大容量塑壳断路器的热脱扣装置及塑壳断路器
技术领域
本发明涉及低压电器断路器技术领域,特别是涉及一种大容量塑壳断路器的热脱扣装置及塑壳断路器。
背景技术
低压断路器的作用是当电路中出现过载、短路等故障时切断电流,保护负载和电路中的其他电器。切断故障电流一般可以通过热脱扣器、磁脱扣器或电子脱扣器来实现。其中过载故障保护一般通过热脱扣器或电子脱扣器实现。一方面热脱扣成本相比于电子脱扣器低,另一方面热脱扣器受工作环境影响较小,动作时不需要额外的电源驱动。热脱扣器具有这两个优势,具有广泛的应用空间。同样过载故障保护可以通过热脱扣器和电子脱扣器,目前过载脱扣装置一般是占用电子脱扣器所使用的互感器空间位置。实现过载脱扣器与电子脱扣器两种脱扣器互换,可根据不同需求选择不同脱扣器。本发明即为该种可与电子脱扣器的互感器互换空间位置的热脱扣装置。
壳架等级大于1250A的大容量塑壳断路器的机构脱扣力一般比小容量塑壳断路器机构脱扣力要大,热双金属元件的驱动力要求也比较大;其结构与小容量的塑壳断路器不同。小容量塑壳断路器具有机构、转轴、灭弧栅片、动触头和静触头组成的触头灭弧系统,该触头灭弧系统安装在一个相对密闭的空间内部。而大容量塑壳断路器,其转轴、灭弧栅片、动静触头安装在相对密闭的空间内部,而机构则安装在密闭空间之外。大容量塑壳断路器为满足载流量、参数指标的需求,内部主回路导体一般采用8mm-12mm厚的铜排。
中国实用新型申请公开说明书CN207834232U公开了一种热脱扣器,热双金属元件安装在主回路导体的侧面,热双金属元件受热横向变形驱动制动杆横向移动,制动杆的横向变形驱动断路器的牵引杆的纵向旋转位移,使断路器脱扣。确保电流保护能正确动作的方法是,驱动牵引杆的点与牵引杆之间的间隙通过调整热双金属元件的位置间接调整。中国发明申请公开说明书CN108878229A公开了一种热磁脱扣器,热双金属元件安装的主回路导体前壁,并向纵向方向折弯成L型,热双金属元件上安装调节螺钉,热双金属元件受热纵向变形,由调节螺钉驱动断路器的牵引杆纵向旋转,使断路器脱扣。磁脱扣的结构位于调节螺钉的调节方向。确保电流保护能正确动作的方法是:驱动牵引杆的点与牵引杆之间的间隙通过调节螺钉来调整。这两种方案的调节均有不便。
热双金属承受的应力不超过使用应力时,卸载后基本上能恢复原状。为了使热双金属在实际使用中,不致发生残余变形,施加于热双金属上的总应力即热应力,外加机械应力以及残余内应力三者叠加的应力,不应超过使用应力。温度变化是热双金属元件产生位移或推动力的能源,温度变化一部分用来产生位移,另一部分用来产生推力。现有该类型的热脱扣装置结构中,热双金属元件均为单片热双金属,热双金属元件在温度变化时,需要产生推动牵引杆使断路器机构脱扣的驱动力,还需要产生驱动牵引杆的点与牵引杆之间的间隙及牵引杆能够脱扣的位移之和的总位移。因此热双金属元件的驱动力和热脱扣装置的可调空间受到限制,其驱动力较小、其可调空间较小。热脱扣装置扩展功能需要更大的驱动力和更大位移,驱动力小、位移小导致扩展功能不便。
发明内容
发明目的:本发明要解决的技术问题是提供一种大容量塑壳断路器的热脱扣装置及塑壳断路器,解决了现有装置调节不便、调节空间小、提供驱动力小、扩展功能不便等问题,热双金属元件组可以由多片热双金属元件叠加组成,受热变形时能提供更大的驱动力,保证脱扣可靠,还能够提供更方便的调节方式和更大的调节空间,方便扩展功能,结构简单,占用空间小,成本低。
技术方案:本发明所述的一种大容量塑壳断路器的热脱扣装置,包括了与断路器机构固定连接或形成一体的脱扣轴,脱扣轴的外壁上设置凸台,还包括支架、驱动杆、热双金属元件组、拨杆、滑块,热双金属元件组受热时能够向前弯曲,驱动杆弹性旋转连接在支架上,其一端设置在热双金属元件组的活动端前方,其另一端连接滑块,滑块能够在支架上前后滑动,拨杆设置在滑块的前端,凸台位于拨杆的后方,当热双金属元件组未变形时,驱动杆在弹力作用下使滑块在支架上滑至前方极限位置,当热双金属元件组受热变形时,推动驱动杆转动,带动滑块和拨杆向后位移,拨动凸台使脱扣轴旋转完成断路器脱扣。
进一步的,所述热双金属元件组由单片热双金属元件或多片热双金属元件叠加组成,其以左右方向贴合固定在断路器中出线端导体的前壁上。
进一步的,滑块包括滑板和调节轴,调节轴间隙的连接在滑板上并能够绕自身轴心旋转且其与滑板前后方向相对位置不变,拨杆连接在调节轴的前端,通过旋转调节轴来调整拨杆在前后方向的位置,从而调整拨杆与凸台之间的间隙。
进一步的,滑板的前端设置凸起,凸起上设置前后方向的调节轴安装孔,调节轴自前到后包括了第一螺纹轴、第二凸台、圆轴和第二螺纹轴,第二凸台的直径大于调节轴安装孔的直径,圆轴的直径略小于调节轴安装孔的直径,其长度略大于调节轴安装孔的厚度,圆轴贯穿在调节轴安装孔中,调节轴通过锁紧螺母和第二凸台间隙固定在凸起上。
进一步的,还包括微动开关,微动开关设置在支架上,当热双金属元件组受热变形推动驱动杆转动时,触发微动开关。
进一步的,驱动杆为“L”型,其靠近热双金属元件组活动端一侧设置向上的驱动杆凸起,驱动杆凸起位于热双金属元件组活动端的前方,驱动杆上设置旋转中心轴、驱动轴和拨动轴,旋转中心轴位于驱动轴和拨动轴之间,驱动杆通过旋转中心轴旋转连接在支架上,驱动轴和拨动轴能够在支架对应的槽中滑动,驱动轴连接滑块,拨动轴用于拨动微动开关上的微动开关拨杆,从而触发微动开关。
进一步的,驱动杆和支架之间设置能够提供弹力的扭簧,扭簧套接在旋转中心轴上。
本发明所述的塑壳断路器,包括基座和底板,还包括静触头、动触头、灭弧栅片、转轴、出线端导体和断路器机构,动触头固定在转轴上,断路器机构驱动转轴旋转,实现分合闸,出线端导体上设置有上述的热脱扣装置。
有益效果:本发明具有以下优点:(1)可以有足够的空间使用多片热金属元件并在一起,提供足够大的脱扣驱动力,保证脱扣可靠;(2)在确保电流保护能正确动作进行调整时,提供更方便的调节方式和更大的调节空间,能实现同一壳架电流不同电流档的调节;(3)滑块与拨杆可以把基座上的开孔封堵起来,保证主回路处在一个相对密闭的空间;(4)该装置安装在电子脱扣器的互感器空间,可以实现热脱扣方案与电子脱扣方案的互换;(5)该结构可以方便扩展功能,如加一个微动开关,使驱动杆在动作的过程中触发该微动开关即可提供热脱扣报警信号等;(6)结构简单,成本较低。
附图说明
图1是本实施方式中热脱扣装置在第一位置时的断路器剖视图;
图2是本实施方式中断路器下端的立体图;
图3是本实施方式中滑块的结构图;
图4是本实施方式中支架的结构图;
图5是本实施方式中拨杆和驱动杆的结构图;
图6是本实施方式中出线端导体的结构图;
图7是本实施方式中热脱扣装置在第一位置时的立体图一;
图8是本实施方式中热脱扣装置部分部件的爆炸图;
图9是本实施方式中热脱扣装置在第一位置时的立体图二;
图10是本实施方式中热脱扣装置在第二位置时的立体图一;
图11是本实施方式中热脱扣装置在第二位置时的立体图二;
图12是本实施方式中热脱扣装置在第二位置时的断路器剖视图;
图中:1.基座;2.底板;3.脱扣轴;4.拨杆;5.调节轴;6.滑板;7.支架;8.驱动杆;9.出线端导体;10.转轴;11.动触头;12.灭弧栅片;13.静触头;14.断路器机构;15.螺母;16.双金属元件组;17.扭簧;18.微动开关;19.锁紧螺母;20铆钉一;21.铆钉二;22.铆钉三;23.旋转中心轴;24.驱动轴;25.拨动轴;26.轴套一;27.轴套二;28.轴套三;60.滑块;3-1.凸台;5-1.第一槽;5-2.第一螺纹轴;5-3.第二凸台;5-4.圆轴;5-5.第二螺纹轴;6-1.导向槽一;6-2.导向槽二;6-3.驱动槽;6-4.导向铆接孔三;6-5.调节轴安装孔;6-6凸起;7-1.反力弹簧支撑一;7-2.导向槽三;7-3.让位槽一;7-4.让位槽二;7-5.孔;7-6.导向铆接孔一;7-7导向铆接孔三;7-8.第一侧壁安装孔;7-9.第二侧壁安装孔;7-11.第一侧壁;7-12.第二侧壁;7-13.第三侧壁;7-14.微动开关安装孔;8-1.驱动杆凸起;8-2.驱动杆旋转中心孔;8-3.驱动轴孔;8-4拨动轴孔;9-1.出线端导体侧壁一;9-2.出线端导体侧壁二;9-3.出线端导体前壁;9-4支架固定孔;9-5双金属元件组固定孔;17-1.扭簧动支脚;17-2.扭簧静支脚;18-1.微动开关拨杆;23-1.第一圆柱;23-2.第二圆柱;24-1.第三圆柱;24-2第四圆柱;24-3.第二槽;25-1.第五圆柱;25-2.第六圆柱。
具体实施方式
本实施方式中的断路器和热脱扣装置参见图1、图2所示,断路器可以是四极、三极、两极、单极,本实施例按三极断路器来说明。本实施例中左右的定义为,第一极所处位置为左,第三极所处位置为右,即在基座1与底板2形成独立的左右分布的三个空腔内分别设置为第一极至第三极的主回路导体。本实施例中上下的定义为,静触头13所处位置为上,出线端导体9所处位置为下,即静触头13、动触头11、出线端导体9的顺序自上向下组成断路器的每个极的主回路导体,静触头13向上延伸至空腔之外的上方,出线端导体9向下延伸至空腔之外的下方。本实施例中前后的定义为,断路器机构14所在位置为前,底板2所在位置为后,自后向前是按照底板2、主回路导体、基座1、断路器机构14的顺序排布。需要说明的是,本文中左右、前后、上下的定义仅仅是为了方便结合附图进行说明和理解,不构成对权利要求和实施方式的限制。
热双金属元件组是热脱扣装置设计中的核心,既要保证其有足够的变形量,又要保证其能够提供足够的驱动力。本实施例中的热脱扣装置为了实现上述目标,进行了创造性的结构设计,具体包括热双金属元件组16、支架7、驱动杆8、扭簧17、滑块60、拨杆4组成的。热脱扣装置所安装的位置时在断路器中在出线端导体9正前方且在底板2和基座1形成的空腔之内。断路器机构14刚性连接基座1,断路器机构14在脱扣轴3左右水平布置,脱扣轴3可绕自身轴心旋转,断路器机构14可以驱动转轴10旋转,实现分合闸,在断路器合闸状态时,其旋转可使断路器脱扣。在脱扣轴3的外壁上设置三个相同的凸台3-1,三个凸台3-1都沿着其直径方向向下延伸。本实施例通过位于三个凸台3-1前方的三个拨杆4中任意一个拨杆4向后方移动拨动对应的凸台3-1使脱扣轴3绕自身轴心旋转。
热双金属元件组,可以由单片或多片热双金属元件叠加组成,因为叠加,受热变形时能提供更大的驱动力。参见图7、图6所示,在基座1和底板2形成的其中任一个空腔内,热双金属元件组16是由一片或多片条形双金属材料构成,热双金属元件组16的长度方向是左右方向贴紧并一端固定连接在断路器的对应的极的出线端导体9的前表面9-3,热双金属元件组16受热的弯曲方向是前方;出线端导体左侧壁9-1和右侧壁9-2设置固定固定孔9-4,前壁9-3设置固定孔9-5。本实施例的结构设计能够支持多片热双金属元件叠加,现有装置的结构没有设计叠加方案,也没有预留叠加的可行性。
参见图7、图4所示,在基座1和底板2形成的其中任一个空腔内,支架7为类U型结构,由左侧壁7-11和右侧壁7-12和连接左右两个侧壁的位于热双金属元件组16下方或上方且位于出线端导体9前方的第三侧壁7-13组成,本实施例中以第三侧壁7-13在热金属元件组16下方为例说明;支架的左侧壁7-11上具有左侧壁安装孔7-8;支架的右侧壁7-12具有右侧壁安装孔7-9;支架的左侧壁7-11、右侧壁7-12分别通过左侧壁安装孔7-8和右侧壁安装孔7-9与出线端导体9上的固定孔9-4固定安装在断路器的出线端导体9的左侧壁9-1和右侧壁9-2上。支架7的第三侧壁7-3上有位于热双金属元件组16的前方且位于热双金属元件组16的固定端和自由端之间的孔7-5;在距离孔7-5有一距离处有扭簧支脚固定结构7-1,7-1可以是一个凸起也可以是一个孔,本实施例以7-1是孔铆接铆钉形成凸台为例;在左右方向远离孔7-5且靠近热双金属元件组固定端的方向有长度方向是前后方向的腰圆槽7-2,还有中心是驱动杆旋转中心孔7-5圆心的圆弧槽7-3,以及两个圆孔:导向铆接孔一7-6和导向铆接孔二7-7。
参见图7、图5所示,驱动杆8具有与支架第三侧壁7-13上的孔7-5对应的旋转中心孔8-2;驱动杆8自旋转中心8-2向左、右两端延伸:一端向热双金属元件组16自由端方向延伸的结构,再向后延伸,然后再向热双金属元件组16自由端的正前方延伸形成与热双金属元件组之间前、后方向有间隙,上下方向与热双金属元件组有重合的驱动杆凸起8-1;另一端向热双金属元件组16固定端的方向延伸,在这个方向上设置孔8-3,在圆弧槽7-3的限定范围内,驱动杆8可旋转运动。在驱动杆上还设置一个孔8-4,孔8-4绕旋转中心8-2旋转;
参见图7、图4、图3所示,滑块60是由滑板6、调节轴5、螺母19组成。滑板6有两个前后方向的分别对应导向铆接孔一7-6的腰圆槽——导向槽一6-1和对应导向铆接孔二7-7的腰圆槽——导向槽二6-2。还具有一个对应导向槽三7-2的导向孔6-4;参见图7、图3、图5所示,滑板6具有左右方向的对应驱动轴孔的腰圆槽驱动槽6-3,驱动槽6-3对应让位槽二7-3,其左右方向长度覆盖让位槽二7-3的左右方向长度;参见图3所示,滑板6的前部的上或下方延伸一凸台6-6,凸台6-6具有轴心是前后方向的调节轴安装孔6-5,该孔前后方向间隙的穿过一个前端带有第一螺纹轴5-2的调节轴5,第一螺纹轴5-2上设置用于方便拧动轴的第一槽5-1,调节轴5在凸台6-6的前方与第一螺纹轴5-2的后方之间有个比孔6-5直径大的第二凸台5-3,调节轴5在凸台6-6后方有第二螺纹轴5-5。调节轴安装孔6-5的部分是一个直径略小于孔6-5直径且前后方向长度略大于凸台6-6前后方向厚度的轴。调节轴5通过螺母19被与凸台间隙的固定,调节轴5可以绕自身轴心旋转,且不会前、后串动;调节轴5限制在凸台6-6之上绕其轴心旋转的结构不限于上述方案。
参见图3、图4、图7所示,铆钉一20穿过滑板6的导向槽一6-1和导向铆接孔一7-6、铆钉二21穿过滑板6的导向槽二6-2和导向铆接孔三7-7,同时铆钉三22穿过导向槽槽三7-2和导向铆接孔三6-4,间隙的把滑块60铆接在支架7上。滑块60被限制在支架7的第三侧壁7-13上,仅可以前、后方向滑动,滑块60滑到前端的极限位置定义为第一位置,滑块60滑到后端的极限位置定义为第二位置。滑块60的限制方案不仅限于上述描述的具体方法。
参见图8所示,轴套26、轴套27和轴套28是圆柱型,中心有贯穿的圆孔,轴套26和轴套28高度相同记为a,轴套27的高度加滑板6的厚度是a;旋转中心轴23由第二圆柱23-2和第一圆柱23-1组成,第一圆柱23-1直径大于驱动杆旋转中心孔8-2直径,第二圆柱23-2直径略小于驱动杆旋转中心孔8-2,驱动杆旋转中心孔8-2与孔7-5直径一样大;第二圆柱23-2高度略大于a加第三侧壁7-13厚度,记为b。驱动轴24由第三圆柱24-1和第四圆柱24-2组成,第四圆柱24-2上设置第二槽24-3,用于拧螺钉用,第四圆柱24-2直径大于驱动轴孔8-3直径,第三圆柱24-1直径略小于驱动轴孔8-3直径,让位槽一7-3略大于第三圆柱24-1的直径,第三圆柱24-1高度为b;拨动轴25由第五圆柱25-1和第六圆柱25-2组成,第六圆柱25-2直径大于让位槽二7-4,第五圆柱25-1直径小于让位槽二7-4且略小于拨动轴孔8-4,第五圆柱25-1高度为b;第二圆柱23-2、第三圆柱24-1、第五圆柱25-1中心均具有螺纹孔。参见图7、图8所示,扭簧17套在轴套一26上,旋转中心轴23依次间隙的穿过驱动杆旋转中心孔8-2、轴套一26、孔7-5,在第三侧壁7-13的一侧使用螺钉固定,扭簧17被限定在驱动杆8和支架7之间,扭簧静支脚17-2靠在反力弹簧支撑一7-1上;驱动轴24依次间隙的穿过让位槽一7-3、驱动槽6-3、轴套27、驱动轴孔8-3,在驱动杆的一侧使用螺钉固定;拨动轴25依次间隙的穿过让位槽二7-4、轴套28、拨动轴孔8-4,在驱动杆的一侧使用螺钉固定,过程中扭簧动支脚17-1靠在轴套28上,此时,扭簧17具有一个使滑块保持在第一位置上。此安装方式可以保证,驱动杆8将不会上下方向串动,驱动杆8与支架7、滑块60之间的安装配合方式不仅限于上述描述的具体方法。
参见图1、图2所示,在每一极的基座上开基座孔1-1,拨杆4和调节轴5从基座孔1-1中伸出,基座孔1-1的边沿限制了拨杆4的转动。基座孔1-1处,拨杆4通过螺纹孔4-1固定在轴5上的螺纹轴5-2上,拨杆4从调节轴5延伸至断路器机构脱扣轴的凸台3-1前方。通过旋转调节轴5可以调节拨杆4在前后方向的位置,从而调整拨杆与脱扣轴的凸台3-1之间的间隙,拨杆4在合适的位置使用螺母15并紧,从而确保电流保护能正确动作。
参见图7和图9所示,热双金属元件组16未接触驱动杆8之前的状态,扭簧力使驱动杆保持在第一位置上,从而使滑块保持在其第一位置上,参见图1所示此时拨杆4在脱扣轴凸台3-1的前方;参见图10、图11所示,热双金属元件组16向前热变形,驱动驱动杆凸起8-1使驱动杆8绕旋转中心孔8-2旋转,带动驱动轴24旋转驱动滑块60向后位移,带动拨杆4向后位移。再参见图12所示,拨杆4拨动对应的凸台3-1使脱扣轴3绕自身轴心旋转。断路器脱扣,切断过载电流。当双金属元件组16的温度降低,热变形恢复时,在扭簧17的作用下滑块60回复至第一位置。
参见图9、图11所示,在合适位置可以安装微动开关18,在第一位置时,拨动轴25不接触微动开关的拨杆18-1;当热双金属元件组热变形时,拨动轴25随驱动轴旋转,拨动微动开关拨杆18-1,使微动开关18触发,可以提供热脱扣报警信号。如不安装滑块60、拨杆4,可以实现过载报警不脱扣方案。
本实施例的热脱扣装置和断路器,特别适用于壳架等级大于1250A的大容量塑壳断路器及其热脱扣装置。