CN102893360A - Dc开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种DC开关装置(2)，其包括多个灭弧室(50、50′、51、51′、52、52′)以及相互串联传导连接的多个接触单元(70、71、72)，每个接触单元包括静止触点(61、61′)以及可在止动位置和工作位置之间进行移动的可移动触点(32)，当可移动触点从工作位置移动至止动位置时在触点之间形成气隙，并且每个腔室(50、50′、51、51′、52、52′)封闭接触单元(70、71、72)并且包括分隔板单元，该分隔板单元包括一个或多个分隔板(101-107)，它们被部署以用于对触点之间的气隙中出现的电弧进行分隔和冷却。至少一个腔室(50、50′、52、52′)包括用于在接触单元(70、72)和分隔板单元之间生成磁场的永磁体(80、80′)，并且分隔板单元由非铁磁性材料制成，并且至少一个腔室(51、51′)的分隔板由铁磁性材料制成。

Description

DC开关装置

技术领域

本发明涉及一种用于开关直流电力的DC开关装置，更具体地，其涉及一种包括接触单元的DC开关装置，该接触单元包括静止触点以及可在止动位置和工作位置之间进行移动的可移动触点，并且涉及一种用于熄灭触点分离期间在触点之间形成的电弧的机构。

背景技术

例如电池或太阳能的DC电力经常在低电压应用中使用和/或用作电路的电源。DC开关设备提供在DC电力和电路系统的负载之间以将DC电力连接至负载或者将它们断开连接。

在工作位置，可移动触点与静止触点相接触，而当电流断开连接时，在触点之间建立了气隙并且不可避免地生成电弧。该电弧可以是非常具有破坏性的，因此必须以可容忍的方式控制、冷却并熄灭，以使得触点之间的气隙能够抵挡电路中的电压。一种抵挡该电压的方式是提供具有灭弧室的DC开关装置，该灭弧室包括用于将电弧划分为部分电弧并随后使其冷却的一个或多个分隔板。

在切断电流时，电压对于DC开关装置而言是更为重要的因素。对于AC开关装置而言，使用零电流来促成电弧熄灭，这是因为在零电流处对于防止电弧继续而言是最优的。然而，对于电流具有稳定状态数值的DC应用而言则并不是这样的情形。

留下非受控电压会使得电弧获得新生。如果其重新点亮，则会损坏整个电力系统。因此，DC开关装置必须通过打开触点并同时熄灭电弧而将该处理纳入考虑之中。

在设计/选择DC开关装置时，高断开能力是所期望的能力之一。然而，触点之间的短距离气隙导致跨该气隙的有限压降，因此在DC开关设备在相对较高电压和电流的应用中使用时，DC开关装置在电压、电流和时间方面的断开能力也是有限的。

许多开关装置制造商生产包括对应于三个AC相位的三个线柱的AC开关装置并且为每个线柱提供接触单元。当这种类型的AC开关装置被用于DC应用时，通过将接触单元互相串联连接而获得简单接线。该特征经常是许多消费者所期望的。

美国专利US5004874给出了一种具有两个灭弧室的DC开关设备，每个灭弧室包括提供朝着一行非铁磁分隔板分开的可协同电弧滚环的一对间隔开来的导体以及传导安装在一个导体上的静止触点，各个腔室的静止触点分别安装在相对导体之上并且各个腔室中的相对应导体相互传导连接且传导连接至该设备的供电端子，跨各个腔室施加磁场以便使得电弧在腔室内移动的永磁体，提供通量返回路径以优化且最大化该磁场的铁磁板，延伸至每个腔室中桥接静止触点并且可进行移动以与静止触点分离的可移动触点，在每个腔室中拽引处于它们之间的电弧，一个腔室中的电弧在该腔室内桥接一对导体建立一个电路，该电路包括导体之间的电弧以及与可移动触点并联的供电端子，由此消除了其它腔室中的电弧，该桥接电弧在分隔板中被熄灭，使得该电路中断。为了装置的无极化操作能力，磁场以相反方向施加在各个腔室中，并且其在分隔板区域内有所扭曲以便驱动电弧并且将其保持在抵靠加厚侧壁部分的稳定电弧位置以经受侵蚀。两个灭弧室的排列使得该DC开关装置能够被用作无极化的开关装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对相对高电压和电流的DC电力进行开关的DC开关装置。

本发明进一步的目的是提供一种经济且有效的制造方法(manufacturing)，其中三线柱的AC开关装置被用于DC应用。

该目的通过如权利要求1所限定的DC开关装置所实现。该DC开关装置的特征在于至少一个腔室包括用于在接触单元和分隔板单元之间生成磁场的永磁体并且分隔板由非铁磁材料所制成，并且至少一个腔室的分隔板由铁磁材料所制成。

当电流被断开连接时，可移动触点将与静止触点相分离，在静止触点和可移动触点之间建立了气隙并且生成电弧。通过提供具有永磁体的灭弧室，在腔室的整个熄灭区域中生成了磁场。该磁场构建了磁驱动力，其对电弧进行驱动使其远离触点并进入分隔板。因此，电弧能够被快速分隔并冷却。因此获得了分隔板的最大效用，这增加了充分的压降并且导致了更快的电弧熄灭。结果，整个断开能力有所提高。

封闭在腔室中的分隔板由非铁磁材料所制成并且该腔室被提供以永磁体。一种优势在于该构造防止了金属铁磁材料所制成的分隔板可能生成的短路的出现并且使得磁驱动力剧烈地减小。为了保持均匀的磁场分布，单独的一块永磁体是优选的，从而电弧一直以有利方向进行驱动。

根据本发明的另一个实施例，永磁体与腔室的分隔板单元相邻部署以提供最大效应。

依据本发明的一个实施例，永磁体从静止触点进行延伸并且进一步沿分隔板单元的一侧延伸。

根据本发明的一个实施例，永磁体优选地被部署为覆盖分隔板单元一侧的70％-90％。

根据本发明的优选实施例，在分隔板的相反一侧上部署有第二永磁体。第一和第二永磁体的部署提供对称且平衡的磁力并且避免了困住接近腔室壁的电弧的局部效应。

根据本发明的一个实施例，该DC开关装置包括在一行中彼此相邻排列的三个腔室，中间腔室的接触单元具有与其它两个腔室的其它接触单元的电流方向相反的电流方向，中间腔室的分隔板由铁磁材料制成而其它两个腔室中的每一个包括永磁体并且分隔板由非铁磁材料制成。

在用于三相位AC应用的具有至少三个线柱的AC开关装置被用作DC应用中的DC开关装置的情况下，该开关装置的线柱互相串联连接以便简化开关的连线。这意味着中间腔室的接触单元具有与其它接触单元相反的电流方向。通过提供具有由铁磁材料制成的分隔板的中间腔室以及具有由非铁磁材料制成的分隔板和永磁体的其它两个腔室中的每一个，从永磁体获得了最大通量强度，这是因为所有磁场都将具有相同方向。而相反的磁方向则将会导致较低的磁通量强度并且因此导致较低的断开能力。

这样的DC开关装置可以被部署为对具有高达1500V的电压以及高达250Amp的电流的DC应用进行操作。

附图说明

现在将通过本发明不同实施例的描述并且参考附图而对本发明进行更为详细地解释。

图1a-b分别示出了具有从彼此相对侧的每一侧进行延伸的两个电源端子的密封电磁接触器的等距视图和俯视图，该接触器包括三个线柱。

图2a图示了根据本发明实施例的图1所示出的未密封接触器的部分截面视图，该接触器包括根据本发明的DC开关装置。

图2b是图2a所示的DC开关装置的水平截面视图。

图2c示出了图1a所示的未密封DC开关装置的部分等距视图。

图3图示了具有部署在腔室侧壁上的两个永磁体的灭弧室的透视图。

具体实施方式

图1a和1b分别示出了包括壳体部分13和箱体部分17的密封电磁接触器1的等距视图和俯视图。壳体13在图1a的视图中位于接触器底部并且进一步包括边框15和底座14，而箱体部分17则位于该接触器的顶部部分。在该示例中，该接触器进一步包括六个连接器10、11、12、10’、11’和12’，其中两个连接器10和10’被部署为用于经由电源端子16和16’连接电路中的接触器，并且连接器10连接至用作输入端子的端子16而连接器10’则连接至用作输出端子的端子16’。同时其它四个连接器11、12、11’和12’成对连接，这意味着连接器11和11’串联连接，连接器12和12’亦是如此。因此，所有连接器被串联连接以便连接DC电流或使其断开连接。在该示例中，该接触器是具有三个线柱4、6、8的三线柱接触器。

参考图2a-c，提供了用于图1所示的接触器的本发明的DC开关装置2。当该接触器被密封时，DC开关装置2被壳体13和箱体部分17所封闭。DC开关装置2包括多个串联连接的接触单元(70、71、72)，以及多个灭弧室50、50’、51、51’、52、52’。在该示例中，为该DC开关装置提供了三个接触单元，并且六个灭弧室50、50’、51、51’、52、52’被提供在接触器的壳体13上并且分别成对部署，50和50’，51和51’，52和52’，以便封闭各个接触单元70、71、72。灭弧室50、50’、51、51’、52、52’中的每一个进一步包括通过分隔板101-107组所形成的分隔板单元，该分隔板例如可以是金属板，即铁磁材料或非铁磁板。每个组可以包括5-10个分隔板。在该示例中，为每个分隔板组提供了七个分隔板101-107。

在该实施例中，被部署为用于外侧线柱4、8的四个灭弧室50、50’、52、52’被进一步提供以永磁体(80)，其用于在触点分离时在接触单元和分隔板单元之间生成磁场，并且对于那些腔室而言，分隔板由例如铜等的非铁磁材料所制成；而被部署为用于内侧/中间线柱6的其它两个灭弧室51、51’则被提供以例如铁等的铁磁分隔板。这种部署使得能够有来自被部署为用于外侧线柱的腔室的永磁体的最大通量强度，从而实现高的断开能力。

参考图3，为四个灭弧室50、50’、52和52’中的每一个进一步提供两个永磁体80、80’，并且它们相邻于分隔板单元进行部署以提供跨腔室的磁场。

在该示例中，每个永磁体80、80’被永磁体保持器(holder)90、90’所容纳并且位于保持器壁的外表面上。永磁体保持器90、90’垂直于分隔板，具有用于容纳并定位永磁体的凹槽。两个永磁体80、80’的部署提供了对称且平衡的磁力。此外，优选为单块磁体以避免可能将电弧困在腔室壁的局部效应。为了实现最大效应，磁体覆盖分隔板单元的70％-90％。在该示例中，几乎所有分隔板都被磁体所覆盖。永磁体80、80’可以是例如钐钴的稀土金属类型，以便提供将不会随电流幅度而变化的强磁场。

参考图2a和图3，分隔板101-107为具有中央凹进处的U形，并且以相互之间的相同距离相互平行部署。分隔板可以进一步包括前缘130，电弧通过那里进入腔室。分隔板的组部署是为了将电弧分隔为多个单元电弧，它们中的每一个因此由于阳极/阴极现象及其延长而生成较小的起弧电压。随后，当电弧电流数值变为且保持为零时电弧被熄灭。

参考图2a和图2c，DC开关装置进一步包括致动单元4。每个接触单元70、71、72包括静止部分60和可移动部分，上述静止部分60包括静止触点61、61’，上述可移动部分包括触点载体34以及连接至触点载体34的可移动触点32。触点载体34包括上部35以及下部36，触点载体34连接至致动单元4。致动单元4包括可移动磁体部分30和固定磁体部分20，该固定磁体部分20包括磁芯22和线圈23并且适于承载可移动触点以朝向或远离静止触点的方向在止动位置和工作位置之间进行移动。可移动磁体部分30具有E形的形式并且由诸如铁的铁磁材料所制成。磁芯22也具有E形并且由诸如铁的铁磁材料所制成。线圈23包括绕轴构件24，导线围绕该绕轴构件24缠绕。该导线被提供以电流以控制触点之间的电接触。

静止触点61、61’位于接触器1的壳体13上并且与可移动触点32对准进行配置。静止触点61、61’中的每一个包括通过螺栓固定在一起的两个弯曲部分62、63、62’、63’。上方的弯曲部分63、62包括接触板64、64’。可移动触点32包括在可移动触点的相同侧上分别位于可移动触点32的每一端上的两个可移动接触板33、33’。可移动触点连接至致动单元4，该致动单元4在静止和可移动触点之间形成断开连接时将可移动触点从工作位置驱动至止动位置或者在静止和可移动触点之间形成连接时将可移动触点从止动位置驱动至工作位置。

在高电流断开连接/切断的情况下，触点之间的电流流动所生成的磁感应足以将电弧移动至灭弧室。

然而，当使用DC开关装置断开/切断相关低电流时，触点之间的电流流动所产生的磁感应就由于静止和可移动触点之间气隙的距离短而不再足以将电弧移动至灭弧室，这会导致不充分的压降。利用永磁体所生成的磁场，电弧在较短时间期间始终被驱动至分隔板并且在那里被划分。

Claims (6)

1.一种DC开关装置(2)，包括多个灭弧室(50、50′、51、51′、52、52′)以及相互串联传导连接的多个接触单元(70、71、72)，每个接触单元包括静止触点(61、61′)以及可在止动位置和工作位置之间进行移动的可移动触点(32)，当可移动触点从工作位置移动至止动位置时在触点之间形成气隙，并且每个腔室(50、50′、51、51′、52、52′)封闭接触单元(70、71、72)并且包括分隔板单元，该分隔板单元包括一个或多个分隔板(101-107)，分隔板被部署以用于对触点之间的气隙中出现的电弧进行分隔和冷却，

其特征在于：

-至少一个腔室(50、50′、52、52′)包括用于在接触单元(70、72)和分隔板单元之间生成磁场的永磁体(80、80′)，并且分隔板由非铁磁性材料制成，并且

-至少一个腔室(51、51′)的分隔板由铁磁性材料制成。

2.根据权利要求1的DC开关装置，其中该DC开关装置包括在一行中彼此相邻排列的三个腔室(50、51、52)，中间腔室(51)的接触单元(71)具有与其它两个腔室(50、52)的其它接触单元的电流方向相反的电流方向，中间腔室的分隔板由铁磁材料制成而其它两个腔室(50、52)中的每一个包括永磁体(80、80′)并且分隔板由非铁磁材料制成。

3.根据权利要求1的DC开关装置，其中所述永磁体与腔室的分隔板单元相邻部署。

4.根据权利要求1的DC开关装置，其中所述永磁体从静止触点进行延伸并且进一步沿分隔板单元的一侧延伸。

5.根据权利要求1-4中任一项的DC开关装置，其中所述永磁体被部署为覆盖分隔板单元一侧的70％-90％。

6.根据权利要求1-5中任一项的DC开关装置，其中在所述分隔板的相反一侧上部署有第二永磁体。

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