CN109637887A - 一种换流式高压直流接触器触头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换流式高压直流接触器触头结构，属于开关电器领域。所述触头结构包括由主静触头A1、主静触头A2和主动触头M组成的通流支路，还包括六个弧静触头和三个弧动触头构成的灭弧支路；通流支路和灭弧支路通过铜制的导电桥A₁B₁和导电桥A₂D₂形成并联的形式；矩形绝缘拉杆带动四组动触头同时上下运动，完成分合闸工作。本发明可以实现双向承载额定电流、开断短路电流；解决了分合闸动触头运动过程中偏移运动导致动静触头不同心的问题；通流支路解决了大电流等级额定状态下触头发热问题，灭弧支路的三组串联的触头解决了高电压等级的直流电弧开断问题，同时减少了主触头的烧蚀，有效提升了接触器的使用寿命。

Description

一种换流式高压直流接触器触头结构

技术领域

本发明属于开关电器领域，具体涉及一种换流式高压直流接触器触头结构。

背景技术

随着航空、航天、城市轨道建设及新能源发展产业的快速发展，目前我国风电、太阳能发电累计装机容量已分列世界第一和第二水平，同时未来战机对更高电压等级的供电网络有着迫切的需求。因此，可快速响应并具备大容量分断能力的直流系统开关元件成为了研究热点。在直流配电设备中，大功率直流接触器作为关键器件，起到了接通、承载和分断正常电路条件(包括过载运行条件)的作用。对于更高电流、电压条件下，直接级联多个开关设备来提高电压等级由于额定温升无法满足要求将导致额定电流低。同时，单断口结构又受到了分断电压所限。其次，混合式断路器又受结构复杂，体积较大的因素制约，无法同时满足高压大电流的分断需求。因此本发明提出了一种适用于无极性分断大功率直流电流的接触器触头结构形式，通过设计不同组触头间的开距及超程距离实现了承载额定电流时接触器内部电流合理分配，

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种适用于无极性分断大功率直流电流的接触器触头结构形式，通过设计不同组触头间的开距及超程距离实现了承载额定电流时接触器内部电流合理分配，能够实现电流的可靠转换并能够快速切断直流负载，减小了额定工况下触头的接触电阻，并在切断故障电流时能有效的将故障电流转移到灭弧支路上，在灭弧室气氛环境下由多组灭弧触头完成开断工作。

本发明提供的一种换流式高压直流接触器触头结构，所述触头结构包括由主静触头A₁、主静触头A₂和主动触头M组成的通流支路，还包括弧静触头B₁、弧静触头B₂、弧动触头H₁、弧静触头C₁、弧静触头C₂、弧动触头H₂、弧静触头D₁、弧静触头D₂、弧动触头H₃构成的灭弧支路；所述灭弧支路的弧静触头尺寸均小于通流支路的触头，所述的通流支路和灭弧支路通过铜制的导电桥A₁B₁和导电桥A₂D₂形成并联的形式；

灭弧室绝缘外壳具有四层静触头支架结构，其中第一层静触头支架、第二层静触头支架、第三层静触头支架和第四层静触头支架间为平行的关系，每层静触头支架的几何中心设置有矩形过孔；在第二层、第三层和第四层静触头支架上的相对应位置分别设置有两个矩形导电桥过孔；

主静触头A₁、主静触头A₂通过螺纹紧固的方式固定在的第一层静触头支架上；弧静触头B₁、弧静触头B₂通过螺纹紧固的方式固定在第二层静触头支架上；弧静触头C₁、弧静触头C₂通过螺纹紧固的方式固定在第三层静触头支架上；弧静触头D₁、弧静触头D₂通过螺纹紧固的方式固定在第四层静触头支架上，使得所有静触头的中心在同一个平面上；

在所述弧静触头B₂和弧静触头C₂之间使用螺纹紧固的方式装配有铜制的导电桥B₂C₂；在所述的弧静触头C₁和弧静触头D₁之间使用螺纹紧固的方式装配有铜制的导电桥C₁D₁；使得灭弧支路B₁-B₂-C₂-C₁-D₁-D₂触头间形成串联的形式；

所述的主动触头M下方设置有预压缩后的主触头弹簧K₁；弧动触头H₁、弧动触头H₂、弧动触头H₃的下方分别设置一个预压缩后的弧触头弹簧K₂，提供所有动、静触头闭合时的触头压力，且四个动触头与四个触头弹簧均内嵌在矩形绝缘拉杆的内部；所述的矩形绝缘拉杆4带动四组动触头同时上下运动，完成分合闸工作。

本发明的优点在于：

(1)本发明可以实现双向承载额定电流、开断短路电流。

(2)本发明解决了分合闸动触头运动过程中偏移运动导致动静触头不同心的问题。

(3)通流支路电阻实测值小于0.9mΩ，解决了大电流等级额定状态下触头发热问题。灭弧支路的三组串联的触头解决了高电压等级的直流电弧开断问题，同时减少了主触头的烧蚀，有效提升了接触器的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实例中灭弧室绝缘外壳示意图。

图2是本发明实例中直流接触器的触头结构示意图。

图3是本发明实例中直流接触器的触头闭合示意图。

图4本发明实例中直流接触器的主触头打开后弧触头间电流分布示意图。

图5本发明实例中直流接触器的弧触头打开后燃弧情况示意图。

图中：

1.主静触头A₁； 2.主静触头A₂； 3.主动触头M； 4.绝缘拉杆；

5.灭弧室绝缘外壳； 6.导电桥A₁B₁； 7.导电桥A₂D₂； 8.主触头弹簧K₁；

9.弧静触头B₁； 10.弧静触头B₂； 11.弧动触头H₁； 12.弧触头弹簧K₂；

13.导电桥B₂C₂； 14.弧静触头C₁； 15.弧静触头C₂； 16.弧动触头H₂；

17.弧静触头D₁； 18.弧静触头D₂； 19.弧动触头H₃； 20.导电桥C₁D₁；

21.过孔； 22.导电桥过孔。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种换流式高压直流接触器触头结构，如图2所示，所述触头结构包括由主静触头A₁ 1、主静触头A₂ 2和主动触头M 3组成的通流支路和弧静触头B₁ 9、弧静触头B₂ 10、弧动触头H₁ 11、弧静触头C₁ 14、弧静触头C₂ 15、弧动触头H₂ 16、弧静触头D₁ 17、弧静触头D₂ 18、弧动触头H₃ 19构成的灭弧支路。所述灭弧支路的静触头尺寸均小于通流支路的触头，所述的通流支路和灭弧支路通过铜制的导电桥A₁B₁ 6和导电桥A₂D₂ 7形成并联的形式。

如图1所示，灭弧室绝缘外壳5具有四层静触头支架结构，其中第一层静触头支架501、第二层静触头支架502、第三层静触头支架503和第四层静触头支架504间为平行的关系，每层静触头支架的几何中心设置有矩形过孔21。在第二层、第三层和第四层静触头支架上的相对应位置分别设置有两个矩形导电桥过孔22。

具体地讲，如图2所示，主静触头A₁ 1、主静触头A₂ 2通过螺纹紧固的方式固定在灭弧室绝缘外壳5的第一层静触头支架501上；弧静触头B₁ 9、弧静触头B₂ 10通过螺纹紧固的方式固定在灭弧室绝缘外壳5的第二层静触头支架502上；弧静触头C₁14、弧静触头C₂ 15通过螺纹紧固的方式固定在灭弧室绝缘外壳5的第三层静触头支架503上；弧静触头D₁ 17、弧静触头D₂ 18通过螺纹紧固的方式固定在灭弧室绝缘外壳5的第四层静触头支架504上，使得所有静触头的中心在同一个平面上。

在所述弧静触头B₂ 10和弧静触头C₂ 15之间使用螺纹紧固的方式装配有铜制的导电桥B₂C₂ 13；在所述的弧静触头C₁ 14和弧静触头D₁ 17之间使用螺纹紧固的方式装配有铜制的导电桥C₁D₁ 20。使得灭弧支路B₁-B₂-C₂-C₁-D₁-D₂触头间形成串联的形式。

所述的主动触头M 3和弧动触头H₁ 11、弧动触头H₂ 16、弧动触头H₃ 19的下方设置有预压缩后的主触头弹簧K₁ 8和弧触头弹簧K₂ 12，提供所有动、静触头闭合时的触头压力，且四个动触头与四个触头弹簧均内嵌在矩形绝缘拉杆4的内部。所述的矩形绝缘拉杆4可以带动四组动触头同时上下运动，完成分合闸工作。

所述的矩形绝缘拉杆4在垂直方向上穿过灭弧室绝缘外壳5各层中间的矩形过孔21，孔-杆之间的配合起到了运动导向作用，解决了动触头运动过程中偏移运动问题。

如图3所示，接触器触头闭合时主动触头M 3与矩形绝缘拉杆4间形成了主触头超程24，弧动触头H₁ 11、弧动触头H₂ 16、弧动触头H₃ 19与矩形绝缘拉杆4间分别形成了相同的弧触头超程25，且所述的主触头超程24小于弧触头超程25。在额定情况下，通流支路能够承载80％及以上的额定电流，降低了断路器接通状态下触头压降，有效地解决了额定温升问题。

当矩形绝缘拉杆4带动主动触头和三个弧动触头同时运动时，由于主触头超程24小于弧触头超程25，主触头首先完成断开，此时由于弧触头超程的存在，使得动、静弧触头间接触良好，当灭弧支路的导通压降小于主静触头A₁、A₂材料的最小生弧电压时(常见的材料：银12V、铜13V、金15V)，通流支路及灭弧支路的触头间实现无弧转换，接触器维持导通状态。图4为主触头打开后弧触头间电流分布示意图。

如图5所示，随着矩形绝缘拉杆4的继续运动，灭弧支路触头超程逐步释放，灭弧支路弧静触头B₁ 9、弧静触头B₂ 10、弧动触头H₁ 11、弧静触头C₁ 14、弧静触头C₂ 15、弧动触头H₂ 16、弧静触头D₁ 17、弧静触头D₂ 18、弧动触头H₃ 19间依次产生串联电弧，在磁吹装置和灭弧室气氛环境的共同作用下，电弧迅速的熄灭，随后多个触点间形成耐压间隙，完成整个电流开断过程，有效地提高了适用的开断电压等级。

Claims (3)

1.一种换流式高压直流接触器触头结构，其特征在于：所述触头结构包括由主静触头A₁、主静触头A₂和主动触头M组成的通流支路，还包括弧静触头B₁、弧静触头B₂、弧动触头H₁、弧静触头C₁、弧静触头C₂、弧动触头H₂、弧静触头D₁、弧静触头D₂、弧动触头H₃构成的灭弧支路；所述灭弧支路的弧静触头尺寸均小于通流支路的触头，所述的通流支路和灭弧支路通过铜制的导电桥A₁B₁和导电桥A₂D₂形成并联的形式；

灭弧室绝缘外壳具有四层静触头支架结构，其中第一层静触头支架、第二层静触头支架、第三层静触头支架和第四层静触头支架间为平行的关系，每层静触头支架的几何中心设置有矩形过孔；在第二层、第三层和第四层静触头支架上的相对应位置分别设置有两个矩形导电桥过孔；

主静触头A₁、主静触头A₂通过螺纹紧固的方式固定在的第一层静触头支架上；弧静触头B₁、弧静触头B₂通过螺纹紧固的方式固定在第二层静触头支架上；弧静触头C₁、弧静触头C₂通过螺纹紧固的方式固定在第三层静触头支架上；弧静触头D₁、弧静触头D₂通过螺纹紧固的方式固定在第四层静触头支架上，使得所有静触头的中心在同一个平面上；

在所述弧静触头B₂和弧静触头C₂之间使用螺纹紧固的方式装配有铜制的导电桥B₂C₂；在所述的弧静触头C₁和弧静触头D₁之间使用螺纹紧固的方式装配有铜制的导电桥C₁D₁；使得灭弧支路B₁-B₂-C₂-C₁-D₁-D₂触头间形成串联的形式；

所述的主动触头M下方设置有预压缩后的主触头弹簧K₁；弧动触头H₁、弧动触头H₂、弧动触头H₃的下方分别设置一个预压缩后的弧触头弹簧K₂，提供所有动、静触头闭合时的触头压力，且四个动触头与四个触头弹簧均内嵌在矩形绝缘拉杆的内部；所述的矩形绝缘拉杆带动四组动触头同时上下运动，完成分合闸工作。

2.根据权利要求1所述的一种换流式高压直流接触器触头结构，其特征在于：所述的矩形绝缘拉杆在垂直方向上穿过灭弧室绝缘外壳各层静触头支架结构中间的矩形过孔，孔-杆之间的配合起到了运动导向作用。

3.根据权利要求1所述的一种换流式高压直流接触器触头结构，其特征在于：接触器触头闭合时主动触头M与矩形绝缘拉杆间形成了主触头超程，弧动触头H₁、弧动触头H₂、弧动触头H₃与矩形绝缘拉杆间分别形成了相同的弧触头超程，且所述的主触头超程小于弧触头超程。