CN103515153B - 一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，包括一个接触器的密封式的接触室和至少两块永磁体；在所述接触室内固定装有两个静触点和活动装有两个常开的动触点，两个动触点与两个静触点分别沿竖向对应相配合；所述永磁体装在两个静触点连线的延长线侧，所述永磁体的磁性方向设为与动、静触点之间的电流方向呈非垂直状态。本发明通过在直流接触器的接触室内设置特殊结构的灭弧磁块和散热栅片，能够使其带载切换的电寿命次数能够提高十倍以上，并同时实现了触头的无极性要求，使工作电压为200～1000V级的接触器真正符合其配套设备的整机使用寿命要求。

Description

一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统

技术领域

本发明涉及一种直流接触器，特别是涉及一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统。

背景技术

目前，随着科学技术的不断发展，在电动汽车、工程机械、光能、风能设备等行业，均趋于采用200～750VDC以上的直流电源系统，以提供更高的功率。

现有的与之配套的性能最好的直流接触器为密封式接触器，虽然其相关的多项公开的技术都能实现大功率负载下的切换操作，但是带载切换的承受次数普遍较低，特别是在200A320VDC以上的负载条件下，均仅能实现数千次的工作寿命，且过载条件及反向电流会明显降低工作寿命次数，严重影响了其作为主电源开关的可靠性，导致其配套设备将在使用的中、后期出现极高的故障风险。

由于直流电没有像交流电一样的过零点所以无法自然熄灭，故直流接触器的灭弧系统直接决定灭弧能力，而灭弧能力又决定了接触器的切换容量和寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，能够解决现有密封式直流接触器在500～1000V级200A以上大功率负载条件下切换寿命低、且无法承受反向电流切换的缺陷；并且具有结构紧凑，实现在同容量的接触器中体积最小，节省安装空间的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，包括一个接触器的密封式的接触室和至少两块永磁体；在所述接触室内固定装有两个静触点和活动装有两个常开的动触点，两个动触点与两个静触点分别沿竖向对应相配合；所述永磁体装在两个静触点连线的延长线侧，所述永磁体的磁性方向设为与动、静触点之间的电流方向呈非垂直状态。

所述永磁体的上端面低于吸合时静触点与动触点的接触面或永磁体的下端面高于吸合时静触点与动触点的接触面。

进一步的，还包括若干散热金属栅片；所述散热金属栅片装在所述接触室内，所述散热金属栅片沿竖向设置在动、静触点相接触区域的周边。

所述永磁体为两块，两块永磁体对称装在两个静触点之间区域的两边。

所述两块永磁体的磁性方向相同。

所述两块永磁体的磁性方向相反。

所述两个动触点连成一体而构成桥式动触片。

所述永磁体装在接触室中，并通过塑料隔板与接触室内空间相隔离。

所述的接触室采用塑料结构件制作而成，在所述塑料结构件中设有若干用来插接对应的散热金属栅片的预留槽。

所述的塑料结构件由支撑架和固定架构成，支撑架和固定架相连接并围成所述接触室内空间，所述预留槽设在支撑架中，所述两块永磁体分别装在固定架中，所述固定架还具有一体成型的所述塑料隔板。

本发明的一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，由密封式的接触室、永磁体和散热金属栅片构成；设置永磁体位于两个静触点连线的延长线侧，且永磁体的磁性方向设为与动、静触点之间的电流方向呈非垂直状态，优选的方式是永磁体的磁性方向设为平行于动、静触点之间的电流方向，即永磁体的磁性方向为上下方向，永磁体的位置，优选的方式是低于吸合时静触点与动触点的接触面或高于吸合时静触点与动触点的接触面，使得磁力线在触点分断面形成较强且较密集的与电弧电流方向垂直的发散性水平分量，对每个不同的接触点的电弧产生方向不同的磁吹力，将集中的或有可能叠加的电弧分散、拉长并吹向散热金属栅片，通过金属栅片的散热面积使与之接触的电弧的温度迅速降低，并熄灭。从而有效的减少了电弧持续高温燃烧对触点产生损耗、粘连等不良影响，从而提高了接触器的使用安全性和使用寿命。

本发明是一种采用永磁体产生磁吹灭弧同时采用散热片作为冷却灭弧的没有极性要求的高性能直流接触器灭弧系统。它适用于桥式双断点结构的直流接触器，主要应用于电动汽车、工程机械、光能、风能等的电源切换及不间断电源系统的正、反向转换电路控制。

本发明的有益效果是：

由于采用了将永磁体装在两个静触点连线的延长线侧，且永磁体的磁性方向设为与动、静触点之间的电流方向呈非垂直状态；并且将所述散热金属栅片沿竖向设置在动、静触点相接触区域的周边。本发明的上述这种结构特点，能够用分散电弧和加大散热面积的方式灭弧，电弧冷却速度快，灭弧可靠，电弧对触点产生的破坏小。经样品制作和测试表明，采用此灭弧系统的高压直流接触器，对于大功率额定负载带载切换的电寿命次数能够提高十倍以上。同时，此灭弧系统结构简单，应用价值极高。并且，结构紧凑，相比同类产品体积最小。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明的一种具体的接触器的剖视结构示意图；

图2是本发明的灭弧系统主要部件的立体结构示意图；

图3是本发明的灭弧系统的磁路示意图；

图4是本发明的灭弧系统的一种较不理想的磁钢位置磁路的对比示意图；

图5是本发明的灭弧系统的另一种磁钢位置磁路示意图；

图6是本发明的灭弧系统的磁路水平分量示意图及灭弧原理结构俯视图；

图7是本发明的灭弧系统中两块永磁体磁性相反设置后的灭弧原理结构俯视图；

图8是本发明的灭弧系统中触点电流反向后的灭弧原理图结构俯视图。

具体实施方式

实施例，

参见图1、图2所示，本发明的一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，包括一个接触器的密封式的接触室1和二块永磁体2；在所述接触室1内固定装有两个静触点3和活动装有两个常开的动触点4，两个动触点4与两个静触点3分别沿竖向对应相配合，本实施例中，两个动触点连成一体而构成了桥式动触片，当然，两个动触点也可以是分体结构；两块永磁体2分别装在两个静触点连线的延长线侧，即两块永磁体2对称装在两个静触点之间区域的两边，本实施例中采用了两块永磁体，当然，设置更多的永磁体在两个静触点之间区域的两边也是可以的；本实施例中，为在触点分断处产生最佳的磁场效果，两块永磁体2的位置低于吸合时静触点与动触点的接触面；两块永磁体2的磁性方向分别平行于动、静触点之间的电流方向，设置成平行方式是最好的效果，当然，只要将永磁体的磁性方向设为与动、静触点之间的电流方向呈非垂直状态就是可行的。

进一步的，还包括若干散热金属栅片5；所述散热金属栅片5装在所述接触室1内，所述散热金属栅片5沿竖向设置在动、静触点相接触区域的周边。

两块永磁体2的磁性方向可以设置成相同，也可以设置成相反。

所述两块永磁体2分别装在接触室中，并通过塑料隔板11与接触室内空间相隔离。

所述的接触室1采用塑料结构件制作而成，在所述塑料结构件中设有若干用来插接对应的散热金属栅片的预留槽。

所述的塑料结构件由支撑架12和固定架13构成，支撑架12和固定架13相连接并围成所述接触室内空间，所述预留槽设在支撑架12中，所述两块永磁体2分别装在固定架13中，所述固定架13还具有一体成型的所述塑料隔板11，即，塑料隔板11是制作在固定架13上。

如图3所示，磁力线20从永磁体N极发出，回到S极，并在触点接触面处产生磁场，其每一点的磁场方向不同。从物理性能上讲，任何一点的磁场方向B，都能分解成一个水平分量Bx和一个竖直分量By。触点分断时的电弧在宏观上可以理解为在静触点3和动触点4之间流动的小段的电流，根据左手定则，电流在与之垂直的磁场下将产生电磁力，即“磁吹”。因而，水平分量Bx方向与电弧方向垂直将产生磁吹力，竖直分量By与电弧方向平行不对电弧产生效果。

相对比的，如图4所示，此种位置设置的永磁体，永磁体的上端面高于静触点的接触面且下端面低于静触点的接触面，其磁力线在触点分断面处形成的对于电弧产生磁吹作用的水平分量Bx较小，虽然能实现磁吹功能，但效果并不显著。因而，对于提高磁吹灭弧性能来讲，永磁体的位置，优选的方式是使其上端面低于吸合时静触点与动触点的接触面（如图3所示）或下端面高于吸合时静触点与动触点的接触面，（如图5所示）。

如图6所示，根据永磁体的磁力线分布性质，其发出的的磁力围绕于永磁体的四周。从俯视图4中看，箭头线S1为电流方向，箭头线S2为磁力线水平分量，箭头线S3为接触点电弧磁吹方向，S4表示垂直纸面向内的动、静触点间的电流，S5表示垂直纸面向外的动、静触点间的电流，磁力线的在触点接触面处的水平分量如图6中的箭头线S2所示。静触点3与动触点4接触时，在微观上是通过许多个点接触导电，触点分断时在这些接触点处产生电弧，宏观上可以将电弧看做小段电流，如图6中的S4、S5所示。根据左手定则，不同接触点处的电弧受力方向均不同如图6所示。在此种性质的磁吹效果下，电弧被迅速吹散不会叠加，并被纵向拉长，在密封气体中冷却。同时，电弧被吹向金属栅片5并与之接触，金属栅片5迅速吸收电弧的热量并通过较大的散热面散发，使电弧冷却。电弧持续燃烧的能量平衡条件被破坏后将迅速熄灭。

如图7所示，箭头线S1为电流方向，箭头线S2为磁力线水平分量，箭头线S3为接触点电弧磁吹方向，S4表示垂直纸面向内的动、静触点间的电流，S5表示垂直纸面向外的动、静触点间的电流，将永磁体2方向设为相反后，使两个触点接触面处电弧磁吹的方向向两侧并呈中心对称，完全避免了正负极电弧短路的危险，灭弧更加可靠。当通过触点接入的外部负载电流方向反向后，如图8所示，箭头线S1为电流方向，箭头线S2为磁力线水平分量，箭头线S3为接触点电弧磁吹方向，S4表示垂直纸面向内的动、静触点间的电流，S5表示垂直纸面向外的动、静触点间的电流，触点分断时，接触面的磁吹方向与正向电流条件下呈相反方向，并且两个触点接触面处电弧磁吹的方向依然保持中心对称，灭弧性能不受影响。

本发明的磁钢放置方式，一方面是位于静触点连线的延长线侧，让吹弧往灭弧栅片方向走，起到无极性作用。另一方面，磁钢的极性可以采用上下相反的，这样形成的磁场，确切来说并不是一对磁钢共同作用形成的平行磁场，而是单个磁钢极性上下相反形成一个环形发散磁场。起到的好处是：1、无极性作用，引弧走两侧；2、单个磁钢形成环形磁场，靠近触点磁场磁吹灭弧作用强；3、环形发散磁场，故引弧大致走两侧但并不集中，而是有一定的范围，冷却灭弧效果更好。通常情况，灭弧栅片横向设置，一般起到的作用是把长弧隔断成短弧。本发明中的散热金属栅片沿竖向设置在动、静触点相接触区域的周边，并不能起到隔断长弧作用，更多的是吸收、散热及冷却长弧，起到辅助灭弧作用（灭弧主要是通过腔体内惰性气体）。

本发明的一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，由密封式的接触室1、永磁体2和散热金属栅片5构成；设置两个永磁体2分别位于两个静触点连线的延长线侧，且永磁体2的位置低于吸合时静触点与动触点的接触面或高于吸合时静触点与动触点的接触面，磁性为上下方向，利用磁力线在触点分断面的与电弧电流方向垂直的发散性水平分量对每个不同的接触点的电弧产生方向不同的磁吹力，将集中的或有可能叠加的电弧分散、拉长并吹向散热金属栅片，通过金属栅片的散热面积使与之接触的电弧的温度迅速降低，并熄灭。从而有效的减少了电弧持续高温燃烧对触点产生损耗、粘连等不良影响，从而提高了接触器的使用安全性和使用寿命。

本发明是一种采用永磁体产生磁吹灭弧同时采用散热片作为冷却灭弧的没有极性要求的高性能直流接触器灭弧系统。它适用于桥式双断点结构的直流接触器，主要应用于电动汽车、工程机械、光能、风能等的电源切换及不间断电源系统的正、反向转换电路控制。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，包括一个接触器的密封式的接触室和两块永磁体；在所述接触室内固定装有两个静触点和活动装有两个常开的动触点，两个动触点与两个静触点分别沿竖向对应相配合；其特征在于：所述永磁体装在接触室中，并通过塑料隔板与接触室内空间相隔离；所述灭弧系统还包括若干散热金属栅片，所述散热金属栅片装在所述接触室内，所述接触室采用塑料结构件制作而成，在所述塑料结构件中设有若干用来插接对应的散热金属栅片的预留槽；该塑料结构件由支撑架和固定架构成，支撑架和固定架相连接并围成所述接触室内空间，所述预留槽设在支撑架中，所述两块永磁体分别装在固定架中，所述固定架还具有一体成型的所述塑料隔板；所述两块永磁体分别装在两个静触点连线的延长线侧，两块永磁体的磁性方向设为上下方向，与动、静触点之间的电流方向呈非垂直状态，利用磁力线在触点分断面的与电弧电流方向垂直的发散性水平分量对每个不同的接触点的电弧产生方向不同的磁吹力，将集中的或有可能叠加的电弧分散、拉长并吹向散热金属栅片，通过金属栅片的散热面积使与之接触的电弧的温度迅速降低，并熄灭。

2.根据权利要求1所述的可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述永磁体的上端面低于吸合时静触点与动触点的接触面或永磁体的下端面高于吸合时静触点与动触点的接触面。

3.根据权利要求1或2所述的可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述散热金属栅片沿竖向设置在动、静触点相接触区域的周边。

4.根据权利要求1或2所述的可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述两块永磁体对称装在两个静触点之间区域的两边。

5.根据权利要求4所述的可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述两块永磁体的磁性方向相同。

6.根据权利要求4所述的可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述两块永磁体的磁性方向相反。

7.根据权利要求1或2所述的可靠灭弧的无极性高压直流接触器灭弧系统，其特征在于：所述两个动触点连成一体而构成桥式动触片。