CN103117198A

CN103117198A - 可集成到接触器的、用于保护由交流电供给的电路的装置

Info

Publication number: CN103117198A
Application number: CN2012104664977A
Authority: CN
Inventors: 弗雷德里克·戈蒂埃; 戴维·巴莱纳
Original assignee: ECE SAS
Current assignee: Safran Electrical and Power SAS; Safran Electronics and Defense Cockpit Solutions SAS
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-16
Also published as: JP6247002B2; BR102012028980A8; FR2982705B1; JP2013105751A; BR102012028980B1; BR102012028980A2; FR2982705A1; CN103117198B; DE102012021668A1; US20130127583A1; US9773625B2

Abstract

一种用于保护由交流电供给的电路的装置，所述装置包括壳体（10）和设置在所述壳体（10）中的熔丝元件（16）。所述壳体包括相对于彼此可移动的第一部分（11）和第二部分（12），及适于使所述第一部分（11）倚靠所述第二部分（12）并使所述壳体（10）处于闭合状态的弹性设备（6）。

Description

可集成到接触器的、用于保护由交流电供给的电路的装置

技术领域

本发明涉及保护由交流电供给的电路，更具体地涉及将熔丝集成到可移动开关接触器，其中，所述可移动接触器耦合到由交流电供给的电路中。

背景技术

熔丝断路器（fused circuit breaker）可主要用作电路或电子电路中的安全装置。这种类型的安全装置的作用是断开（open）电路，当流经该电路的电流达到危险强度时，该类型的安全装置和该电路有关，因而恢复该电流至零强度。这种类型的保护大体上保证电路的完整性，并更具体的保证供电电路的完整性，并保证一旦故障消除，恢复电路的服务。断路器因此允许可能的灾难性的后果，持续的过电流或短路将导致诸如绝缘器的退化、电子装置的破坏、材料的熔化或甚至是引起火灾。

熔丝断路器，较简单地称为“熔丝（fuse）”，通过熔丝元件的熔化工作。熔丝元件的熔化由经过熔丝的过电流导致的温度升高而引起。熔丝大体上包括导电部，例如导电细丝（filament）或由可熔性金属或合金制成的带制成的可溶性金属或合金，所述导电部安装在绝缘主体内并连接到两个连接片。当流经导电部的电流超过额定值，也即导电部在超过其后开始熔解的强度阈值时，熔丝的导电部熔解并断开电路。

熔丝的绝缘主体可包括旨在吸收导电部熔化过程中释放的热能的空气或材料。硅微粉或绝缘液体可因此用来填充该主体的内部空间。绝缘主体大体以陶瓷或玻璃薄圆柱（laminate cylinder）形态实现，其两端的每个可设置有卷曲的金属钟（bell），该金属钟一方面耦合到设置在绝缘主体的内部的导电部，另一方面耦合到连接片。

这种类型的安全装置的主要缺点在于占用的空间。在可移动接触器安装在减少的空间中的情况下，在安装接触器的空间不改变时，此类型的安全装置不能安装到接触器上。

发明内容

为克服上述缺点，本发明提出了一种用于保护电路的装置和方法，可被应用在诸如接触器的电子装置中，以这样的方式使得由被保护的接触器额外占据的空间被限制。本发明的另一个目的是提出保护装置，能够集成到电子装置内并且易于实现。

根据一方面，在一个实施例中提出的装置用于保护由交流电供给的电路，该装置包括壳体和设置在壳体中的熔丝元件。

根据本发明的一个主要特点，所述壳体包括关于相对于彼此可移动的第一部分和第二部分，及弹性设备，所述弹性设备适于使所述第一部分倚靠（bear）所述第二部分并使所述壳体处于关闭状态。

如果在尤其是由短路导致的熔丝元件熔化后出现产生电弧的情况，则所述第一部分和所述第二部分被彼此分开。事实上，所述熔丝元件的熔化和其连续不断的气化导致温度的升高并因此导致壳体内压力的升高，当内压变成主要因素时，迫使所述第一部分和所述第二部分彼此移开。

有益的，弹性装置被实现为，使得当所述壳体内的压力大于一阈值时，允许所述壳体的所述第一部分和所述第二部分分离。

在所述壳体内的压力大于与所述弹性设备的反冲力对应的压力阈值时，所述壳体的所述第一部分和所述第二部分因此变为从彼此分开。

所述保护装置优选地包括至少两个连接端子，所述连接端子耦合到所述熔丝元件的任一侧上并且固定到所述第二部分上，所述第一和第二部分被实现为使得它们根据由所述两个连接端子限定的方向变成从彼此分离。

所述第一部分可包括凹槽，所述凹槽适于与所述第二部分形成围绕所述两个连接端子和所述熔丝的闭合沟道。

根据由所述两个连接端子限定的方向的所述壳体的开口促进所述电弧扩大到所述壳体外部，并因此在当所述壳体关闭时促进所述电弧的断开。实际上，通过根据由所述两个连接端子限定的方向打开所述壳体，可延伸到壳体外部的电弧所经过的开口，比壳体根据与由所述两个连接端子限定的方向正交的方向打开而形成的开口大。

所述壳体的所述第一部分和所述第二部分优选包括在它们的内表面具有非碳化表面的材料。

在所述壳体产生电弧导致大量的温度升高。用于实现所述壳体的至少一个内表面的非碳化材料的使用阻止所述电弧燃烧所述壳体的所述内表面的多个部，然后在该表面上留下碳的痕迹。这些碳痕迹将促进击穿放电并因此导致电弧的重新形成（reformation）。

有益的，所述熔丝可包括至少一个实现在所述两个连接端子中间的铜焊接头。

铜焊接头是所述熔丝元件的接头，薄于所述熔丝其余部分。熔丝中一个或多个铜焊接头的实现允许熔丝将要断的位置和电弧将要产生的位置得到控制，并还允许用于将所述熔丝元件熔化和打断的电流的大小得到控制。

根据一不同的方面，提出了包括开关元件和控制设备的电接触器，所述开关元件适于断开或闭合由交流电供给的电路，所述控制设备适于控制所述开关元件断开或闭合所述电路。

根据一个主要特点，所述开关元件包括保护装置。这种类型的开关元件可实现为这样的方式：包括一壳体，该壳体沿由所述两个连接端子限定的方向分离为两部分，所述熔丝元件耦合到所述两个连接端子。

所述接触器优选包括电气耦合端子，所述电气耦合端子连接到所述电路，所述开关元件包括至少两个分别连接到所述保护装置的所述连接端子的连接螺柱，并且所述控制设备包括移动设备，所述移动设备耦合到所述开关元件并允许所述开关元件在所述电路的断开位置和所述电路的闭合位置之间移动，在所述断开位置所述连接螺柱从所述电气点耦合端子解耦，在所述闭合位置所述连接螺柱耦合到所述电气耦合端子。

所述可移动接触器的移动设备可包括耦合到移动条的电磁体，所述开关元件机械地耦合到所述移动条上。被所述电磁体激活的所述移动条，朝所述电气耦合端子移动所述可移动开关元件并移动到其外部。

所述接触器优选地包括弹性接触设备，所述弹性接触设备以这样的方式耦合到所述移动装置上，使得将所述开关元件带到所述电路的闭合位置，所述弹性接触设备包括所述保护装置的所述弹性设备。

所述保护装置的所述弹性接触装置和所述弹性设备可被结合。

所述接触器可因此包括机械地耦合在所述电磁体的条和所述切换开关之间的弹簧。该弹簧的第一个目的是维持所述开关元件上的压力以保持它与所述电气耦合端子接触。该弹簧的第二个目的是还作为所述保护装置的弹性设备，允许所述壳体的所述第一部分和所述第二部分以这样的方式保持，使得保持所述壳体的沟道闭合直到所述壳体内部的压力超过所述阈值。

所述接触器可有益的为功率大于30A或RVVB（远程控制断路器）的接触器。

根据一个不同的方面，在一个实施例中提出用于保护由交流电供给的电路的方法，包括在与短路相关的电流增加而导致的壳体内熔丝元件熔化之后，产生电弧。

根据一个主要特点，所述保护方法包括：

A)打开所述壳体，

b)电弧扩大到所述壳体外部，

c)所述壳体关闭，

d)在所述壳体关闭时打断所述电弧，

e)如果所述电弧重新形成重复步骤a)至d)。

压力、温度和电流条件和所述熔丝元件的尺寸，在其他条件之外，允许在所述壳体断开所述之前的电弧后，电弧将有可能再次形成。实际上，如果短路电流高并且分离所述熔丝元件的所述两个部分（也就是这两个部分还未气化）的距离是相对短的，电弧将有可能形成。

有益的，当所述壳体内的压力大于一阈值时，所述壳体打开，并且在所述压力低于该阈值时，所述壳体关闭，当所述交流电的绝对值减少时，所述壳体内的压力减少。

所述壳体内的压力还在所述壳体的开口大于较大体积时减少。该压力减少还可有助于所述壳体内的整体压力减少，允许所述壳体的关闭。

附图说明

从本发明的绝不是限定的不同实施例的详细说明和附图，可收集到本发明的其他优点和特性，其中：

图1显示根据本发明一实施例的移动接触器的横截面视图，该移动接触器包括开关元件；

图2显示根据图1中的移动接触器的横向平面的横截面视图；

图3显示根据图1中的移动接触器的纵向平面的横截面视图；

图4显示根据一实施例的保护方法的流程图；

图5显示表示电弧出现期间代表连接端子上的电压和电流的曲线的示例。

具体实施方式

图1显示根据本发明一实施例的移动接触器1的截面图，移动接触器1包括开关元件2。

移动接触器1用于安装在飞行器（aircraft）的电源电路上以经由开关元件2的移动来允许断开或闭合电源电路。接触器1包括电极3或电气耦合端子，它们是允许电源电路中电流被建立或中断的电气触点。

接触器1还包控制电路和辅助触点。这些辅助触点用来提供关于接触器的状态(断开或关闭)的信息。移动接触器1的控制电路还包括电磁体5。此电磁体5包括铜线圈和磁电路，磁电路由固定部分51和移动部分52构成。当电磁体5被供电时，电流流经线圈，线圈产生受磁电路引导的磁场，致使移动部分52较靠近地移动，从而闭合或断开触点。此控制电路可有益地交替，在此情况下磁电路将能够层叠。

电磁体5的移动部分52经由弹簧6被耦合至接触器2。当移动部分52降低时，弹簧6允许压力被施加到接触器2上，使得接触器2与电极3保持接触。

移动接触器2在图2和图3中以详细方式呈现，图2和图3分别显示根据移动接触器2的横向平面的横截面视图和根据移动接触器2的纵向平面的横截面视图。

移动接触器2包括外壳10，外壳10包括第一部分11和第二部分12，第一部分11和第二部分12机械地耦合到机械耦合元件13，机械耦合元件13用来连接接触器2和电磁体5的移动部分52。机械耦合元件13正交穿过第一部分11和第二部分12。弹簧6被安装在机械耦合元件13上，使得弹簧6被设置在第一部分11之上，并受到与朝向第二部分12的表面相反的表面的支撑。

第一部分11包括凹槽14，凹槽14实施为使得其不穿过机械耦合元件13且使得其不出现在第一部分11的一端上。因而，当第一部分11与第二部分12接触时，凹槽14形成在每一端处关闭的隧道T。

在所示实施例中，第二部分12被实施为使得其包括由陶瓷或不同材料制成的具有非碳化表面的板。第一部分11可以以相同的或不同材料实现具有非碳化表面。

第二部分12包括两个连接端子15，在这两个连接端子15之间连接有熔丝16。连接端子15和熔丝16被设置在第二部分上，使得当第一部分11与第二部分12接触时，即，外壳10被关闭时，由隧道14和第二部分12形成的隧道T包括熔丝16，且每个连接端子15被设置在隧道T的一端。凹槽14在其端部可以较宽，以适合于连接端子15的尺寸和形状。

连接端子15被安装在第二部分12的朝向第一部分11的表面上，且固定为使得每个连接端子15分别耦合到固定在第二部分12的相反表面上的连接螺柱17。

熔丝16可以是细丝或导电带。在图3所示实施例中，熔丝16包括对应于一部分细丝的引子（primer）18，引子18的截面小于熔丝16的剩余部分的截面。因而，当过载电流，即，强度大于标称强度的电流通过该熔丝时，此引子18定义了熔丝16的断点。熔丝16在引子18上的横截面直径也允许熔丝16必须熔化的电流值的精确定义。如果引子18不被使用，熔丝材料必须是良好热导体，使得连接允许熔丝的端部冷却，从而造成熔丝的中心部分熔化。

参照图4，刚才已描述的耦合器1以如下方式操作。

当强度大于标称操作电流的电流通过熔丝16延长的周期时，熔丝16加热，特别是在引子18或熔丝18的中间，在温度的作用下增加熔丝16的电阻率直至熔丝在铜焊接头(brazed joint)18处打断。熔丝16已被加热，外壳10的隧道T的温度升高。当熔丝打断时，电流的强度和隧道T周围的温度使得在断开的熔丝(步骤301)的两部分之间产生电弧。

因而，在熔丝16的两个剩余部分之间产生的电弧电气耦合到熔丝16的两部分，再次增加熔丝16的温度和隧道T周围的温度。熔丝16的温度持续增加直至熔丝16气化(步骤302)。熔丝16的气化致使温度增加，且因此致使外壳10的隧道内的压力增加。

当外壳10内，尤其是隧道T内的压力大于压力阈值(步骤310)时，第一部分11和第二部分12变为分离，致使隧道T开启(步骤320)。压力阈值对应于弹簧6施加在第一部分11上的压力。

一旦外壳10的隧道T打开，电弧延伸到隧道T外(步骤330)。

当电流的绝对值降至接近零值时，电流是交流电流，电弧中的电流强度减小(步骤340)。电弧的强度的减小造成温度下降并因此造成压力下降。此外，外壳10的开启同样已造成外壳10的隧道T的压力的额外下降。

这两种压力下降的效果(步骤350)是将外壳10以及尤其是隧道T中的压力，减小到小于压力阈值的一值，进而致使外壳10关闭(步骤360)。

当电弧在隧道T界定的空间之外时，实现外壳10以及进而隧道T的关闭。因而，外壳10的关闭造成电弧的打断(步骤370)。

如果熔丝16的气化没有完成，使得熔丝16的部分在仍由高强度过载电流供给时保持关闭，可能将重新产生电弧(步骤380)。进而，重复步骤310至步骤370直到电弧可以不再重新产生，并且打断产生作用。

图5显示表示熔丝16的端子上的电压V，即，在两个连接端子15之间测量的电压的第一曲线，以及表示以安培通过熔丝16的电流I的第二曲线。在显示电弧的产生的示例的情况下，两曲线被显示为时间的函数。

在此示例中，在时间t₁之前，电流通常在-780A到780A之间波动，以及电压在零电压周围很轻微波动。在时间t₁，熔丝16熔化及产生电弧。进而，观测到，电流减小而电压逐步增加直至时间t₂，当电流中断时，进而电弧的打断已产生作用。

在时间t₁和时间t₂之间，每次电流被取消，外壳10重新关闭，打断电弧。电弧的任何重新产生都在电压曲线上通过电压峰值表示出。此电压峰值可以在电压曲线V的半正弦波上清楚观察到。伴随着电流的每一次半正弦波，接着重新产生电弧，接着电流被取消，温度和压力再次增加，致使在电流的绝对值降低及被取消前，重新打开外壳10。接下来，观测到压力下降、外壳10的关闭，以及因而已延伸到外壳10的隧道T外的电弧打断。

此示例显示实质上电流过载的情况，为此，外壳10的多个打开周期和多个关闭周期是最终打断电弧所必需的。在不同的条件下，从外壳10的第一次关闭开始，可最终打断电弧。

因而，发明允许一种装置，用于免受集成在接触器上的短路，该装置的实现是简单的且增加的重量相较于原始接触器是可忽略的。

Claims

1.一种用于保护由交流电供给的电路的装置，所述装置包括壳体（10）和设置在所述壳体（10）中的熔丝元件（16），其特征在于，所述壳体（10）包括相对于彼此可移动的第一部分（11）和第二部分（12），及弹性设备（6），所述弹性设备（6）适于使所述第一部分（11）倚靠所述第二部分（12）并使所述壳体（10）处于关闭状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性装置（6）被实现为使得当所述壳体（10）内的压力大于一阈值时，允许所述壳体（10）的所述第一部分（11）和所述第二部分（12）分离。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，包括至少两个连接端子（15），所述连接端子（15）耦合到所述熔丝元件（16）的任一侧上并且固定到所述第二部分（12）上，所述第一和第二部分被实现为使得它们根据由所述两个连接端子（15）限定的方向变成彼此分离。

4.根据权利要求1-3中一项所述的装置，其特征在于，所述壳体（10）的所述第一部分（11）和所述第二部分（12）包括在它们的内表面具有非碳化表面的材料。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述熔丝元件（16）包括至少一个实现在所述两个连接端子（15）之间的铜焊接头（18）。

6.一种电接触器（1），包括开关元件（2）和控制设备，所述开关元件（2）适于断开或闭合由交流电供给的电路，所述控制设备适于控制所述开关元件（2）断开或闭合所述电路，其特征在于，

所述开关元件（2）包括根据权利要求1至5中一项所述的保护装置。

7.根据权利要求6所述的电接触器（1），其特征在于，包括电气耦合端子（3），所述电耦合端子（3）连接到所述电路，所述开关元件包括至少两个分别连接到所述保护装置的所述连接端子（15）的连接螺柱（17），并且所述控制设备包括移动设备（5），所述移动设备（5）耦合到所述开关元件（2）并允许所述开关元件（2）在所述电路的断开位置开启位置和所述电路的关闭闭合位置之间移动，在所述断开位置所述连接螺柱（17）从所述电气耦合端子（3）解耦，在所述闭合位置所述连接螺柱（17）耦合到所述电气耦合端子（3）。

8.根据权利要求7所述电接触器（1），其特征在于，包括弹性接触设备，所述弹性接触设备耦合到所述移动设备（5），使得将所述开关元件（2）带到所述电路的闭合位置，所述弹性接触设备包括所述保护装置的所述弹性设备（6）。

9.根据权利要求6-8中一项所述的电接触器（1），其特征在于，所述接触器（1）为电源接触器。

10.一种用于保护由交流电供给的电路的方法，包括在与短路相关联的电流增加而导致的壳体（10）内的熔丝元件（16）熔化之后，产生电弧，其特征在于，所述方法包括：

a)打开所述壳体（10），

b)电弧扩大到所述壳体（10）外部，

c)所述壳体（10）关闭，

d)在所述壳体（10）关闭时打断所述电弧，

e)如果所述电弧重新形成重复步骤a)至d)。

11.根据权利要求10所述方法，其特征在于，当所述壳体（10）内的所述压力大于一阈值时，所述壳体（10）打开，并且在所述压力低于所述阈值时，所述壳体（10）关闭，当所述交流电的绝对值减少时，所述壳体（10）内的压力减少。