專利名稱：快速保護控制開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓電器開關(guān)，特別是一種可將斷路器功能與接觸器功能集于一身的快速保護控制開關(guān)。
目前與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)有斷路器和接觸器。斷路器是具有接通和分斷事故電流能力的保護功能低壓開關(guān)，但是斷路器的正常接通或分斷操作仍然由手動完成，因此它不能實現(xiàn)遠距離控制及頻繁操作等功能，這樣也就不能實現(xiàn)計算機的完全控制，這也是目前低壓電力系統(tǒng)的一大缺點。相反交流接觸器具有遠距離控制和頻繁操作功能，但它不具備接通和分斷事故及短路電流的能力，因此沒有保護功能。通常用電系統(tǒng)都是斷路器與接觸器相串聯(lián)，還要有配套的熱繼電器及電流互感器等元器件，不但使體積增大，而且多個器件串聯(lián)必然會降低系統(tǒng)的可靠性。
鑒于上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種將斷路器功能和接觸器功能集于一身的快速保護控制開關(guān)，以此替代斷路器、接觸器、熱繼電器、電流互感器等器件，縮小體積、降低成本及提高用電系統(tǒng)的可靠性，全方位實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)的完全控制。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的以現(xiàn)有交流接觸器為基本結(jié)構(gòu)，在靜觸頭固定底板與觸頭支持件之間設(shè)有觸頭擴展開距機構(gòu)，利用觸頭擴展開距機構(gòu)增大在分斷時的觸頭開距，即最大觸頭開距等于平衡開距(平衡開距亦指原接觸器觸頭開距)與觸頭擴展開距之和，以此提高本開關(guān)的滅弧能力，也就是開關(guān)的分斷能力。
從物理學(xué)我們知道，氣體原子有基態(tài)、激發(fā)態(tài)和電離態(tài)，激發(fā)態(tài)原子的能級是取分離值的，電弧電流使氣體產(chǎn)生大量激發(fā)態(tài)和電離態(tài)原子，含激發(fā)態(tài)和電離態(tài)原子的氣體稱為游離氣體，用游離度來度量游離氣體含激發(fā)態(tài)和電離態(tài)原子的濃度大小。弧芯中氣體游離度最大，其游離度隨離弧芯距離的增加而遞減。游離氣體絕緣強度用臨界擊穿電壓值V。來表示。設(shè)游離氣體長度為L，游離度為N，這段長度L的游離氣體的絕緣強度V。應(yīng)該與L成正比，而與N成反比，設(shè)比例系數(shù)為β，則V.＝β×(L/N)......(1)電弧的路徑是不斷跳動的，見王其平編《電器電弧理論》。另外也有人用高速攝像記錄下來低壓電器斷口間電弧不斷游動的現(xiàn)象。這說明電弧的導(dǎo)電性不是自身固有的，它不象導(dǎo)電體那樣具有導(dǎo)電電阻值大小的性質(zhì)。如果游離度大電阻就小的話，那么電弧弧芯路徑上就應(yīng)比其他路徑上電阻小，電弧就不應(yīng)該出現(xiàn)跳動式游動。所以游離了的氣體自身并不具導(dǎo)電性，陰極發(fā)射的電子受電場力和磁場力作用而決定其路徑，當電場或磁場波動時，就會改變其路徑，而原來電弧弧芯的氣體就喪失了導(dǎo)電性。低壓電器斷口中電弧在電動力作用下被吹離斷口，但電流下降趨于零時，磁場也趨于零，作用于電子上的磁場力也趨于零，電弧的路徑也會向觸頭斷口內(nèi)最短的直線距離趨近，這個最短直線距離就是觸頭開距。當電流過零后，磁場為零，只有電場力作用在新的陰極發(fā)射的電子上，因此電子應(yīng)沿斷口內(nèi)最短直線距離運動到陽極，斷口內(nèi)這個路徑上的氣體的游離度N才是決定觸頭間絕緣強度能否滅弧的因素。這個氣體形狀應(yīng)是圓柱體，圓柱長度就是觸頭開距，而圓柱半徑為R，圓柱表面積為2πrL，單位時間內(nèi)向外輻射損失的能量就等于向外輻射損失的功率為W，應(yīng)于圓柱表面積成正比，比例系數(shù)記為b，則W＝b×2πrL，單位時間內(nèi)這個圓柱體氣體接收的能量Q，應(yīng)等于電流過零前電弧電壓U與電流I的乘積，則Q＝U×I，這個圓柱體氣本的游離度與Q成正比，與W成反比，比例系數(shù)記為K，則N＝K(Q/W)＝(KUI)/(b×2πrL)代入公式(1)得V。＝β×(b×2πrL2)/(K×U×I)......(2)電源電壓記為V，電流過零前電弧電壓U＝aV，令P＝(β×b×2πr)/(k×a)代入公式(2)，得V×I≤P(L2/V。)......(3)公式(3)就是滅弧能力的表達式。
由該公式3可以得出；滅弧能力與觸頭開距的平方成正比，只要加大觸頭開距就能大幅度提高滅弧能力，亦即開關(guān)的分斷能力；提高了開關(guān)的分斷能力，但接觸器的接通能力較低，當接觸器接觸短路電流時如果觸點熔焊，那么上述分斷短路電流的能力就失去意義，因而要使接觸器具備斷路器功能，還需提高接觸器的接通能力。在接觸器的主回路上設(shè)有分辯短路電流控制機構(gòu)，該機構(gòu)包含電流電壓轉(zhuǎn)換器、直流低壓回路和直流高壓回路以及信號控制器，由該轉(zhuǎn)換器監(jiān)測主回路電流情況，使之在發(fā)生短路的較短時間內(nèi)通過控制器、直流低壓回路將主回路切斷，防止接觸器觸點熔焊，提高接觸器的接通能力。
上述觸頭擴展開距機構(gòu)可以是在靜觸頭固定底板與觸頭支持件之間設(shè)一個壓縮彈簧(也可稱之為擴展彈簧)，也可以是由一個彈簧、一個限位器和安裝彈簧、限位器的盒體構(gòu)成，還可以是由拉簧來實現(xiàn)。
本發(fā)明的優(yōu)點是在現(xiàn)有接觸器基本結(jié)構(gòu)上增加了觸頭擴展開距機構(gòu)和分辯短路電流機構(gòu)，從而有效的提高了接觸器接通和分斷能力，使之具有斷路器功能，用在用電設(shè)備控制中可縮小體積、降低成本，實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)的完全控制。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以說明

圖1和圖2是本發(fā)明兩實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是觸頭擴展開距機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖4是分辨短路電流控制機構(gòu)原理圖。
參考附圖，本發(fā)明主要是在由滅弧罩1、動觸頭2、主觸頭彈簧3、靜觸頭4、靜觸頭固定底板5、觸頭支持件7、動鐵芯8、觸頭支持件反力彈簧9、線圈(L)10，靜鐵芯11、外殼12、靜鐵芯安裝底座13構(gòu)成的交流接觸器基礎(chǔ)上增加了觸頭擴展開距機構(gòu)和分辯短路電流控制機構(gòu)。觸頭擴展開距機構(gòu)是由設(shè)在靜觸頭固定底板5與觸頭支持件7之間的壓縮彈簧(稱這個壓縮彈簧為擴展彈簧)6構(gòu)成。由動鐵芯8、觸頭支持件7和動觸頭2等運動部件的動能將擴展彈簧6壓縮，壓縮距離記為L4，稱L4為擴展開距。運動部件走完L4后又撞在靜觸頭固定底板上，撞擊使運動部件的功能損掉絕大部分，因此反彈速度很小，在擴展彈簧的作用下回到平衡位置。平衡位置的觸頭開距稱為平衡開距，記為L2，這時動鐵芯開距保持在L1的位置，不會影響鐵芯吸合。觸頭開距為L2，可是運動過程中觸頭最大開距為平衡開距L2與擴展開距L4之和，開距增大后就能分斷短路電流了，例如對于雙斷口直線運動的交流接觸器，只要L2+L4≥17mm時就能分斷42KA的短路電流。觸頭擴展開距機構(gòu)還可由彈簧16，限位器17和安裝彈簧、限位器的盒體18構(gòu)成(見圖3)或由拉簧19(見圖2)構(gòu)成。分辯短路電流控制機構(gòu)包含由帶氣隙的鐵芯A、二次線圈B構(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換傳感器15和由整流橋ZL1、三極管G2構(gòu)成的直流高壓回路，由整流橋ZL2、三極管G1、壓敏電阻Rv、保護電容C1構(gòu)成的直流低壓回路以及信號控制器IC。利用電流電壓轉(zhuǎn)換器15監(jiān)測工作電流及短路電流，并將監(jiān)測的電流信號變成電壓信號輸入給信號控制器IC(該控制器中編有控制程序)，由該控制器輸出信號控制直流低壓回路和直流高壓回路的接通與關(guān)斷，從而控制鐵芯的吸合和分斷，鐵芯閉合過程給線圈L加高電壓、大電流，閉合后由G2關(guān)斷高壓回路，然后由低壓保持鐵芯吸合，分斷時由三極管G1關(guān)斷來實現(xiàn)。電流電壓轉(zhuǎn)換傳感器是由硅鋼片疊成的鐵芯，鐵芯磁路中具有足夠大的氣隙，鐵芯上繞有二次線圈，主回路導(dǎo)體穿過鐵芯形成互感，主回路中電流上升率與二次線圈電壓成正比，測量該電壓值來監(jiān)測主回路電流，實現(xiàn)過流、短路等保護功能，由于它能在電流過零時監(jiān)測出短路電流，使觸頭在幾毫秒之內(nèi)分離，從而避免觸頭熔焊，使之具有接通短路電流的能力。
權(quán)利要求
1.一種快速保護控制開關(guān)，它包括由滅弧罩、動靜觸頭、動靜鐵芯、線圈、靜觸頭固定底板，觸頭支持件、觸頭支持件反力彈簧、靜鐵芯安裝底座構(gòu)成的交流接觸器，其特征是在靜觸頭固定底板與觸頭支持件之間設(shè)有觸頭擴展開距機構(gòu)，使分斷時的觸頭最大開距為擴展開距與平衡開距之和，在接觸器的主回路上設(shè)有分辨短路電流控制機構(gòu)，該機構(gòu)包含電流電壓轉(zhuǎn)換器、直流低壓回路、直流高壓回路及信號控制器，利用電流電壓轉(zhuǎn)換器監(jiān)測主回路電流，并將監(jiān)測的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號送至信號控制器，然后由信號控制器控制直流低壓回路，在發(fā)生短路時將主回路切斷。
2.如權(quán)利要求1所述的快速保護控制開關(guān)，其特征是所述觸頭擴展開距是由置于靜觸頭固定底板和觸頭支持件之間的擴展彈簧來實現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1所述的快速保護控制開關(guān)，其特征是觸頭擴展開距機構(gòu)由一個彈簧、一個限位器和安裝彈簧、限位器的盒體構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的快速保護控制開關(guān)，其特征是觸頭擴展開距由拉簧來實現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1所述的快速保護控制開關(guān)，其特征是電流電壓轉(zhuǎn)換器是由硅鋼片疊成的鐵芯，鐵芯磁路中具有足夠大的氣隙，鐵芯上繞有二次線圈，主回路導(dǎo)體穿過鐵芯形成互感，主回路中電流上升率與二次線圈電壓成正比，測量該電壓值來監(jiān)測主回路電流，實現(xiàn)過流、短路等保護功能，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速保護控制開關(guān),其技術(shù)特點是在交流接觸器基礎(chǔ)上增設(shè)了觸頭擴展開距機構(gòu)和分辨短路電流機構(gòu),從而有效的提高了接觸器接通和分斷能力,使之具有斷路器功能,用在用電設(shè)備控制中可縮小體積、降低成本,實現(xiàn)計算機聯(lián)網(wǎng)的完全控制。
文檔編號H01H71/12GK1372289SQ0110617
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月21日
發(fā)明者劉樹寶, 王有元 申請人:劉樹寶, 王有元