CN101512705A - 开关设备、尤其是紧凑型起动器 - Google Patents

Abstract

一种开关设备(1)，具有一个第一开关位置(2)和一个第二开关位置(3)，所述第一开关位置用于在正常工作状态下对至少一个电流路径(L1－L3)进行通断操作，所述第二开关位置用于切断短路电流。所述第一和第二开关位置(2，3)串联，并安置在一个共用外壳(G)内。为能对所述电流路径(L1－L3)进行连接，设置有电气端子(IN，OUT)，必要时还设置有控制端子(CON)，所述控制端子布置在所述外壳(G)内或所述外壳(G)上，用于输入开关指令。所述第一开关位置(2)设计用于最大持续电流。所述第二开关位置(3)设计用于切断短路电流，所述短路电流为所述最大持续电流的多倍。所述第一开关位置(2)具有至少一个主触点(9)，借助触点断开保持系统(A)或触点闭合保持系统(Z)至少可在短路持续时间(ΔT)内使所述主触点保持断开状态或保持闭合状态。

Description

开关设备，尤其是紧凑型起动器

技术领域

本发明涉及一种开关设备，其具有一个第一开关位置和一个第二开关位置。该第一开关位置用于在正常工作状态下对至少一个电流路径进行通断操作，而该第二开关位置用于切断短路电流。第一和第二开关位置为串联连接。

背景技术

借助开关设备(特别是低压开关设备)可对供电设备与用电设备之间的电流路径进行通断操作，进而对其工作电流进行通断操作。也就是说，通过用开关设备来断开和接通电流路径，可安全可靠地通断连接在电流路径上的用电设备。

低压开关电气设备具有一个以上的用于通断电流路径的主触点，主触点可用一个以上的控制磁体进行控制。低压开关设备可以是(例如)接触器、断路器、电动机支路或紧凑型起动器。主触点原则上由活动触桥和固定式接触件构成，用电设备和供电设备连接在固定式接触件上。为能使这些主触点闭合和断开，需要向控制磁体发送相应的接通信号或断开信号。这些控制磁体通过其衔铁对活动触桥发生作用，使触桥对于固定式接触件进行相对运动。借此可接通或断开待通断的电流路径。

当开关设备的主触点受到磨损或甚至发生熔接时，即使存在控制装置的断开指令，开关设备也无法安全可靠地断开用电设备。在触点发生熔接的情况下，至少带有熔接主触点的电流路径仍将保持通电状态。其结果是，无法从供电设备上彻底断开用电设备。由于用电设备处于一个并不安全的状态，此时的开关设备就相当于一个潜在的故障源。

可解决该问题的开关设备是众所周知的，其由两个传统的串联开关设备构成，例如由一个接触器和一个断路器或由一个接触器和一个过流继电器构成。接触器用于在正常工作状态下对用电设备进行通断操作(开关功能)，断路器则只在短路情况下发生作用(保护功能)。这两个开关设备一般情况下通过连接模块彼此机械及电气相连。这种开关设备组合也被称为电动机支路。

当主触点在其寿命末期发生熔接时，其后保护功能仍然存在。因为当电动机被装置中的机械止动件闭锁时，断路器将会识别到电动机的过载情况。断路器会在装置中发生进一步损坏情况之前自动断开。

当这种电动机支路(例如)由于相连用电设备中发生技术故障而被加载短路电流时，断路器会将短路电流切断。这个远大于最大额定电流的短路电流会使接触器的开关触点发生熔接。其原因在于，这个较大的短路电流会使开关触点轻易断开。开关触点之间产生一个能将开关触点的接触面熔化的电弧。随着短路电流的减小，开关触点重新闭合，其中，被熔化的接触面在其凝固过程中使开关触点熔接在一起。该接触器在短路后就失灵了。其不足之处在于，短路情况后必须更换接触器。装置停工的后果是极大的经济损失。

为解决上述问题，现有技术还提供了仅具有一个开关位置的紧凑型支路或紧凑型起动器。市场上买得到的紧凑型起动器在短路情况下断开其开关位置，借此来防止发生熔接。然而，这种开关位置的三个相上的一个以上的触桥会在其寿命末期发生熔接。当(例如)装置继续运行且进入过载状态时，这些开关设备识别不到过载情况的存在。发生熔接时，也无法再将相应的用电设备断开。保护功能不再存在。其结果可能是装置遭到严重损坏。

为能对开关设备进行安全可靠地操作，以便对用电设备和电气装置进行保护，必须避免这类故障源。

发明内容

本发明的目的是提供一种可避免上述缺点的开关设备。

本发明的目的通过一种具有权利要求1的特征的开关设备达成。从属权利要求2至20涉及的是本发明的开关设备的有利实施方式。

根据本发明，第一和第二开关位置安置在一个共用壳体内。为能对电流路径进行连接，设置有电气端子，必要时还设置有控制端子，控制端子布置在壳体内或壳体上，用于输入开关指令。第一开关位置标定最大持续电流。第二开关位置标定(重复)切断短路电流，该短路电流可以是最大持续电流的多倍。第一开关位置具有至少一个主触点，借助触点断开保持系统或触点闭合保持系统至少可在短路期间使所述的主触点保持断开状态或保持闭合状态。

触点断开保持系统或触点闭合保持系统可防止第一开关位置在短路情况下发生熔接。

通过将第一和第二开关位置(即用于实现开关功能的开关构件和用于实现保护功能的开关构件)整合在一起，可极大地简化这种开关设备的建构。这样就无需设置用于连接第一和第二开关位置的单独的连接模块。

另一个主要优点是，无论在短路情况下，还是在第一开关构件的主触点发生熔接的情况下，本发明的开关设备均能保持其保护功能。短路时，第一开关构件的主触点在触点断开保持系统或触点闭合保持系统的作用下保持断开或闭合状态，主触点不会受到损坏。当第一开关构件的其中一个主触点在寿命末期因磨损而发生熔接时，第二开关位置就会切断电流路径。

根据本发明，第一开关位置设计为只需在短路电流未被第二开关位置切断时(正好)还能不受损坏地控制住短路电流。第二开关位置只需标定技术术语中所说的最大短路电流。

借此可使本发明的这种开关设备更紧凑、更可靠。通过将两个开关位置整合在一个壳体内，可避免意外的技术性变化，以及避免两个开关位置的各参数之间的非最佳匹配。

根据第一实施方式，触点断开保持系统具有电磁致动器，所述电磁致动器在短路情况下借助接触滑块将所述的至少一个主触点断开，并在第二开关位置将短路电流切断之前，使主触点一直保持断开状态。

所述的致动器例如可与接触滑块处于机械有效连接，接触滑块与第一开关构件的开关驱动装置或控制磁体相连，以便在正常工作状态下进行通断操作。作为替代方案，所述的致动器也可借助独立于上述接触滑块的其他接触滑块对主触点进行直接操纵。

作为上述实施方式的替代方案，触点闭合保持系统可具有电磁致动器，所述的电磁致动器在第二开关位置将短路电流切断之前借助接触滑块使所述的至少一个主触点一直保持闭合状态。

例如，触点断开保持系统或触点闭合保持系统的电磁致动器可具有电磁体。所述的电磁体特定而言为起重磁铁或螺线管，其连接到至少一个电流路径，用于进行电激励。

其优点在于，主要可在短路时从电流路径中获取使主触点保持断开或闭合状态所需的能量。无需使用单独的储能器。

所述的致动器可具有机械式、气动式、电气式或机电式等的阻尼装置，电激励停止后，受到操纵的接触滑块在阻尼装置的作用下经过一定的延迟时间后才回复至起始位置。重要的是，短路情况下应尽快地对主触点进行操纵来使其保持断开或闭合状态。这种操纵例如应在几毫秒内完成。接触滑块则应在20毫秒或200毫秒后才复位。

机械式阻尼装置可具有(例如)弹簧系统，接触滑块在所述弹簧系统的阻尼作用下经过所述延迟时间后复位。气动式阻尼装置可具有(例如)压力气缸，所述压力气缸在短路情况下被加载压缩空气，过压在所述压力气缸的作用下延迟一段时间后才下降。电气式阻尼装置可具有(例如)二极管续流电路或缓冲电容器。所存储的电能使磁场的衰减延迟，该磁场将致动器保持在受操纵位置上。也可对上述阻尼方案进行组合使用。

根据另一实施方式，第二开关位置具有短路电流检测装置，所述短路电流检测装置在短路情况下发出控制信号。作为对控制信号的响应，第一开关位置的所述的至少一个主触点可在电磁致动器的作用下断开。

作为上述实施方式的替代方案，第二开关位置具有短路电流检测装置，所述短路电流检测装置在短路情况下发出控制信号。作为对控制信号的响应，第一开关位置的所述的至少一个主触点可在电磁致动器的作用下保持闭合状态。

第二开关位置的短路电流检测装置例如可通过线圈、电流互感器或测量电阻而实现。短路电流检测装置所产生的控制信号优选地对第一开关位置的电磁致动器进行激励或控制。所产生的控制信号可由短路电流检测装置进行电气缓冲，例如借助电容器，这样就可使电磁致动器延迟一段时间后再回复至其休止位置。该信号也可由例如作为短路电流检测装置组件的电子时间模块或微处理器产生。

也可用电子控制单元(例如上述的微处理器)来对第一和第二开关位置进行控制和监测。控制任务涉及的可以是用于通断第一开关位置和用于使第二开关位置脱扣的开关指令。监测任务涉及的可以是开关设备中的短路电流监测，必要时也可涉及开关设备中的过流监测。为能进行上级诊断，电子控制单元可具有(例如)总线接口。当第二开关位置发生故障或脱扣时，可向上级控制中心发送相应的信号。

上述两种实施方式的优点主要在于第一和第二开关位置按本发明的设计相互作用。此处涉及的是，第二开关位置将短路电流检测装置已检测到的短路信号作为控制信号提供给第一开关位置。

根据一种特殊实施方式，第二开关位置具有动断触点，发生短路时，所述动断触点可在脱扣机构的作用下断开。第二开关位置对一个与脱扣机构处于有效连接的断开保持挺杆进行操纵。借助断开保持挺杆可使第一开关位置的所述的至少一个主触点保持断开状态。特定而言至少可在短路期间对断开保持挺杆进行操纵。作为上述实施方式的替代方案，第二开关位置具有动断触点，发生短路时，所述的动断触点可在脱扣机构的作用下断开。第二开关位置对一个与脱扣机构处于有效连接的闭合保持挺杆进行操纵。借助闭合保持挺杆可使第一开关位置的至少一个主触点保持闭合状态。特定而言至少可在短路期间对闭合保持挺杆进行操纵。

为能断开动断触点，断开保持挺杆或闭合保持挺杆优选与接触滑块机械耦合。为能断开动断触点，例如可设置用于对接触滑块进行操纵的闭锁装置。断开保持挺杆或闭合保持挺杆也可与闭锁装置机械相连。闭锁装置可具有弹力存储器，所述弹力存储器在短路情况下被释放，以便将动断触点断开。

第二开关位置的闭锁装置或脱扣机构建构时可考虑在短路时被释放的机械力，使得第一开关位置的主触点可被第二开关位置的断开保持挺杆击开。如开篇所述，特定而言在第一开关构件的寿命末期，可能会出现触点熔接现象。

上述两种实施方式的优点主要在于第一和第二开关位置按本发明的设计相互作用。此处涉及的是，短路时，第二开关位置在第一开关位置自身不介入的情况下直接对第一开关位置的主触点进行机械操纵，从而避免发生触点熔接形象。

断开保持挺杆或闭合保持挺杆优选为如机械式或气动式的阻尼装置相连。断开保持挺杆或闭合保持挺杆在阻尼装置的作用下经过一定的延迟时间后才回复至起始位置。所述的延迟时间可设定。如上文所述，阻尼装置可采取不同的建构方式。

根据一种有利的实施方式，第一开关位置具有至少一个可通断的主触点和至少一个带有活动衔铁的开关驱动装置。所述的至少一个主触点具有固定式接触件和活动触桥。触点闭合保持系统具有一个带U形型材的磁场集中器，该U形型材由磁性材料构成。磁场集中器在保持最小电压间隙或最小电气间隙的情况下将固定式接触件和活动触桥包围。

磁场集中器也可建构为C形或V形。就第一开关位置的几何设计和布置方式而言，其要点在于，磁场集中器在不与开关设备的通电部件发生接触的情况下只将活动触桥包围。另一要点在于，磁场集中器在触桥区域内建构为半敞开式。

根据本发明，磁场集中器将磁通集中或压缩至U形型材或U形件的末端区域。短路时，其他情况下倾向于断开的触桥被末端区域内的局部的较大磁场压入U形型材中。第一开关位置的主触点有利地至少在短路期间保持闭合状态。所述的型材或U形件由磁性材料(尤其是铁磁材料)制成。磁性材料特定而言具有至少为100(例如1000)的相对磁导率μr。电流路径的导线磁场在磁性材料中产生一个磁感强度明显更大的磁场。发生短路时，由此产生的这个磁场作为触点弹力的补充将触桥推到第一开关位置的固定式接触件上。借此可有效避免触桥断开。通过这种方式可防止所述的至少一个主触点在短路电流被第二开关位置切断之前发生熔接。

磁场集中器的U形型材特定而言具有臂，所述臂的长度使得用于集中磁通的臂末端至少大致布置在触桥区域内。所述臂末端特定而言在触桥处于断开状态时位于触桥区域内。

所述的U形型材优选具有带凹槽的顶面，所述凹槽用于穿引电流路径的引线。所述凹槽的设计须满足以下条件，即与通电部件(特别是电流路径)之间保持最小电压间隙或最小电气间隙。

磁场集中器也可实施为两部分，其中，在保持最小电压间隙或最小电气间隙的情况下，两个固定式接触件的区域内分别布置有磁场集中器的一个U形型材，这两个型材彼此间隔一定距离布置。在此情况下，磁场集中器可用磁性金属片(例如铁或镍)制成。通过最小电压间隙，触点断开过程中产生的电弧就无法通过导电金属片来走电气“捷径”。否则就无法熄灭电弧，也无法通过主触点来有效切断电流路径。举例而言，磁场集中器或U形型材可用不导电磁性材料(铁氧体)制成。在此情况下，为磁场集中器采用一体式的实施方式就特别有利。

第一开关位置特定而言为接触器。所述接触器用于实现开关设备的开关功能。通过控制信号对接触器的控制磁体或开关驱动装置进行电激励，借此实现对接触器的操纵。可借助布置在壳体上或壳体内部的控制输入端将控制信号传输给接触器。也可在开关设备内部(例如)借助时间元件循环产生控制信号。第一开关构件或接触器通常设计为可以进行好几千次的开关操作。

第二开关位置特定而言为断路器。所述断路器特定而言具有用于操纵动断触点的闭锁装置。可以手动或遥控方式为闭锁装置“预加负荷”，因此，闭锁装置可重新接通。第二开关位置通常设计成只需要进行次数很少的开关操作，例如100次。

第一开关位置和/或第二开关位置原则上可建构为用于切断过电流。过电流最大可以是持续电流的两倍。借此也可对短时的非持续电流进行通断。

根据一种优选实施方式，所述开关设备是三极开关设备，具有三个用于通断三条电流路径的主触点和三个用于切断短路电流的动断触点。

所述开关设备优选为电动机支路或紧凑型起动器。

附图说明

下面借助附图对本发明及其有利实施方式进行详细说明，其中：

图1为现有技术中的开关设备的电路图，该开关设备由两个独立的串联开关位置构成；

图2为现有技术中的开关设备的电路图，该开关设备仅具有一个用于同时实现开关功能和保护功能的开关位置；

图3为本发明的开关设备的示例，该开关设备具有一个共用壳体；

图4为本发明的开关设备的电路图，所述开关设备具有触点断开保持系统；

图5为图4所示开关设备的第一实施方式的电路图；

图6为图4所示开关设备的第二实施方式的电路图；

图7为图4所示开关设备的第三实施方式的电路图；

图8为本发明的开关设备的电路图，所述开关设备具有触点闭合保持系统；

图9为图8所示开关设备的第一实施方式的电路图；

图10为图8所示开关设备的第二实施方式的电路图；

图11为图8所示开关设备的第三实施方式的电路图；

图12为具有阻尼装置的机电致动器的示例；

图13为本发明开关设备的触点闭合保持系统中的磁场集中器的示例剖面图；

图14为沿图13所示的剖切线XIV-XIV截取的剖面图；以及

图15为磁场集中器在短路情况下的磁场分布剖面图。

具体实施方式

图1为现有技术中由两个独立的串联开关设备21、23构成的串联连接20的电路图。图1右侧的第一开关设备23具有第一开关位置30。第一开关位置30例如是接触器，并具有用于对主触点31进行操纵的开关驱动装置(确切而言为控制磁体32)。图1所示的两个开关设备21、23实施为三极开关设备。参考符号L1-L3表示的是电流路径或输电线路，借助第一开关位置30可切断或接通这些电流路径或输电线路。参考符号33表示的是电流路径L1-L3的用电设备侧引线。参考符号25表示的是电流路径L1-L3的网侧引线。

图1的左侧为具有第二开关位置24的第二开关设备21。第二开关位置24例如是短路开关或断路器，用数字脱扣信号(digital release signal)和标记I>表示，标记I>表示基准电流被超过。第二开关位置24具有一个附图未作详细图示的闭锁装置，该闭锁装置具有用于断开动断触点26的短路电流检测装置27。

图1的中间是一个连接模块22。借此可在安装范围内将这两个开关设备21、23机械及电气相连。参考符号28表示的是连接模块22的各连接线。如开篇所述，第一开关设备23的主触点31会在用电设备侧短路情况(由较高的短路电流引起)下不利地发生熔接。此时必须更换第一开关设备23。

图2为现有技术中的开关设备40的电路图，所述开关设备仅具有一个用于同时实现开关功能和保护功能的开关位置41。开关位置41具有接触器44和短路开关或断路器，短路开关或断路器具有短路电流检测装置45。这两个开关彼此独立地对共用开关触点43发生作用。参考符号46表示的是电流路径L1-L3的用电设备侧引线。参考符号42表示的是电流路径L1-L3的网侧引线。

如开篇所述，开关触点43可能会在寿命末期发生熔接。如果这样，它就再也无法在短路或过流的情况下将用电设备断开。

图3为本发明的开关设备1的示例，所述开关设备具有一个共用壳体G。开关设备1中设置有第一开关位置和第二开关位置，第一开关位置用于在正常工作状态下对至少一个电流路径L1-L3进行通断操作，而第二开关位置用于切断短路电流，附图并未对这两个开关位置进行详细图示。在本示例中，存在有三条电流路径L1-L3。第一开关位置和第二开关位置串联。设置有用于连接电流路径L1-L3的电气端子IN、OUT和控制端子CON，控制端子CON布置在壳体G上，用于输入控制指令。电气端子IN、OUT可以(例如)端子的形式布置在壳体G内部。通过控制端子CON可对第一开关位置的控制磁体进行激励。作为替代方案，控制端子CON也可以是用于连接到开关设备1的总线连接器。作为替代方案，如果将开关设备1建构为(例如)自动循环操作式，就无需使用控制端子。用RES表示的按钮用于在短路脱扣或过流脱扣情况下重新激活第二开关构件。

第一开关位置2优选是接触器，特定而言是无熔接接触器。这类接触器2通常设计为可以进行好几千次的开关操作。

第二开关位置3优选是断路器或短路开关。这类开关3的设计开关操作次数很少，例如是100次。

第一开关位置2和/或第二开关位置3可切断过电流，其中，该过电流可以为持续电流的两倍。视不同用途而定，过电流可大于或小于持续电流或额定电流的两倍。

如上文所述，开关设备1特定而言为一种三极开关设备1，其具有三个用于通断三条电流路径L1-L3的主触点9和三个用于切断短路电流的动断触点5。作为替代方案，开关设备1也可建构为二极、四极、五极或五极以上的开关设备。

根据一种优选实施方式，开关设备1是电动机支路或紧凑型起动器。这类开关设备1作为可靠的紧凑型独立设备可以用来保护用电设备。

图4为本发明的开关设备1的电路图，所述开关设备具有触点断开保持系统A。图4显示了用于在正常工作状态下对(例如)三条电流路径L1-L3进行通断操作的第一开关位置2和用于切断短路电流的第二开关位置3。第一和第二开关位置2、3串联。参考符号4表示的是电流路径L1-L3的网侧引线，参考符号10表示的是电流路径L1-L3的用电设备侧引线。根据本发明，第一开关位置2标定最大持续电流。第二开关位置3标定切断短路电流，该短路电流可以是最大持续电流的多倍。此外，第二开关位置3还具有用于在短路情况下断开电流路径L1-L3的短路电流检测装置6和动断触点5。

第一开关位置2具有至少一个主触点9，借助触点断开保持系统A至少可在短路持续时间ΔT内使主触点9保持断开状态。持续时间ΔT作为可预定时间段，通常处于20ms至200ms的范围内，但在特殊应用情况下也可超过或低于该范围。触点断开保持系统A的断开作用用一个箭头表示。第一开关位置2具有用于操纵接触滑块11的控制磁体或开关驱动装置8。通过接触滑块11可使主触点9断开和闭合。触点断开保持系统A可建构为，通过接触滑块11或通过其他的独立于接触滑块的触点断开保持滑块11′均能使主触点9保持断开状态。

根据本发明的一种实施方式，触点断开保持系统A特定而言具有电磁致动器12，该电磁致动器在短路情况下借助接触滑块11或触点断开保持滑块11′将所述的至少一个主触点9断开。在第二开关位置3将短路电流切断之前，接触滑块11、11′都会使主触点9一直保持断开状态。

图5为图4所示开关设备1的第一实施方式的电路图。致动器12具有电磁体(特定而言为起重磁铁或螺线管)，所述电磁体设计用于在电流路径L1-L3中的至少一个电流路径中进行电激励。在图5中，这一点用线圈图例表示，且只针对电流路径L1进行了示范性图示。在短路情况下，较高的短路电流使致动器12受到电激励，从而操纵一个与致动器12活动相连的衔铁(未图示)。从线圈出发的虚线表示的是流向致动器12的能流。所述衔铁可在短路情况下对接触滑块11或触点断开保持滑块11′进行操纵。

图6为图4所示开关设备1的第二实施方式的电路图。根据本发明，第二开关位置3具有短路电流检测装置6，短路电流检测装置6在短路情况下发出一个控制信号T。作为对控制信号T的响应，第一开关位置2的所述的至少一个主触点9可在致动器12的作用下断开。

短路电流检测装置6可通过(例如)线圈、电流互感器或测量电阻实现。在使用线圈或电流互感器的情况下，短路信号T可直接生成自此处所产生的感应电压，并被发送到电磁致动器12上。可用(例如)电容器对短路信号T进行缓冲。在此情况下，电磁致动器12会延迟一定时间后再回复至其休止位置。主触点9至少在短路电流未被切断时保持断开状态，在短路电流被切断后才重新闭合。

图7为图4所示开关设备1的第三实施方式的电路图。第二开关位置3具有动断触点5，短路情况下可借助附图未作详细图示的脱扣机构将这些动断触点断开。第二开关位置3对一个与脱扣机构处于有效连接的断开保持挺杆18进行操纵。通过断开保持挺杆18可将第一开关位置2的所述的至少一个主触点9断开。在图7所示的示例中，存在有三个主触点9。

断开保持挺杆18优选与一个未标示参考符号的动断触点滑块机械耦合，所述动断触点滑块用于断开动断触点5。为能断开动断触点，第二开关位置3可具有(例如)用于对动断触点滑块进行操纵的闭锁装置。作为替代方案，断开保持挺杆18可直接与闭锁装置耦合。闭锁装置通常具有弹力存储器，例如用弹簧钢制成的圆柱弹簧。该弹力存储器或圆柱弹簧在短路情况下被释放，以便将动断触点5断开。

闭锁装置或脱扣机构建构时可考虑在短路时被释放的机械力，使得第一开关位置2的主触点9能被断开保持挺杆18击开。如开篇所述，特定而言在第一开关构件的寿命末期(即大致在第一开关构件达到完成其设计开关操作次数后)，可能会出现触点熔接现象。在此情况下，也可存在重新接通阻止器，例如自锁装置。

图8为本发明的开关设备的电路图，所述开关设备具有触点闭合保持系统。图8与图4之间的区别在于，致动器12在短路电流未被第二开关位置3切断时，借助接触滑块11、11″使所述的至少一个主触点9保持闭合状态。这样就不会产生在短路过程中会使主触点9的接触件受到会产生损坏的电弧。除此之外，针对图4所提出的实施方案也适用于图8。

图9为图8所示开关设备1的第一实施方式的电路图。图9与图5之间的区别在于，致动器12至少在短路情况尚未结束时使主触点9保持闭合状态。除此之外，针对图5所提出的实施方案也适用于图9。

图10为图8所示开关设备1的第二实施方式的电路图。图10与图6之间的区别在于，作为对控制信号T的响应，第一开关位置2的所述的至少一个主触点9可在电磁致动器12的作用下保持闭合状态。除此之外，针对图6所提出的实施方案也适用于图10。

图11为图8所示开关设备的第三实施方式的电路图。图11与图7之间的区别在于，第二开关位置3对一个与脱扣机构处于有效连接的闭合保持挺杆19进行操纵，通过所述的闭合保持挺杆可使第一开关位置2的所述的至少一个主触点9保持闭合状态。除此之外，针对图7所提出的实施方案也适用于图11。

图12为具有阻尼装置15的机电致动器12的示例。致动器12具有气动式阻尼装置15。根据本发明，电激励停止后，受到操纵的接触滑块11、11′、11″或受到操纵的断开保持挺杆或闭合保持挺杆17、18在阻尼装置15的作用下经过一定的延迟时间ΔT后才回复至起始位置。

致动器12例如是带有采取同心设计的插人式线圈14的螺线管或起重磁铁。用于激励的电流i从插入式线圈14中流过。磁铁的插棒式铁芯体16可动地布置在同心插人式线圈14的内部。进行电流激励时，插棒式铁芯体16在克服弹簧13的作用力的情况下被牵入插入式线圈14内。插入体16与前面的图4至图11中所示的用于操纵主触点9的接触滑块11、11′、11″或断开保持挺杆18或闭合保持挺杆19之一相连。插入体16在进入插入式线圈14的过程中将此处的空气排出。空气在不存在较大流阻的情况下通过建构为环形密封唇的阻尼装置15而逸出。对插入式线圈14去激励后，该插入式线圈延迟一定时间后回复至附图所示的休止位置，因为形成在插入式线圈14内部的负压只有通过环形密封唇15才能缓慢下降。电激励停止后，受到操纵的接触滑块11、11′、11″或断开保持挺杆或闭合保持挺杆17、18在所示阻尼装置15的作用下经过一定的延迟时间ΔT后才回复至起始位置。

图13为本发明开关设备1的触点闭合保持系统Z中的磁场集中器的示例剖面图。第一开关位置2具有至少一个可通断主触点9和至少一个带有活动衔铁的开关驱动装置。出于清楚起见，附图未开关驱动装置和衔铁进行图示。此外也仅显示了一个主触点9来说明触点闭合保持系统Z的作用原理。此外，主触点9还具有固定式接触件51a、51b和活动触桥52。电流路径L1-L3如附图所示的垂直引线以及水平延伸的灭弧电流路径50a、50b与固定式接触件51a、51b相连。灭弧电流路径50a、50b通向灭弧室54，灭弧室54用于熄灭在主触点9断开过程中所产生的电弧。参考符号i表示的是当触桥52处于附图所示的闭合状态时，通过主触点9进出的电流。

触点闭合保持系统Z具有一个带U形型材53的磁场集中器，U形型材53由磁性材料(例如铁或镍)构成。参考符号SF表示的是平整的侧面。参考符号OS表示的是型材53的顶面。磁场集中器在保持最小电压间隙或最小电气间隙的情况下将固定式接触件51和活动触桥52包围。

磁场集中器也可建构为(例如)C形。要点在于，磁场集中器在不与开关设备的通电部件发生接触的情况下只将活动触桥52包围。视待切断电压而定，最小的间隙可处于1mm至10mm的范围。另一要点在于，磁场集中器在触桥区域内建构为半敞开式。

根据本发明，磁场集中器将磁通集中或压缩至U形型材53或U形件的末端区域。型材53的磁性材料中产生磁场，发生短路时，该磁场作为触点弹力的补充将触桥52推到第一开关位置的固定式接触件51a、51b上。这样就可有效避免触桥52断开。通过这种方式可防止主触点9在短路电流被所述的第二开关位置切断之前发生熔接。这样就可以有利地使第一开关位置的主触点9至少在短路期间保持闭合状态。

如图13所示，磁场集中器实施为两部分。在保持最小电压间隙或最小电气间隙的情况下，两个固定式接触件51a、51b的区域内分别布置有磁场集中器的一个U形型材53a、53b，这两个型材彼此间隔一定距离布置。通过该最小电压间隙，触点断开过程中所产生的电弧就无法通过导电金属片来走电气“捷径”。否则就无法熄灭电弧。

根据本发明的一种实施方式，U形型材53具有臂，这些臂的长度使得用于集中磁通的臂末端至少大致布置在触桥52的区域内。臂末端特定而言在触桥52处于断开状态时位于触桥52的区域内。

U形型材53可在其顶面OS上具有用于穿引电流路径L1-L3的引线的凹槽，其中，此处也需要与第一开关位置的通电部件之间保持最小电压间隙或最小电气间隙。

根据另一实施方式，在U形型材53用不导电磁性材料(例如铁氧体)制成的情况下，也可在铁氧体的非导电性基础上将磁场集中器实施为一体式。

图13中的参考符号55表示的是永磁体。永磁体55可将U形型材53预磁化。借此可在主触点9中没有电流i流过的情况下在臂末端区域内实现磁场集中。这种实施方式适合应用在用于通断直流电流或直流电压的开关设备上。通过预磁化，短路时作用在触桥52上、使其保持闭合的力就特别大。

图14为沿图13所示剖面线XIV-XIV截取的剖面图。该附图对磁场集中器的U形型材53进行了更清楚的图示。如上文所述，也可采用其他的截面形状。型材53的侧面SF并非一定要平整。举例而言，侧面SF也可建构为曲面。

图15为磁场集中器在短路情况下的磁场分布剖面示意图。磁力线用参考符号MF表示。这是大致沿图13所示的剖面线XIV-XIV截取的磁场集中器剖面图。所示磁场分布仅涉及一半的U形型材53。沿所示垂直直线对U形型材53右半部分的磁场分布进行镜像反射后，就可得到U形型材53左半部分的磁场分布。

图15示出了对短路情况下的磁场分布进行数学模拟的结果。所示的固定式接触件51b和触桥52均为剖面图。触桥52处于闭合状态。此外，附图还对流过固定式接触件51b和触桥52的电流i的流动方向进行了标注。从所示剖面看，电流i反向流动，也就是说，涉及固定式接触件51b时，电流是从绘图平面中垂直流出，而涉及电流电桥52时，电流是垂直流入绘图平面。

需要说明的是，图15所示的固定式接触件51b和触桥52与图13和图14所示的固定式接触件51b和触桥52在几何形态上并不一致。然而，就图13和图14所示的固定式接触件51b和触桥52采用的几何布置方式而言，其磁场分布与图15所示的磁场分布是相似的。

如图15所示，磁力线MF集中在型材53的臂末端区域内。画在触桥52

上的箭头示出了短路时由于磁场集中产生的朝固定式接触件51b方向作用的力。触桥52保持闭合状态。

Claims (20)

1.一种开关设备，具有一个第一开关位置(2)和一个第二开关位置(3)，所述第一开关位置用于在正常工作状态下对至少一个电流路径(L1-L3)进行通断操作，所述第二开关位置用于切断短路电流(IK)，其中，所述第一和第二开关位置(2，3)串联，

其特征在于，

所述第一和第二开关位置(2，3)安置在一个共用壳体(G)内，

为能对所述电流路径(L1-L3)进行连接，设置有电气端子(IN，OUT)，必要时还设置有一个控制端子(CON)，所述控制端子布置在所述壳体(G)内或所述壳体(G)上，用于输入一个开关指令，

所述第一开关位置(2)标定了一个最大持续电流，

所述第二开关位置(3)标定了一个切断短路电流，所述短路电流为所述最大持续电流的多倍，以及

所述第一开关位置(2)具有至少一个主触点(9)，借助一个触点断开保持系统(A)或一个触点闭合保持系统(Z)至少可在所述的短路持续时间(ΔT)内使所述主触点保持断开状态或保持闭合状态。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，

所述触点断开保持系统(A)特别是具有一个电磁致动器(12)，所述电磁致动器在短路情况下借助接触滑块(11，11′)将所述的至少一个主触点(9)断开，并在所述第二开关位置(3)将所述短路电流切断之前，使所述的至少一个主触点一直保持断开状态。

3.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，

所述触点闭合保持系统(Z)具有一个电磁致动器(12)，所述电磁致动器在所述第二开关位置(3)将所述短路电流切断之前借助一个接触滑块(11，11′)使所述的至少一个主触点(9)一直保持闭合状态。

4.根据权利要求2或3所述的开关设备，其特征在于，

所述致动器(12)具有一个电磁体，所述电磁体特别是一个起重磁铁或一个螺线管，该电磁体被连接到所述电流路径(L1-L3)中的至少一个电流路径中，用于进行电激励。

5.根据权利要求4所述的开关设备，其特征在于，

所述致动器(12)具有一个特别是机械式或气动式的阻尼装置(15)，所述电激励停止后，受到操纵的所述的接触滑块(11，17)在所述阻尼装置的作用下经过一个延迟时间(ΔT)后才回复至所述的起始位置。

6.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，

所述第二开关位置(3)具有一个短路电流检测装置，所述短路电流检测装置在短路情况下发出控制信号(T)，以及

作为对所述控制信号(T)的响应，所述第一开关位置(2)的所述至少一个主触点(9)可在所述电磁致动器(12)的作用下断开。

7.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，

所述第二开关位置(3)具有一个短路电流检测装置，所述短路电流检测装置在短路情况下发出控制信号(T)，以及

作为对所述控制信号(T)的响应，所述第一开关位置(2)的所述至少一个主触点(9)可在所述电磁致动器(12)的作用下保持闭合状态。

8.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，

所述第二开关位置(3)具有动断触点(5)，发生短路时，这些动断触点可在一个脱扣机构的作用下断开，以及

所述第二开关位置(3)对一个与所述脱扣机构处于有效连接的断开保持挺杆(18)进行操纵，借助所述断开保持挺杆可使所述第一开关位置(2)的所述至少一个主触点(9)断开。

9.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，

所述第二开关位置(3)具有动断触点(5)，发生短路时，这些动断触点可在一个脱扣机构的作用下断开，以及

所述第二开关位置(3)对一个与所述脱扣机构处于有效连接的闭合保持挺杆(19)进行操纵，借助所述闭合保持挺杆可使所述第一开关位置(2)的所述至少一个主触点(9)保持闭合状态。

10.根据权利要求8或9所述的开关设备，其特征在于，

所述断开保持挺杆或所述闭合保持挺杆(18，19)与一个特别是机械式或气动式的阻尼装置相连，所述断开保持挺杆(18，19)在所述阻尼装置的作用下经过一个延迟时间(ΔT)后才回复至所述的起始位置。

11.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，

所述第一开关位置(2)具有至少一个可通断的主触点(9)和至少一个带有一个活动衔铁的开关驱动装置(8)，

所述至少一个主触点(9)具有复数个固定式接触件(51)和一个活动触桥(52)，

所述触点闭合保持系统(Z)具有一个带一个特别是U形型材(53)的磁场集中器，所述U形型材由磁性材料制成，其中，所述磁场集中器在保持一个最小电压间隙的情况下将所述固定式接触件(51)和所述活动触桥(52)包围。

12.根据权利要求11所述的开关设备，其特征在于，

所述U形型材具有臂，这些臂的长度使得用于集中所述磁通的臂的末端至少大致布置在所述触桥(52)的区域内。

13.根据权利要求12所述的开关设备，其特征在于，

所述U形型材(53)具有一个带凹槽的顶面(OS)，所述凹槽用于穿引所述电流路径(L1-L3)的引线。

14.根据权利要求11或12所述的开关设备，其特征在于，

所述磁场集中器实施为两部分，其中，在保持一个最小电压间隙的情况下，所述的两个固定式接触件(51a，51b)的区域内分别布置有所述磁场集中器的一个U形型材(53a，53b)，所述两个型材彼此间隔一定距离布置。

15.根据权利要求11至14中任一项权利要求所述的开关设备，其特征在于，

所述U形型材(53，53a，53b)用一种不导电磁性材料制成，例如铁氧体。

16.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备，其特征在于，

所述第一开关位置(2)为一个接触器。

17.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备，其特征在于，

所述第二开关位置(3)为一个断路器。

18.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备，其特征在于，

所述第一开关位置(2)和/或所述第二开关位置(3)建构为用于切断过电流，其中，所述过电流最大为所述持续电流的两倍。

19.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备，其特征在于，

所述开关设备是一个三极开关设备，具有用于通断三条电流路径(L1-L3)的三个主触点(9)和用于切断短路电流的三个动断触点(5)。

20.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的开关设备，其特征在于，

所述开关设备为一种电动机支路或紧凑型起动器。

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