CN101685728B - 一种断路器的热磁式脱扣器 - Google Patents

Abstract

一种应用于小规格低压断路器的热磁式脱扣器，由支架(1)、分居于支架板两侧的短路脱扣系统、过载脱扣系统组成。短路脱扣系统的电磁线圈(5)缠绕在柱状静铁心(4)上，短路电流流经电磁线圈(5)，其与静铁心(4)共同产生一个磁场；短路时动衔铁(2)在磁场力作用下克服反力弹簧(3)动作。过载脱扣系统包括热元件(12)、双金属片(6)，二者叠装在支架(1)底部的凸台(16)上，软联结(10)、(15)将所述热元件和/或双金属片串联到电路中以感应过载信号，电阻片(13)以串联方式连接到所述热元件和/或双金属片上增加发热量。本发明在结构上采用独立、互不干扰的两套脱扣系统，提高了工作稳定性，并保证了断路器在较小的短路电流和过载电流下也能稳定可靠切断故障电流。

Description

一种断路器的热磁式脱扣器

技术领域

本发明涉及一种模块化控制和保护开关的脱扣装置，具体地说是一种用于低压小电流断路器的热磁式脱扣器。

背景技术

现有的低压断路器模块内一般包括灭弧装置、触头系统、操作机构和脱扣装置等部分。脱扣装置、特别是过电流脱扣器作为断路器的一个重要部分，其作用是对断路器在线路和用电设备发生过载或短路等情况下，触发关联于断路器操作机构的脱扣件，以切断主电路，实现对线路和用电设备的保护。目前断路器的脱扣装置主要采取电磁式脱扣器、热磁式脱扣器两类。

第一类电磁式脱扣器是一种全磁脱扣器，又称油杯式脱扣器，通常由油杯、线圈、铁心、动衔铁及反力弹簧等组成，其特点是：所述铁心在油杯中硅油的辅助作用下在线圈中上下浮动，从而使衔铁吸合。这种脱扣器结构复杂，制造及加工工艺要求高，生产过程周期长，返工率大，不利于生产、储存及管理；特别是这种结构无法避免在过载保护、短路保护中共用一个脱扣元件，势必造成其性能稳定性差。

第二类热磁式脱扣器包含热脱扣和磁脱扣两项功能。如中国专利CN01132307.8、CN200720073464.0所公开的现有热磁式脱扣器，其结构的不足在于：现有扣器一般是由U型磁轭与衔铁相对形成导磁回路，当短路电流小于500A时，U型磁轭就显现出不能产生足够大的磁场来吸合可动的衔铁的问题，导致无法切断电流保护供电设备，过载小电流也会对现有热磁脱扣器产生类似的影响。特别是对于比较小电流规格的断路器来说，如额定电流在50A以下规格的断路器，现有热磁脱扣器无法就其短路电流实现配电及电动保护的要求。此外，现有设计的热脱扣系统与磁脱扣系统的工作区相互混杂、重叠，甚至共用部分元件，这会使两个系统相互干扰，影响设备的稳定性。

脱扣器共用脱扣元件或热磁式脱扣器两系统相互干扰运行会导致以下问题：1、当产品短路电流整定时出现不动作或早动时，对产品脱扣器调整会导致过载保护早动或不动。2、当过载短路整定时出现不动作或早动时，对产品脱扣器调整会导致短路保护早动或不动。这种情况会造成产品质量无法满中国家标准要求，给使用客户造成一定的安全隐患。而在实际生产中厂家为了保证过载整定值符合标准要求，通常短路保护只按(1+20％)短路电流在0.2s内做动作整定，而(1-20％)短路电流时要求在0.2s内不动作时没有去做整定。这样就会导致在线路中产生短路电流还未达到产品整定电流时产品就会动作，切断线路电流给用户造成一定的经济损失。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的问题，本发明提供了一种断路器的热磁式脱扣器，通过将短路脱扣系统与过载脱扣系统在结构上完全独立开，使其相互之间互不干扰，不仅提高了产品性能，在较小的短路电流和过载电流下同样能够稳定可靠切断故障电流，而且结构简洁、便于加工和生产、易于模块化更换。

一种断路器的热磁式脱扣器，由支架1、短路脱扣系统、过载脱扣系统三部分组成，所述短路脱扣系统和过载脱扣系统分别位于支架1的两侧，并通过支架1将两系统隔开，所述短路脱扣系统和过载脱扣系统分别与断路器操作机构的脱扣件相关联，用于在短路或过载时触发所述脱扣件的脱扣动作。

所述短路脱扣系统包括一个安装在支架1底部位于短路脱扣系统一侧的柱状静铁心4、一个缠绕在静铁心4上并与联结板9、软联结10相连的电磁线圈5、和一个在反力弹簧3的作用下处于初始位置的动衔铁2，当发生短路时，短路电流流经电磁线圈5，其与静铁心4共同产生一个磁场，动衔铁2在磁场力作用下，克服反力弹簧3，触发后续操作机构脱扣。

短路脱扣系统中的所述动衔铁2的一端为扁平的舌状部21，用以感应线圈5、静铁心4产生的磁场；动衔铁2的另一端伸出一打杆22，用于触发后续操作机构；所述动衔铁2挂装在支架1顶部的凹槽24内，动衔铁2的两端的舌状部21、打杆22分别位于支架1两侧。所述反力弹簧3的一端钩在动衔铁2上的弹簧安装孔23上，其另一端钩在支架1中部的反力弹簧安装槽31内，以确定动衔铁2的初始位置。

在热磁式脱扣器的短路脱扣系统中，所述电磁线圈5的匝数N(单位匝)与额定电流In(单位A)的关系如下：

当In<1.25时，         N＝25；

当N≥10，1.25≤In≤10时，20×2^(-0.2×N)<In≤40×2^(-0.2×N)；

当N<10，10<In<80时，80-10×N≤In<100-10×N；

当In≥80时，              N＝1。

所述过载脱扣系统包括一个热元件12、一个双金属片6和一个位于双金属片6顶端用于触发后续操作机构脱扣件的调节螺钉7，所述热元件12和双金属片6一起被叠装在支架1底部的凸台16上，所述凸台16位于支架1过载脱扣系统一侧，一对软联结10、15连接在所述热元件12和/或双金属片6两端，将所述热元件12和/或双金属片6串联到电路中，以感应过载信号。

在所述双金属片6的外侧套有绝缘套管11。一个或一组电阻片13缠绕在绝缘套管11外，以串联方式连接到所述热元件12和/或双金属片6上。所述电阻片13以串联形式连接在软联结10和双金属片6之间。

通过本发明的以上技术方案，保证了额定电流在50A以下规格的断路器在遇到较小的短路电流和过载电流时，同样能有效感应并切断故障电流，并且通过将主要元器件组装在支架1周围的设计，实现脱扣器的整体模块化，提高了元器件的可互换性。另外，以支架板1为隔板设计保证了独立的两套脱扣系统在有限的空间内互不干扰的工作，使热磁式脱扣器的结构更加优化、稳定。

附图说明

图1是本发明的断路器的热磁式脱扣器一个具体实施方式的结构示意图，特别是支架1在短路脱扣系统一侧的结构示意图，所述过载脱扣系统串联有电阻片13；

图2是本发明的断路器的热磁式脱扣器另一个具体实施方式的结构示意图，特别是支架1在过载脱扣系统一侧的结构示意图，所述软联结10与双金属片6连接；

图3是本发明的断路器的热磁式脱扣器又一种具体实施方式的结构示意图，特别是支架1在过载脱扣系统一侧的结构示意图，所述软联结10与热元件12连接；

图4是本发明的断路器的热磁式脱扣器支架1一实施例的结构示意图；

图5是本发明的断路器的热磁式脱扣器的部分元件具体实施例的立体分解视图。

具体实施例

下面结合附图和实施例，以塑壳断路器为例，详细说明本发明的断路器的热磁式脱扣器的具体实施方式。

如图1至图3所示，所述热磁式脱扣器由支架1、短路脱扣系统、过载脱扣系统三部分组成，其中，短路脱扣系统包括动衔铁2、一个固定的静铁心4、电磁线圈5等元件，过载脱扣系统包括双金属片6、热元件12、电阻片13、调节螺钉7等元件，所述短路脱扣系统和过载脱扣系统分别位于支架1的两侧。

本发明的短路脱扣系统的结构如图1、图5所示，具体包括：一个动衔铁2，其一端为扁平的舌状部21，用以感应线圈5、静铁心4产生的磁场；动衔铁2的另一端伸出一打杆22，用于触发后续相关联的断路器操作机构，如脱扣牵引杆等。所述动衔铁2挂装在支架1顶部的凹槽24(见图4所示)内，并使位于动衔铁2两端各一端上的舌状部21和打杆22分别位于支架1两侧，所述动衔铁2可以支架1顶部为支点，做上下小幅转动；动衔铁2上还设有弹簧安装孔23，一个反力弹簧3通过动衔铁2上的弹簧安装孔23，钩在动衔铁2上，该弹簧的另一端钩在支架1中部的反力弹簧安装槽31(见图4所示)内，所述动衔铁2通过安装在支架1上的反力弹簧3，确定动衔铁2的初始位置。

所述短路脱扣系统的静铁心4为一个柱状结构，其上套有绝缘套管11。一个电磁线圈5缠绕在静铁心4上，其与静铁心4组合在一起形成磁场，并通过静铁心4顶部的平台，将磁场传递给动衔铁2的舌状部21，从而控制动衔铁2运动。所述电磁线圈5的一端与用于安装连接端子的联结板9相连，另一端与软联结10相连。在支架1底部设有一个突出的平台41，用以安装带有电磁线圈5的静铁心4，所述平台41位于支架的短路脱扣系统一侧，该平台41上设有静铁心安装孔42，将柱状的静铁心4的底部插入该静铁心安装孔42内，以固定静铁心4，使静铁心4与支架1立于短路脱扣系统一侧。

本发明根据不同短路整定电流要求，可以通过改变电磁线圈5匝数参数来满足不同的要求。例如，为了使额定电流In为10A的小规格断路器能在100A的短路电流下切断故障电流，需要将电磁线圈5的匝数N设为10匝，如果为了确保额定电流In为5A断路器能在50A短路电流下起到保护作用，就需要将电磁线圈5的匝数N设为15匝，额定电流In与电磁线圈5的匝数N之间的关系具体可参考以下公式，其中N以匝为单位且为自然数，In以A为单位：

当In<1.25时，           N＝25；

当N≥10，1.25≤In≤10时，20×2^(-0.2×N)<In≤40×2^(-0.2×N)；

当N<10，10<In<80时，80-10×N≤In<100-10×N；

当In≥80时，                N＝1；

其具体实施例如下：额定电流In为80A，匝数N为1匝；额定电流In为60A时，匝数N为2匝；额定电流In为40A或50A时，匝数N为4匝；额定电流In为20A或30A时，匝数N为6匝；额定电流In为10A时，匝数N为10匝；额定电流In为5A时，匝数N为15匝；额定电流In为2.5A时，匝数N为20匝；额定电流In为1A时，匝数N为25匝。

下面说明本发明的短路脱扣系统的动作过程。当短路电流经过电磁线圈5时，电磁线圈5和其组合在一起的静铁心4产生一个磁场，动衔铁2的舌状部21感应到磁场后，开始克服反力弹簧3的拉力向下运动，处于动衔铁2另一端的打杆22相应向上向前抬起，顶跳与动衔铁2关联配套的后续操作机构脱扣件，从而切断短路电流。

本发明所述热磁式脱扣器还具有一个过载脱扣系统，如图1至图3所示的三种不同的实施方式，所述过载脱扣系统安装在支架1上，且其与短路脱扣系统相对，即两脱扣系统分别位于支架1两侧。支架1不仅为两脱扣系统提供了支撑、固定功能，同时将短路、过载这两个独立的系统隔离开，使其相互之间互不干扰，从而使整个过电流脱扣器的短路和过载保护性能均得到极致的稳定。支架1对过载脱扣系统的固定作用主要体现在位于支架1底部的凸台16上，所述凸台16(见图4、图5所示)位于支架1过载脱扣系统一侧。

具体的说，所述过载脱扣系统包括一个用于感应过载电流并发热的热元件12、一个与热元件12对应的、受热后会膨胀弯曲的双金属片6。所述热元件12和双金属片6一起被叠装在所述支架1的凸台16上，此时，热元件12和双金属片6将与电磁线圈5、静铁心4相对，位于支架1的过载脱扣系统一侧。所述过载脱扣系统还包括一对软联结10、15，其连接在所述热元件12和/或双金属片6两端，并将所述热元件12和/或双金属片6串联到电路中，以感应过载信号。这里，软联结10、15既可以处于热元件12两端，也可以处于双金属片两端，还可以分别连接在热元件12、双金属片6上。

在如图2所示的实施例中，软联结10与双金属片6相连，另一个软联结15与热元件12的下端相连，所述双金属片6和热元件12通过凸台16安装在一起，此实施例中的热元件12比较短小。当被保护的电器或线路发生过载时，过载电流将流过双金属片6，使双金属片6自身发热并出现形变弯曲。

在如图3所示的实施例中，软联结10与热元件12的上端相连，另一个软联结15与热元件12的下端相连，此实施例中的热元件12较长。当发生过载时，过载电流将直接流过热元件12，使热元件12发热，与热元件12相邻并共同安装在凸台16上的双金属片6将因此受热并膨胀弯曲。

本发明所述过载脱扣系统还可选择性的接入一个或多个电阻片13，当过载电流较小时，如10A以下的过载电流，所述热元件12和/或双金属片6自身不能产生足够的热量使双金属片6变形，此时可以将电阻片13连接到所述热元件12和/或双金属片6上，并使电阻片13以串联形式增加过载脱扣系统的发热量，从而保证双金属片按所需的程度弯曲，确保断路器能在小电流过载时正常工作。

如图1所示的实施例中，在双金属片6的外侧套有绝缘套管14，所述电阻片13缠绕在绝缘套管14外，以串联形式连接在软联结10和双金属片6之间，当过载电流流过时，所述电阻片13与双金属片、热元件一起同时发热，促进双金属片6的受热后膨胀弯曲。

所述电阻片13配制参数阻值R与额定电流In之间关系的优选实施例如下：8A≤In<10A，R为20mΩ；5A≤In<8A，R为30mΩ；2.5A≤In<5A，R为40mΩ；1A≤In<2.5A，R为60mΩ。

在双金属片6的顶端设有一个用于触发后续操作机构的调节螺钉7和一个用于固定调节螺钉7用调节螺母8。

下面说明本发明所述过载脱扣系统的动作过程。当过载电流通过软联结10、15流过热元件12、双金属片6和/或电阻片13时，使过载脱扣系统产生热量，此时双金属片6弯曲并产生向前的位移，并通过其顶端的调节螺钉7顶跳与之配套的操作机构，切断过载电流。通过调整调节螺钉7的距离，可对过载电流按需求进行整定。

以上是结合附图描述的本发明的推荐实施方式，仅仅是一些非限定的例子。所述热磁式脱扣器可应用于塑料外壳式断路器、漏电断路器和小型断路器中作为过电流脱扣器使用。

Claims (7)

1.一种断路器的热磁式脱扣器，由支架(1)、短路脱扣系统、过载脱扣系统三部分组成，其特征在于：

所述短路脱扣系统和过载脱扣系统分别位于支架(1)的两侧，并通过支架(1)将两系统隔开，所述短路脱扣系统和过载脱扣系统分别与断路器操作机构的脱扣件相关联，用于在短路或过载时触发所述脱扣件的脱扣动作；

所述短路脱扣系统包括一个安装在支架(1)底部位于短路脱扣系统一侧的柱状静铁心(4)、一个缠绕在静铁心(4)上并与联结板(9)、软联结(10)相连的电磁线圈(5)、和一个在反力弹簧(3)的作用下处于初始位置的动衔铁(2)，当发生短路时，短路电流流经电磁线圈(5)，其与静铁心(4)共同产生一个磁场，动衔铁(2)在磁场力作用下，克服反力弹簧(3)，触发后续操作机构脱扣；

所述过载脱扣系统包括一个热元件(12)、一个双金属片(6)和一个位于双金属片(6)顶端用于触发后续操作机构脱扣件的调节螺钉(7)，所述热元件(12)和双金属片(6)一起被叠装在支架(1)底部的凸台(16)上，所述凸台(16)位于支架(1)过载脱扣系统一侧，一对软联结(10、15)连接在所述热元件(12)和/或双金属片(6)两端，将所述热元件(12)和/或双金属片(6)串联到电路中，以感应过载信号。

2.根据权利要求1所述的断路器的热磁式脱扣器，其特征在于：在所述双金属片(6)的外侧套有绝缘套管(11)。

3.根据权利要求1或2所述的断路器的热磁式脱扣器，其特征在于：一个或一组电阻片(13)缠绕在绝缘套管(11)外，以串联方式连接到所述热元件(12)和/或双金属片(6)上。

4.根据权利要求3所述的断路器的热磁式脱扣器，其特征在于：所述电阻片(13)以串联形式连接在软联结(10)和双金属片(6)之间。

5.根据权利要求1所述的断路器的热磁式脱扣器，其特征在于：所述动衔铁(2)的一端为扁平的舌状部(21)，用以感应线圈(5)、静铁心(4)产生的磁场；动衔铁(2)的另一端伸出一打杆(22)，用于触发后续操作机构；所述动衔铁(2)挂装在支架(1)顶部的凹槽(24)内，动衔铁(2)的两端的舌状部(21)、打杆(22)分别位于支架(1)两侧。

6.根据权利要求5所述的断路器的热磁式脱扣器，其特征在于：所述反力弹簧(3)的一端钩在动衔铁(2)上的弹簧安装孔(23)上，其另一端钩在支架(1)中部的反力弹簧安装槽(31)内，以确定动衔铁(2)的初始位置。

7.根据权利要求3所述的断路器的热磁式脱扣器，其特征在于：所述电阻片(13)配制参数阻值R与额定电流In的关系为：当8A≤In＜10A时，R为20mΩ；当5A≤In＜8A时，R为30mΩ；当2.5A≤In＜5A时，R为40mΩ；当1A≤In＜2.5A时，R为60mΩ。

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