故障，尤其是在有电机正反方向运行的生产中，必须要同时配备正反方向运行的两个接触器来回切换，虽然有灭弧装置，但因触点通、断的机械动作频率的间隙不能完全消除火花，无论是触点的使用寿命、运行的可靠性都会有着一定的影响。

现有无触点开关分为磁放大器式无触点开关，电子管、离子管式无触点开关和半导体无触点开关。各种无触点开关的内部结构不同，开关特性也有所不同。磁放大器式无触点开关体积与重量较大且电流转换速度慢，已较少采用；电子管、离子管式无触点开关由于电子管、离子管的功率不能做得很大，在实际应用中受到了很大的限制；半导体无触点开关是借电路中半导体器件的可控导通性来实现电路通断，具有良好的应用前景。尽管已开发有晶闸管作为回路通断元件的电子开关，但至今还是没有一个功能完整的电子式交流接触器。

发明内容

本发明目的在于提供一种功能完整、便于切换、适应交流回路通断、具有过载保护的电子式无触点交流接触器，是一种安全可靠、节能高效、多功能、无触点的电子式交流接触器。

本发明采取的具体技术方案为：

一种新型电子式交流接触器，其特征在于包括固态开关及其保护电路，固态开关为每组搭载二个二极管和IGBT管，先反并联二极管和IGBT管后再串联组成的全控型固态开关，其在三相交流电路中，接C相的固定为公共不变，接A、B相的受PLC控制信号而变换电源相序，实现电机的正反转；保护电路由IC555时基电路、热敏电阻、调节电位器、电容、电磁继电器、直流电源组成，依靠改变电路阻抗值，阶跃地改变负荷电流和电压输出，完成电路的通断，从而保护电机和IGBT管。

所述的IGBT管，即绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOSFET（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，驱动功率小而饱和压降低。通过加正向栅极电压形成沟道，给晶体管提供基极电流，使IGBT管导通；反之，加反向门极电压消除沟道，切断基极电流，使IGBT管关断。

所述的IGBT管，与二极管在大功率负载应用时采用分立元器件组合，但随着现代科技水平的发展也可集成在同一个晶圆上面，引入场终止技术和沟道栅技术，使饱和导通压降减少，减小导通损耗，实现逆向导通，为逆程电压提供通路。

所述的固态开关，由五组反并联二极管和IGBT管组成，每组由二个二极管和二个IGBT管组成，即每个二极管和IGBT管反并联再串联接入电路，也就是说一个二极管正极和一个IGBT管的源极（又称发射极）连接，而该二极管的负极和另一个IGBT管的漏极连接，再将由IGBT管和二极管并联组成的电路串联，IGBT管的栅极作为PLC控制信号的输入端。

当PLC输出电机正转信号时，接A相的第一组IGBT管的两个栅极、接B相的第三组IGBT管的两个栅极、接C相的第五组IGBT管的两个栅极加入控制电压使其晶体管导通；当PLC输出电机反转信号时，接A相的第四组IGBT管的两个栅极、接B相的第二组IGBT管的两个栅极、接C相的组第五组IGBT管的两个栅极加入控制电压使其晶体管导通，外接电机随A、B相的切换而改变旋转方向。

其导通路径是：当交流电正半周时，电流从第一组A相流入，因前级IGBT管的栅极有控制信号而导通，与其并联的二极管因加反向输入电压而截止，与其串联的后级二极管因加正向电压而导通；当交流电负半周时前级二极管加正向电压而导通，而与其串联的后级二极管因加反向电压而截止，因后级IGBT管的栅极有控制信号而导通，从而完成交流电的全导通。B、C相的工作路径及原理如同所述。

所述的IC555时基电路，是一种将模拟电路和数字电路结合在一起的混合式集成电路，一般由二个比较器、一个基本RS触发器、一个反相缓冲器、一个三极管和三个5kΩ电阻组成，可以采用4．5～15V的单独电源，也可以和其它的运算放大器和TTL电路共用电源，能提供准确的定时时间。