CN103871792A - 一种直流热磁脱扣器装置及降低其端子温升的方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提出一种降低端子温升的直流热磁脱扣器装置及降低其端子温升的方法，其解决了现有技术中的热磁脱扣器装置端子温升过高的技术问题。一种直流热磁脱扣器装置，包含多个发热元件，多个发热元件与电源和负载串联形成电流传导的闭合回路，其中：多个发热元件包括高电阻发热元件和低电阻发热元件，高电阻发热元件用于对热磁脱扣器装置进行热保护，低电阻发热元件用于导通电流，在该闭合回路中，高电阻发热元件与低电阻发热元件交替设置。根据本发明的直流热磁脱扣器装置在保证直流热磁脱扣器热性能不受影响的同时，还可以有效地降低直流热磁脱扣器的端子温升。

Description

一种直流热磁脱扣器装置及降低其端子温升的方法

技术领域

本发明涉及一种直流热磁脱扣器装置及降低其端子温升的方法，特别地涉及一种降低端子温升的直流断路器热磁脱扣器装置及降低断路器热磁脱扣器装置的端子温升的方法。

背景技术

随着新能源，轨道交通以及通信电源的发展，直流断路器的应用已越来越广泛。大量的新能源项目环境对直流断路器的端子温升也提出了更高的要求，美国标准（UL）要求端子温升<50°C，使用传统的直流热磁脱扣器在某些电流规格很难达到UL端子的温升要求。在直流断路器中使用的传统的直流热磁脱扣器每极的保护装置都还设置有热保护装置与磁保护装置。其中热保护装置包括发热元件、双金属片等，发热元件的电阻影响了产品的保护性能与产品的端子温度，一般同一直流脱扣器各极的发热元件的电阻是一致的，为了保证直流脱扣器的热性能，通常会选用电阻较高的发热元件，因此导致了各极端子的温升较高。

现有的三极或四极直流热磁脱扣器分别包含3或4个热保护装置与磁保护装置，但由于直流使用场合大多需要装配端子罩以及连接排，在一定程度上降低了断路器的散热性能，增加了端子温升。即便是在一定程度下，适当减少发热元件的数量，改用低电阻的导电元件替代，则也会出现在使用发热元件的端子处，温升仍然相对较高，使用低电阻的导电元件温升相对较低，因此在断路器的各极端子处的温升不一致。

直流断路器特别是光伏用PV直流断路器，对产品的温升要求更严格（UL要求端子温升<50°C）,使用传统的交流热磁脱扣器较难达到此要求。因此有必要研制一种降低端子温升的直流断路器热磁脱扣器装置，其在保证脱扣器热性能不受影响的同时，还可以有效地降低直流热磁脱扣器的端子温升。

发明内容

本发明旨在提出一种降低端子温升的直流热磁脱扣器装置及一种降低上述直流热磁脱扣器的端子温升的方法，其解决了现有技术中的热磁脱扣器装置端子温升过高的技术问题，在保证直流热磁脱扣器热性能不受影响的同时，还可以有效地降低直流热磁脱扣器的端子温升。虽然，该直流热磁脱扣器通常用于直流断路器中，但是不限于在直流断路器中使用。

本发明提出的一种降低端子温升的热磁脱扣器装置的技术方案为：

一种直流热磁脱扣器装置，包含多个发热元件，多个发热元件与电源和负载串联形成电流传导的闭合回路，其中：多个发热元件包括高电阻发热元件和低电阻发热元件，高电阻发热元件的电阻大于低电阻发热元件的电阻，高电阻发热元件用于对热磁脱扣器装置进行热保护，低电阻发热元件用于导通电流，在该闭合回路中，高电阻发热元件与低电阻发热元件交替设置。

优选地，在电流传导的闭合回路中，从电源正极流出的电流从高电阻发热元件接入，根据设置的发热元件的数目，再交替流动通过低电阻发热元件和高电阻发热元件，直至通过最后一个发热元件流出回到电源的负极，电流在从电源正极流动到负极的过程中还流动通过负载。

流入直流热磁脱扣器装置的电流从高电阻发热元件流入，然后流经低电阻发热元件，再流经高电阻发热元件，根据设置的发热元件的数目，交替流过低电阻发热元件，高电阻发热元件。

在本发明的直流热磁脱扣器装置中使用了珀尔帖效应。珀尔帖效应是两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，将在该两种不同金属的接头之间产生温差，也就是电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。由珀尔帖效应产生的热流量称作珀尔帖热。

在本发明的直流热磁脱扣器装置中，通过规定电流从高电阻发热元件流入直流热磁脱扣器装置，并流经低电阻发热元件，并根据设置的发热元件的数目，交替流过高电阻发热元件，低电阻发热元件，保证了在高电阻发热元件端子处由于珀尔帖效应而产生吸热作用，降低其端子处的温升，在低电阻发热元件的端子处产生散热作用，由于低电阻的端子温升本身相对很低，所以即便在散热作用下，其端子温升属于相对较低的温度。

这是因为根据珀尔帖效应，电荷载体在导体中运动形成电流，由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；反之，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量，因此能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。在本发明中，规定电流从高电阻发热元件流向低电阻发热元件，因此可以使得在高电阻发热元件端子处产生放热而在低电阻发热元件端子处产生吸热。这样使得在高电阻发热元件端子处的温升下降，而在低电阻发热元件端子处的温升上升，因为低电阻发热元件仅作为导通电流的作用，其自身的温升很小，因此即使温升上升，其端子处的温升仍然相对较低，而同时降低的高电阻发热元件端子处的温升满足了对直流热磁脱扣器较为严苛的使用条件。

在此，所述的端子为发热元件的一个端部。

优选地，在高电阻发热元件上还设置有热保护元件。

优选地，该热保护元件是双金属片。

在高电阻发热元件上设置热保护元件可以使高电阻发热元件用于对热磁脱扣器进行热保护，通常，这种热保护元件是双金属片，组成双金属片的两种金属的热膨胀率不相同，因此，对于同样的温度升高，出现不同的弯曲，当温升超过设定的阈值时，双金属片使得直流热磁脱扣器装置脱扣，实现对直流热磁脱扣器装置的热保护作用。

优选地，直流热磁脱扣器装置还包括磁保护装置。

优选地，多个发热元件为2个，3个或4个。

优选地，所有高电阻发热元件的电阻相同，所有低电阻发热元件的电阻相同。

如上所述，设定发热元件仅由两种电阻的材料构成，可以使得直流热磁脱扣器装置的生产和组装更为简单。

优选地，直流热磁脱扣器装置是直流断路器的直流热磁脱扣器装置。

该直流热磁脱扣器装置通常为直流断路器中使用的直流热磁脱扣器装置，其端子即为直流断路器的端子，其端子的温升得以改进，则直流断路器的性能得到优化。

一种降低前述的直流热磁脱扣器装置的端子温升的方法，所述端子是发热元件的一个端部，控制流动通过所述直流热磁脱扣器装置的电流从直流热磁脱扣器装置的高电阻发热元件流入。

在交替设置有高电阻发热元件，低电阻发热元件的直流热磁脱扣器中，控制电流从高电阻发热元件流入，可以运用珀尔帖效应，使得高电阻发热元件的端子处的温升降低，而低电阻发热元件的端子处的温升上升，因为低电阻发热元件仅作为导通电流的作用，其自身的温升很小，因此即使温升上升，其端子处的温升仍然相对较低，而同时降低的高电阻发热元件端子处的温升满足了对直流热磁脱扣器较为严苛的使用条件。

本发明提出的一种降低端子温升的直流热磁脱扣器装置及一种降低上述直流热磁脱扣器的端子温升的方法，其在保证直流热磁脱扣器热性能不受影响的同时，还可以有效地降低直流热磁脱扣器的端子温升。

附图说明

本发明的其它优点和特征将从接下来的仅以非限制性示例的目的给出的并表示在附图中的本发明的特定实施例的说明变得更加清楚明显，在附图中：

图1是根据本发明的直流热磁脱扣器装置的结构示意图；

图2是带有热保护装置的发热元件的结构示意图；

图3是由铜和铁两种金属组成的闭合电路的示意图；

图4-1是现有技术中的直流热磁脱扣器装置的电流流动的示意图；

图4-2是改进的直流热磁脱扣器装置的电流流动的示意图；

图4-3和图4-4是根据本发明的直流热磁脱扣器装置的电流流动的示意图。

附图标记说明

1  直流热磁脱扣器装置

2  发热元件

2-1、2-2、2-3、2-4发热元件

3  端子

4  热保护元件

N、A、B、C 发热元件

具体实施方式

下面参照图1至图4-4更加清楚地说明根据本发明的降低端子温升的直流热磁脱扣器装置及降低上述直流热磁脱扣器的端子温升的方法。

图1示出了根据本发明的降低端子温升的直流热磁脱扣器装置的第一实施例的透视图，在该实施例中，该直流热磁脱扣器装置1具有4极发热元件2，发热元件2的一端即为端子3。发热元件2-1和发热元件2-3具有相同的电阻，发热元件2-2和发热元件2-4具有相同的电阻，该两组电阻互不相同，分为高电阻发热元件2-1，2-3和低电阻发热元件2-2，2-4，该4个发热元件，也就是4极发热元件与电源和负载（未示出）串联形成电流传导的闭合回路，在此，高电阻发热元件2-1，2-3上设置有热保护元件，用于对热磁脱扣器装置1进行热保护，低电阻发热元件2-2，2-4用于导通电流。具有该构型的直流热磁脱扣器装置通过设定直流电流的流动方向可以达到降低端子温升的目的，其降低端子温升的原理及实验过程将在下文进行详细叙述。

图2示出了发热元件2的结构示意图，该发热元件一端带有热保护元件4，在本实施例中的热保护元件是双金属片，另一端为端子3。

图3示出了珀尔帖效应的一个简单的示意图。该闭合回路是由两种不同的金属导体构成，该两种金属导体具有不同的电阻，在该示意图中为铜和铁两种金属导体，在该两种金属导体的接合部分，一个接合部分得以加热，另一个接合部分得以冷却。珀尔帖效应为两种不同的金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差。珀尔帖效应就是电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。由珀尔帖效应产生的热流量称作珀尔帖热。

下面将结合图4-1至图4-3对珀尔帖效应在根据本发明的直流热磁脱扣器装置以及现有技术的以及改进的直流热磁脱扣器装置中进行验证。

图4-1是现有技术的直流热磁脱扣器装置的电流流动的示意图，现有技术的直流热磁脱扣器装置与图1中的根据本发明的直流热磁脱扣器装置的结构设置大致相似，但是其所使用的发热元件不完全相同，且现有技术的直流热磁脱扣器装置在每个发热元件上均设置有热保护元件。图4-1中的N，A，B，C分别代表4极发热元件，在现有技术的直流热磁脱扣器装置中，4极发热元件的电阻完全相同，是4个相同的发热元件。电源流出的电流从发热元件A流入再流经发热元件N经过负载后再流动经过发热元件C，最后流动经过发热元件B回到电源。

表1示出了在环境温度40.9摄氏度的条件下，在电流流动通过图4-1中示出的现有技术的直流热磁脱扣器装置时，对端子的温度进行测量所得出的对应各发热元件N、A、B和C端子温度。

表1现有技术的直流热磁脱扣器装置的热测试结果

发热元件	N	A	B	C	环境温度
						端子温度	93	84.4	96.3	79.4	40.9

由此可以看出在发热元件N、A、B和C端子温度都较高，其中发热元件N、B的端子温度明显高于发热元件A、C的端子温度。其中，发热元件N、B的端子温升大于50摄氏度。

图4-2是改进的直流热磁脱扣器装置的电流流动的示意图，改进的直流热磁脱扣器装置与图1中的根据本发明的直流热磁脱扣器装置的结构设置大致相似，但是其所使用的发热元件不完全相同。图4-2中的N，A，B，C分别代表4极发热元件，在改进的直流热磁脱扣器装置中，4极发热元件的电阻不完全相同，发热元件A、B是相同的发热元件，是低电阻发热元件，发热元件N、C是相同的发热元件，是高电阻发热元件。电源流出的电流从发热元件A流入再流经发热元件N经过负载后再流动经过发热元件C，最后流动经过发热元件B回到电源。

表2示出了在环境温度39.5摄氏度的条件下，在电流流动通过图4-2中示出的改进的直流热磁脱扣器装置时，对端子的温度进行测量所得出的对应各发热元件N、A、B和C端子温度。

表2改进的直流热磁脱扣器装置的热测试结果

发热元件	N	A	B	C	环境温度
						端子温度	86.2	61.7	64.2	74.7	39.5

由此可以看出相比于表1中的现有技术的直流热磁脱扣器装置的热测试结果的端子温度，表2中改进的直流热磁脱扣器装置的热测试结果的端子温度均有所下降，尤其低电阻的发热元件A、B的温度较低，其中高电阻的发热元件N、C的端子温度高于低电阻的发热元件A、B的端子温度。其中，发热元件N的端子温升接近50摄氏度。

图4-3是根据本发明的直流热磁脱扣器装置的电流流动的示意图，其具有图1中的直流热磁脱扣器装置的结构。图4-3中的N，A，B，C分别代表4极发热元件，在本发明的直流热磁脱扣器装置中，4极发热元件的电阻不完全相同，发热元件A、C是相同的发热元件，是低电阻发热元件，发热元件N、B是相同的发热元件，是高电阻发热元件。电源流出的电流从发热元件B流入再流经发热元件C经过负载后再流动经过发热元件N，最后流动经过发热元件A回到电源。可以看出，高电阻的发热元件N、B和低电阻的发热元件A、C是交替设置的，并且电流从高电阻的发热元件B流入。

表3示出了在环境温度40.9摄氏度的条件下，在电流流动通过图4-3中示出的本发明的直流热磁脱扣器装置时，对端子的温度进行测量所得出的对应各发热元件N、A、B和C端子温度。

表3本发明的直流热磁脱扣器装置的热测试结果

发热元件	N	A	B	C	环境温度
						端子温度	75.6	70.1	77.8	67.7	40.9

由此可以看出相比于表1中的现有技术的直流热磁脱扣器装置的热测试结果的端子温度，表3中本发明的直流热磁脱扣器装置的热测试结果的端子温度均有所下降，尤其高电阻的发热元件N、B的端子温度较低。其中，高电阻的发热元件N、B的端子温升分别为：75.6-40.9=34.7摄氏度以及77.8-40.9=36.9摄氏度，均远低于50摄氏度。虽然与表2中改进的直流热磁脱扣器装置的热测试结果相比较，低电阻的发热元件A、C的端子温度有所上升，但是因为低电阻的发热元件的端子温度本来偏低，即使温度上升，其仍然处于相对较低的温升，其分别为：70.1-40.9=29.2摄氏度和67.7-40.9=26.8摄氏度，温升远小于50摄氏度，因此，该增加的温升在实际使用中没有带来不利的影响。同时，从表3中可以看出，发热元件N、A、B和C的端子温度非常相近，这对在使用中控制直流热磁脱扣器装置的端子温升是有利的。

根据上述实验结果可以的得出，根据本发明的直流热磁脱扣器装置解决了现有技术中的热磁脱扣器装置端子温升过高的技术问题，其完全满足应用该装置时，该装置的端子温升<50°C的要求。

图4-4是根据本发明的直流热磁脱扣器装置的第二实施例的电流流动示意图。在第二实施例中，直流热磁脱扣器装置具有3极发热元件，其中发热元件B是低电阻的发热元件，发热元件A、C是高电阻的发热元件。电流从高电阻的发热元件A流入通过低电阻的发热元件B，再流经负载，最后从高电阻的发热元件C流出。

在第一实施例和第二实施例中，热保护元件都设置在高电阻的发热元件上，通常热保护元件使用双金属片，其利用构成双金属片的两种金属受热时不同的膨胀率，可以在达到设定的阈值时，使直流热磁脱扣器装置脱扣。因为在本发明中，在闭合的电流回路中，高电阻的发热元件必然温度会大于低电阻的发热元件，仅在高电阻的发热元件上设置热保护元件，即可以实现控制电路中的全部发热元件的温度低于阈值，使直流热磁脱扣器装置实现热保护功能。该种构型简化了直流热磁脱扣器装置的结构。

在此，虽然只提及了两种具体实施例，但是其仅作为示例的作用，本发明不限于这两种具体实施例，例如本发明的直流热磁脱扣器装置还可以具有两极发热元件，或者五极或者更多极发热元件。

本发明的直流热磁脱扣器装置还可以包括磁保护装置（未示出）。

本发明的直流热磁脱扣器装置通常用于直流断路器，属于直流断路器的一个核心模块。该直流热磁脱扣器装置的端子即为直流断路器的端子，因此，直流断路器的端子的温升得以改进，直流断路器的性能得到优化。

本发明还涉及了一种降低前述的直流热磁脱扣器装置的端子温升的方法，所述端子是发热元件的一个端部，控制流动通过所述直流热磁脱扣器装置的电流从直流热磁脱扣器装置的高电阻发热元件流入。

根据本发明，在交替设置有高电阻发热元件，低电阻发热元件的直流热磁脱扣器中，控制电流从高电阻发热元件流入，可以运用珀尔帖效应，使得高电阻发热元件的端子处的温升降低，而低电阻发热元件的端子处的温升上升，因为低电阻发热元件仅作为导通电流的作用，其自身的温升很小，因此即使温升上升，其端子处的温升仍然相对较低，而同时降低的高电阻发热元件端子处的温升满足了对直流热磁脱扣器较为严苛的使用条件。

本发明提出的一种降低端子温升的直流热磁脱扣器装置及一种降低上述直流热磁脱扣器的端子温升的方法，其在保证直流热磁脱扣器热性能不受影响的同时，还可以有效地降低直流热磁脱扣器的端子温升。

以上对本发明进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上的改变不应认为偏离了本发明保护的范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种直流热磁脱扣器装置（1），包含多个发热元件（2），多个发热元件（2）与电源和负载串联形成电流传导的闭合回路，其特征在于：多个发热元件包括高电阻发热元件和低电阻发热元件，所述高电阻发热元件的电阻大于所述低电阻发热元件的电阻，所述高电阻发热元件用于对所述热磁脱扣器装置（1）进行热保护，所述低电阻发热元件用于导通电流，在该闭合回路中，所述高电阻发热元件与所述低电阻发热元件交替设置。

2.根据权利要求1所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：在电流传导的闭合回路中，从电源正极流出的电流从高电阻发热元件接入，根据设置的发热元件的数目，再交替流动通过低电阻发热元件和高电阻发热元件，直至通过最后一个发热元件流出回到电源的负极，电流在从电源正极流动到负极的过程中还流动通过负载。

3.根据权利要求1或2所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：在所述高电阻发热元件上还设置有热保护元件（4）。

4.根据权利要求3所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：所述热保护元件（4）是双金属片。

5.根据权利要求1或2所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：所述直流热磁脱扣器装置（1）还包括磁保护装置。

6.根据权利要求3所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：多个发热元件为2个，3个或4个。

7.根据权利要求3所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：所有所述高电阻发热元件的电阻相同，所有所述低电阻发热元件的电阻相同。

8.根据权利要求1或2所述的直流热磁脱扣器装置（1），其特征在于：所述直流热磁脱扣器装置是直流断路器的直流热磁脱扣器装置。

9.一种降低根据权利要求1-9中任一项所述的直流热磁脱扣器装置的端子温升的方法，所述端子是发热元件的一个端部，控制流动通过所述直流热磁脱扣器装置的电流从直流热磁脱扣器装置的高电阻发热元件流入。

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