CN1107606A - 一种电磁装置 - Google Patents

Abstract

一种用于断路器10的电磁操纵装置12包括有 一个确定了一个空腔的线圈13。第一根芯棒14和 第二根芯棒16布置在空腔内，彼此相邻。第一根芯 棒14装在一个密封的容器18内，其中充有一种起 阻尼作用的液体。第一根芯棒14可在容器18内以 受阻尼的方式移动。第二根芯棒16也可以在空腔 内移动，其运动受一个开口管20的引导。第一根芯 棒14和第二根芯棒16分别由螺旋弹簧32和34从 装置12的极靴30处推开。

Description

本发明涉及用于断路器的一种电磁操纵装置。

根据本发明，提供了一种用于断路器的电磁操纵装置，这种操纵装置包括有：

一个线圈，它确定了一个空腔;

布置在空腔内的第一根芯棒，此芯棒可在空腔内以带阻尼的方式在第一个位置（正常位置）和第二个位置间移动;

用来将第一根芯棒从其第二个位置向其第一个位置推进的第一个推进装置;

布置在空腔内与第一根芯棒相邻的第二根芯棒，可在空腔内第一个位置（正常位置）和第二个位置间移动;

用来将第二根芯棒从其第二个位置向第一个位置推进的第二个推进装置;以及

一个布置在至少是一部分线圈附近的磁路确定装置，该磁路确定装置包括有一个极靴，该极靴和两个芯棒按如下方式布置：在位于正常位置的第一根芯棒和极靴间的气隙小于位于正常位置的第二根芯棒和极靴间的气隙，且每根芯棒在第二个位置处都要比在各自的第一个位置（正常位置）处更靠近极靴。

第一根芯棒可以装在一个密封的容器内，该容器内装有用来减缓第一根芯棒的运动的一种液体。

第一个和第二个推进装置可以是受压缩的螺旋弹簧，每个弹簧都被布置在其相应的芯棒和极靴之间。

线圈可以是圆形或椭圆形的。

磁路确定装置可以包括一个布置在线圈周围的定子支座和一个相对于定子支座按枢轴方式布置的衔铁，该衔铁可与断路器的脱扣机构相连接。

在定子支座和极靴之间可以确定一个气隙，于是第二根芯棒可以被布置空腔中极靴和定子支座间的气隙那一侧。

本领域技术人员会理解，位于其第一个位置的两根芯棒有一部分要布置在定子支座的外部，因而定子支座可能需要确定两个开口。一个开口供第一根芯棒用，另一个供第二根芯棒用;两根芯棒通过这两个开口伸出。

两根芯棒在从其第一个位置向第二个位置移动时可以向极靴处运动，当空们在其第二个位置时可紧靠在极靴上。

第二根芯棒远离极靴的那一端可带有一个用来对第二根芯棒和断路器的动触头座进行机械连接的连片。这一连片是一种空载行程连片，这样的动触头座可以独立于第二根芯棒运动，第二根芯棒也可以在预定范围内独立于动触头座运动。动触头座可在断路器电气路径是接通的“on”位置和断路器的电气路径是断开的“off”位置之间移动。因而空载行程连片可具有这样的作用：当动触头座在其“on”位置时，第二根芯棒可在动触头座不动的情况下从其第一个位置向第二个位置移动;而当第二根芯棒位于其第一位置时，动触头座可以在不改变第二根芯棒的位置的情况下从其“on”位置向其“off”位置移动。

当电流流过线圈时，每个芯棒中都产生有磁通，磁通大小与芯棒和极靴间的气隙成反比。由磁通产生的作用于芯棒上在极靴的方向上抵抗相应的受压缩弹簧的作用力与磁通的平方成正比。

相应地也可以理解，如果第一个相对较小的预定的电流流过线圈，则作用于第一根芯棒的力倾向于使第一芯棒朝极靴方向运动。第一根芯棒比第二根芯棒大，因为在没有电流时第一根芯棒和极靴之间的气隙要比第二根芯棒和极靴间的气隙小。第一根芯棒在其外壳内的运动被容器内的液体减缓，减缓或阻尼的程度由若干因素决定，其中包括液体的粘度。当第一根芯棒到达极靴处时，由衔铁、部分定子支座和极靴、以及第一根芯棒所形成的磁路的磁阻就明显降低，因而就增大了作用于带枢轴的衔铁上的电磁力，该电磁力的大小足以使得衔铁与定子支座和极靴相接触，从而使断路器跳闸。

在中等或严重过负荷时，即当电流明显大于上面所说的第一个电流时，第一根芯棒上的作用力要大于第二根芯棒上的作用力，但是由于液体的减缓作用，第一根芯棒的闭合速度却明显慢于第二根芯棒。第二根芯棒上的作用力的大小足以压缩与第二根芯棒相对应的弹簧，第二根芯棒几乎瞬时地被移动到与极靴相接触的位置。由于相对较大的电流的作用，衔铁被吸引到极靴上，从而甚至在第二根芯棒完全闭合之前就会使断路器跳闸。当衔铁闭合时，经过第二根芯棒的磁路的磁阻就会降低，使得其中的磁通急剧增加，从而进一步加速了第二根芯棒的运动。

由于动触头座和第二根芯棒是以无载行程连片连接的，第二根芯棒开始加速运动时不会引起动触头座的运动。衔铁几乎是立刻就合上了，而且在任何情况下都会在第二芯棒运动到足以带动连片的位置之前合上。尽管衔铁已经合上，由于脱扣机构具有固有的延时，因而即使衔铁已经合上了动触头座仍然是闭合的。但是当衔铁闭合后磁阻会显著降低，第二根芯棒会以更大的加速度运动。相应地，动触头座也会极其迅速地移动到断开位置。

动触头座在短路时的高速断开使电气回路具有一个高电阻，它对通过电流和清除时间起限制作用。

通过对弹簧和芯棒的初始气隙的适当匹配，可实现以下性能：

精确的跳闸点和液-磁式断路器的典型的延时;

与有阻尼的第一根芯棒的延时无关的正向的、精确的和易于预先设置的瞬时跳闸;

短路时对动触头座的有效加速，这可以提供恰当的电流限制;以及

显著地降低过负荷时触头粘连的可能性。

本发明也扩展到一种包括有上述电磁操作装置的断路器。

在应用时，电磁操纵装置的线圈可以携带断路器的负荷电流。

现在参考以下附图对本发明进行举例说明：

图1是采用本发明的电磁操作装置的断路器的一部分的原理性剖面图。图中的断路器处于正常工作状态，其脱扣机构是锁住的，其动触头座是闭合的;

图2是断路器的一个进一步的原理性剖面图，表示断路器如何响应中等程度的过负荷电流;

图3也是断路器的一个进一步的原理剖面图，进一步表示了断路器如何响应中等程度的过负荷电流;

图4也是断路器的一个进一步的原理性剖面图，表示了断路器如何响应严重过负荷电流;和

图5是断路器的一个更进一步的原理性剖面图，进一步表示了断路器如何响应严重过负荷电流。

首选参考附图中的图1，断路器的一部分总体上用参考号10标识。断路器10包括有一个以本发明为根据的电磁操作装置12。操作装置12包括有一个确定了一个空腔的线圈13。第一根芯棒14和第二根芯棒16布置在空腔内，两根芯棒相邻。第一根芯棒14装在一个密封的容器18中，容器18内充有阻尼液体。芯棒14可在容器18内以有阻尼的方式移动。第二根芯棒16也可在空腔内移动，其运动受一个开口管20的引导。

线圈13绕在确定空腔的绕线架22上，线圈13可以是圆形的或椭圆形的。

绕线架22安装在“L”形的定子支座24上，定子支座24有一个基座26和一个从基座26伸出的立柱28。

从图1中可以看出，容器18从立柱28的第一个开孔中穿过，而第二根芯棒16从立柱28的第二个开孔中穿过。

一个极靴30布置在绕线架22相对于立柱28的一侧。一个气隙31使极靴30与定子支座24的基座26分离。第一根芯棒14被第一个螺旋弹簧32从极靴30处推离，第二根芯棒16被第二个螺旋弹簧34从极靴30处推离。第一根芯棒14和第二根芯棒16都是分段的，分别具有较细的端部可分别伸入弹簧32和34中。需注意的是当线圈13没有带电时第一根芯棒14的一端36比第二根芯棒16的一端38离极靴30近。因而第一根芯棒14和极靴30间的气隙要小于第二极芯棒16和极靴30间的气隙。本专业技术人员可以理解，在应用时线圈13将产生倾向于使芯棒14和16朝极靴方向运动、抵抗弹簧32和34的磁通。

断路器10还具有一个衔铁40，它可绕枢轴运动到与立柱28的自由端和极靴30的上端相接触。衔铁40用一种现有的方法与断路器10的脱扣机构（图中未示出）相连。

更进一步，断路器10具有一个固定触头42和一个动触头44。动触头44由动触头座46携带，动触头座44可在触头42和44在电气上和机械上都互相接触的合闸或“on”位置与触头42和44互相分离的开路或“off”位置之间移动。

动触头座46通过一个连杆50在机械上与第二根芯棒16相连。连杆50与第二根芯棒16以一种空载行程方式连接，第二根芯棒16在其中确定有一空槽52。连片50具有预定的长度，空槽52按这样布置，当动触头座46在其闭合位置且线圈13中没有电流时，连杆50与第二根芯棒相连的一端大约位于空槽52的中央。因而，如果第二根芯棒16处于未被激励的位置上，动触头座46就可以自由地从其闭合位置向开断位置运动，且当动触头座46位于闭合位置时，第二根芯棒16可在一定范围内朝极靴30运动而不带动触头座46。

需注意，线圈13带有断路器10的负荷电流。

现在参考图2和图3，图中表示了断路器10对中等程度过负荷电流的响应方式。由于第一根芯棒14和极靴30间的初始气隙小于第二根芯棒16和极靴30间的气隙，中等程度的过负荷电流将引起第一根芯棒14朝极靴30处移动。因为第一根芯棒14的运动受到容器18内的液体的减缓，所以第一根芯棒运动到与极靴30相接触（如图2所示）需要一段预定的时间。这段时间的大小取决于多种因素，包括液体的粘度和过负荷电流的幅值。

当第一根芯棒14紧贴在极靴30上时，由衔铁40、立柱28、第一根芯棒14和极靴30所构成的磁路的磁性明显下降，从而增大了作用于衔铁40上的电磁力。该电磁力可大到足以使衔铁移动到与立柱28和极靴30相接触（如图3所示），从而使断路器10的脱扣机构动作。该脱扣机构作用于触头座46，使它从闭合位置移动到断开位置（如图3所示）。由于电流的大小不足以使第二根芯棒移动明显的距离，第二根芯棒16基本上还停留在其第一个、正常的位置上。但是由于连杆50和空槽52具有空载行程特性，动触头座46能够从其闭合位置运动到断开位置（如图3所示）。

现在参见图4和图5，图中表示了断路器10对严重过负荷电流的响应方式。

当过负荷电流足够大时，作用于第二根芯棒16上的力足以使其移动至与极靴30相接触的位置。可以理解，尽管开始时作用于第一根芯棒14上的力比作用于第二根芯棒16上的力大，但由于容器18内的液体的阻尼作用的原因，第二根芯棒16将会较第一根芯棒14更靠近极靴30。当这种情况出现时，由于磁通与气隙成反比，通过第二根芯棒16的磁通将会大于通过第一根芯棒14的磁通，因而作用于第二根芯棒16上的力将会大于作用于第一根芯棒14上的力。

更进一步，因为过负荷电流非常之大，衔铁40将会在第二根芯棒16与极靴30相接触之前移到与立柱28和极靴30相接触的位置（如图4所示），因此脱扣机构基本上是瞬时动作的。

可以理解当动触头座46位于闭合位置时，第二根芯棒16正在加速朝极靴30处运动。空槽52和连杆50是按如下方式设计的，在第二根芯棒16到达其行程的终点之前，连杆50将到达空腔52的尽头，因而第二根芯棒16继续朝极靴30处运动就会引起动触头座46快速离开固定触头42（如图4所示）。当第二根芯棒16到达极靴30处以后，触头座46还自由地朝着完全断开的位置运动，此时连杆50会在空槽52内运动。

存在大的过负荷电流时移动动触头座46的高速打开使得电气回路具有一个高电阻，它可限制断路器10的通过电流和清除时间。

本领域的技术人员可以理解，断路器10的特性将随着弹簧32和34的强度以及芯棒14和16与极靴30间的气隙的不同而不同。

因而本发明的优点在于可以实现以下几点：

准确的脱扣点和液-磁式断路器的典型延时;

与带阻尼的第一根芯棒的延时无关的正向的、准确的和易于预先调整的瞬时脱扣;

短路时对动触头座的有效加速，这可以提供恰当的电流限制;以及

显著降低过负荷时触头粘连的可能性。

Claims (11)

1、一种用于断路器的电磁操纵装置，该操纵装置包括：

一个确定了一个空腔的线圈；

布置在空腔内的第一根芯棒，第一根芯棒可在空腔内第一个、正常的位置和第二个位置之间以受阻尼的方式运动；

用来将第一根芯棒从其第二个位置向其第一个位置推进的第一个推进装置；

布置在空腔内的与第一根芯棒相邻的第二根芯棒，可在空腔内在第一个、正常的位置和第二个位置间移动；

用来将第二根芯棒从其第二个位置向其第一个位置推进的第二个推进装置；和

布置在至少是线圈的一部分附近的一个磁路确定装置，该磁路确定装置包括有一个极靴。该极靴和上述芯棒按如下方式布置，第一根芯棒位于其正常位置时与极靴间的气隙要小于第二根芯棒位于其正常位置时与极靴间的气隙，而用每根芯棒的第二个位置都要比各自的第一个、正常的位置离极靴近。

2、根据权利要求1的装置，其中第一根芯棒装在一个密封的容器内，容器内充有用来减缓第一根芯棒的运动的一种液体。

3、根据权利要求1或权利要求2的装置，其中的第一个和第二个推进装置都是受压缩的螺旋弹簧，每个弹簧均布置在其相应的芯棒和极靴之间。

4、根据上述任一权利要求的装置，其中的线圈是圆形的或椭圆形的。

5、根据上述任一权利要求的装置，其中除极靴以外，磁路确定装置还包括一个布置在线圈周围的定子支座和相对于定子支座按枢轴方式布置的一个衔铁，衔铁要能够与断路器的脱扣机构相连。

6、根据权利要求5的装置，其中定子支座和极靴之间确定有一个气隙。

7、根据权利要求6的装置，其中第二根芯棒位于在空腔中在极靴和定子支架之间有气隙的那一侧。

8、根据权利要求5至8中任意一项的装置，其中的定子支座确定有两个开孔，一个用于第一根芯棒，一个用于第二根芯棒，两根芯棒穿过上述开孔。

9、由上述任何一条权利要求所申明的装置，其中的第二根芯棒远离极靴的一端带有一个用于在机械上把第二根芯棒连接到断路器的动触头座上的一个连杆，该连杆是一个空载行程连杆，因此动触头座可以独立于第二根芯棒移动，第二根芯棒可以在预定的范围内独立于动触头座运动。

10、一种电磁操纵装置用于基本上如本文所描述和解释的断路器。

11、包括有由上述权利要求中任意一项所述的电磁操纵装置的断路器。

Images