CN111312565A - 一种电磁脱扣器及断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁脱扣器及断路器，该电磁脱扣器包括铁芯组件、线圈、磁支架、静触头和接线板。铁芯组件包括空心管状结构的线圈骨架，以及设置于线圈骨架内的静铁芯、推杆、第一动铁芯和第二动铁芯，推杆上设有凸台单元，该凸台单元位于静铁芯和第一动铁芯之间，静铁芯和第一动铁芯之间设有第二反力弹簧，静铁芯和凸台单元之间设有第一反力弹簧，第一动铁芯和第二动铁芯之间设有第三反力弹簧。与现有技术相比，本发明实现了短路短延时保护和短路瞬时保护两种模式；在短路电流处于较低时，起到短路短延时保护的作用；在短路电流到达较高的数值后，起到短路瞬时保护作用；延时效果显著；增加了短路短延时保护范围的下限值。
Description
技术领域
本发明涉及断路器领域，尤其是涉及一种电磁脱扣器及断路器。
背景技术
电磁脱扣器是一种采用磁路保护的脱扣器，主要运用各类型的断路器中。
如公开号为CN207587668U的中国实用新型所公开的一种电磁脱扣器组件，该结构为目前市面上电磁脱扣器的最普遍结构：包括了线圈、一个动铁芯、一个静铁芯、推杆和恢复弹簧。当线圈内的短路电流到达脱扣电流后，动铁芯带动推杆伸长使得断路器的操作机构解锁，起到短路保护的作用。由此可知，该结构只有接通和断开两种模式。
选择性保护，是指两个或两个以上保护装置(包含断路器)的动作特性进行相互配合，当在某个指定范围内发生短路、接地或其他过流现象时，在这个范围内指定动作的装置进行动作以切除故障，而此范围外的装置不动作。也就是当低压配电系统中某一点发生过流故障时，配电的电气设备按照预先规定的动作顺序进行有选择的开断动作，绝对不允许越级脱扣。配电系统中的保护装置既要能够可靠切除故障，又要保证停电范围最小。
目前，低压配电系统选择性保护应用越来越多，如上文所述，市场上主流的采用电磁脱扣器结构的断路器都只具有两段保护功能，即过载保护和短路瞬时保护，选择性保护范围小，当短路电流达到一程度时，上下级同时跳闸仍会经常发生，造成大面积范围断电。因此市场上需要一种具有三段保护功能的断路器，即过载保护、短路短延时保护和短路瞬时保护。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电磁脱扣器及断路器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电磁脱扣器，包括铁芯组件、线圈、磁支架、静触头和接线板，所述的铁芯组件安装磁支架上，所述的线圈缠绕在铁芯组件外，所述的静触头连接线圈的一端，所述的接线板连接线圈的另一端，其特征在于，所述的铁芯组件包括空心管状结构的线圈骨架、推杆，以及依次设置于线圈骨架内的静铁芯、第一动铁芯和第二动铁芯，所述的静铁芯位于线圈骨架的一端部，所述的推杆一端穿过静铁芯后悬空，另一端依次穿过第一动铁芯和第二动铁芯，第一动铁芯和第二动铁芯均可沿着推杆滑动，所述的推杆上设有凸台单元，该凸台单元位于静铁芯和第一动铁芯之间，所述的静铁芯和第一动铁芯之间设有第二反力弹簧，所述的静铁芯和凸台单元之间设有第一反力弹簧，所述的第一动铁芯和第二动铁芯之间设有第三反力弹簧。
进一步地，所述的静铁芯包括互相连接的挡板和环形件，所述挡板的直径大于环形件的直径，挡板和环形件的连接处形成阶梯结构，用于和线圈骨架的端部互相嵌合，所述的挡板中央设有挡板轴孔用于穿过推杆，所述第一反力弹簧的一端插入环形件内，所述的第二反力弹簧的一端连接环形件的端部边缘。
进一步地，所述的第一动铁芯包括互相连接的第一滑动件、第一导向件，以及贯穿第一滑动件和第一导向件的第一导向轴孔，所述第一滑动件用于在线圈骨架的空腔内滑动，所述的第二反力弹簧的一端嵌套在第一导向件外圈，所述的第一导向轴孔用于穿过推杆，所述的第三反力弹簧的一端连接第一滑动件的端面。
进一步地，所述的第二动铁芯为一端开口的空心筒结构，该空心筒结构通过侧壁在线圈骨架的空腔内滑动，空心筒结构的底板，用于穿过推杆，所述第三反力弹簧的嵌套在推杆上，并且第三反力弹簧一端位于空心筒结构的开口内。
进一步地，所述的推杆包括第一连接杆和第二连接杆，所述的凸台单元设置在第一连接杆上，并且第一连接杆穿过第一动铁芯和第二动铁芯，所述的第二连接杆一端连接第一连接杆，另一端穿过第一动铁芯后悬空，并且悬空处设有机构解锁端部。
进一步地，当第一反力弹簧、第二反力弹簧和第三反力弹簧均处于正常安装时，静铁芯和凸台单元之间具有一段间隙，凸台单元和第一动铁芯之间具有一段间隙，第一动铁芯和第二动铁芯之间具有一段间隙，第二动铁芯位于线圈骨架的端部，推杆的悬空端回缩至线圈骨架的另一端处。
进一步地，所述的线圈缠绕在线圈骨架上后，第一动铁芯在线圈骨架内的移动相对位置均位于线圈内部。
进一步地，所述的线圈骨架上设有卡扣，用于连接磁支架。
一种断路器，在断路器内安装如上任一所述的电磁脱扣器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过重新设计具有两个动铁芯和三个反力弹簧的铁芯组件，当短路电流在较低一定范围内时，电磁脱扣器能够进行短路短延时动作，起到短路短延时保护的作用；当短路电流到达较高的数值后，电磁脱扣器能够进行短路瞬时动作，起到传统的短路瞬时保护作用。从而，本发明实现了接通、短延时断开和瞬时断开三种模式，更好地适用于选择性保护系统。
2、本发明在推杆上设置凸台单元；在实现短延时保护时，第一动铁芯首先沿着推杆滑动，当第一动铁芯接触凸台单元后，才能够带动推杆一起移动；同时，第一动铁芯的移动还通过第三反力弹簧带动第二动铁芯移动，第二动铁芯在电磁力的作用下克服第三反力弹簧的反推力，和第一动铁芯接触后形成整体共同推动推杆移动。由此，第一动铁芯接触凸台单元前移动的时间，加上第二动铁芯接触第一动铁芯前移动的时间，形成了其短延时的时间，使得延时效果显著。
3、本发明可以设置较小弹性系数的第二反力弹簧，通过较小的短路电流就能首先带动第一动铁芯首先移动，从而触发后续短延迟保护，增加了短路短延时保护范围的下限值。
附图说明
图1为本实施例的整体结构示意图。
图2为本实施例的剖视结构示意图。
图3为静铁芯的结构示意图。
图4为第一动铁芯的结构示意图。
图5为第二动铁芯的结构示意图。
图6为推杆的结构示意图。
图7为正常状态下铁芯组件的结构示意图。
图8为短延时保护状态下第一阶段铁芯组件的结构示意图。
图9为短延时保护状态下第二阶段铁芯组件的结构示意图。
图10为瞬时保护状态下铁芯组件的结构示意图。
附图标记：1、铁芯组件，101、线圈骨架，102、静铁芯，102a、挡板，102b、环形件，102c、挡板轴孔，103、推杆，103a、第一连接杆，103b、第二连接杆，103c、机构解锁端部，104、凸台单元，105、第一动铁芯，105a、第一滑动件，105b、第一导向杆，105c、第一导向轴孔，106、第二动铁芯，106a、第二导向轴孔，107、第一反力弹簧，108、第二反力弹簧，109、第三反力弹簧，2、线圈，3、磁支架，4、静触头，5、接线板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种电磁脱扣器，包括铁芯组件1、线圈2、磁支架3、静触头4和接线板5。铁芯组件1安装磁支架3上，线圈2缠绕在铁芯组件1外，静触头4焊接线圈2的一端，接线板5焊接线圈2的另一端。
如图2所示，铁芯组件1包括空心管状结构的线圈骨架101、推杆103，以及从右往左依次设置在线圈骨架101内的静铁芯102、第一动铁芯105和第二动铁芯106。铁芯组件1还包括第一反力弹簧107、第二反力弹簧108和第三反力弹簧109。静铁芯102位于线圈骨架101的最右端部。推杆103右端穿过静铁芯102后悬空，左端依次穿过第一动铁芯105和第二动铁芯106；并且第一动铁芯105和第二动铁芯106均和推杆103滑动连接，可沿着推杆103滑动。推杆103上设有环状的凸台单元104，该凸台单元104位于静铁芯102和第一动铁芯105之间。第二反力弹簧108设置在静铁芯102和第一动铁芯105之间，第一反力弹簧107设置在静铁芯102和凸台单元104之间，第三反力弹簧109设置在动铁芯和第二动铁芯106之间。同时三个反力弹簧均嵌套在推杆103上，第一反力弹簧107的直径小于第二反力弹簧108，因此，位于第二反力弹簧108的内部。
如图2和图3所示，静铁芯102包括互相连接的挡板102a和环形件102b。挡板102a的直径大于环形件102b的直径，挡板102a和环形件102b的连接处形成阶梯结构，用于和线圈骨架101的端部互相嵌合。具体地说，环形件102b嵌入线圈骨架101的右端，挡板102a起到限制的作用。在挡板102a中央设有挡板轴孔102c用于穿过推杆103。第一反力弹簧107的右端插入环形件102b内进行固定。第二反力弹簧108的右端连接环形件102b的端部边缘。
如图2和图4所示，第一动铁芯105包括互相连接的第一滑动件105a、第一导向件105b，以及贯穿第一滑动件105a和第一导向件105b的第一导向轴孔105c。第一导向轴孔105c用于穿过推杆103。第一滑动件105a通过外壁在线圈骨架101的空腔内滑动。第二反力弹簧108的左端嵌套在第一导向件105b外圈。第三反力弹簧109的右端抵住第一滑动件105a的一个侧面进行固定。在其他实施例中，第一滑动件105a的左端也可设置类导向件的部件，用于固定支撑第三反力弹簧109的右端。
如图2和图5所示，第二动铁芯106为一端开口的空心筒结构。该空心筒结构通过外侧壁在线圈骨架101的空腔内滑动。空心筒结构的底板上设有第二导向轴孔106a，用于穿过推杆103。第三反力弹簧109最左端位于空心筒结构的开口内进行固定。本实施例中，空心筒结构的深度大于第三反力弹簧109极限压缩的长度，使得第一动铁芯105和第二动铁芯106在压缩第三反力弹簧109后能互相合拢形成一个整体。
如图2和图6所示，推杆103包括第一连接杆103a和第二连接杆103b。第一连接杆103a的右端和第二连接杆103b的左端互相螺纹或者固定连接形成完整的推杆103。在第一连接杆103a的靠近右端处设置了环形的凸台单元104，左端穿过第一动铁芯105和第二动铁芯106。第二连接杆103b的最右端为推杆103的悬空端，并且设有机构解锁端部103c，该机构解锁端部103c为一个圆盘。第一反力弹簧107的左端固定连接凸台单元104。
本实施例中，在线圈2缠绕在线圈骨架101上后，第一动铁芯105在线圈骨架101内的移动相对位置均位于线圈2内部，使其对第一动铁芯105能够产生稳定的吸力。虽然第二动铁芯106距离线圈2较远，但由于第一反力弹簧107的设计弹性系数可大于第三反力弹簧109的设计弹性系数、第一动铁芯105和第二动铁芯106不同重量的设计，以及线圈2安装位置和匝数间距的设置，第一动铁芯105在接触凸台单元104后，第一动铁芯105和第二动铁芯106之间的靠拢会优先于第一动铁芯105带动凸台单元104向静铁芯102之间的靠拢。
本实施例的电磁脱扣器安装在某型号的断路器中。在断路器中具体有操作机构，用于控制静触头4和动触头的连通和断开，来控制电磁脱扣器的线圈2中的是否存在电流。
线圈骨架101上设有卡扣(图中未示出)，用于连接磁支架3。
本实施例的工作原理为：
当断路器所处线路中短路电流达到脱扣电流时，电磁脱扣器对第一动铁芯105产生的吸力能够克服部分第二反力弹簧108的力值，此时第一动铁芯105运动，当运动到接触凸台单元104时，此时第一动铁芯105无法完全克服第一反力弹簧107和第二反力弹簧108的力值，无法带动推杆103运动到一定位置，使断路器机构解锁；于此同时，电磁脱扣器对第二动铁芯106产生的吸力能够克服第三反力弹簧109的力值，第二动铁芯106开始运动，当第二动铁芯106和第一动铁芯105接触后，共同作用，克服第一反力弹簧107和第二反力弹簧108的力值，通过凸台单元104带动推杆103运动到一定位置，使断路器机构解锁，切断故障电流，从而起到短路短延时保护功能。
当断路器所处线路中短路电流达到一定值时，电磁脱扣器对第一动铁芯105产生的吸力能够克服第二反力弹簧108的力值，使第一动铁芯105运动，第一动铁芯105运动到凸台单元104位置时，也能够完全克服第一反力弹簧107和第二反力弹簧108的力值，带动推杆103继续移动到一定位置，使断路器机构解锁，切断故障电流，从而起到短路瞬时保护功能。
本实施例中由于采用第一反力弹簧107和第二反力弹簧108的设计，第一动铁芯105在运动接触凸台单元104前只需要克服的第一反力弹簧107力值的刚度系数，当第一动铁芯105运动到凸台单元104位置时，才需要同时克服第一反力弹簧107和第二反力弹簧108的力值，使断路器机构解锁。因此可以减小第二反力弹簧108的弹簧系数，使得短路电流较小时，电磁脱扣器产生的吸力也能够使第一动铁芯105运动。第一动铁芯105运动后会通过第三反力弹簧109带动第二动铁芯106运动，此实电磁脱扣器对第二动铁芯106的吸力进一步增加，会使其克服第三反力弹簧109的反力向第一动铁芯105靠拢。当第二动铁芯106和第一动铁芯105合拢后，电磁脱扣器对第二动铁芯106和第一动铁芯105的吸力进一步增加，从而实现在短路电流较小也能实现短路短延时保护，增加了短路短延时保护范围的下限值。
当第一反力弹簧107和第三反力弹簧109能够匹配时，此时第二反力弹簧108可以为力值极小，仅用于推杆103在瞬时脱扣后的复位作用。
本实施例的工作过程为：
一、正常状态：
如图7所示，此时线圈2中仅有正常工作电流通过，没有短路电流通过，第一反力弹簧107、第二反力弹簧108和第三反力弹簧109均处于正常安装状态时，静铁芯102和第一动铁芯105之间具有一段距离L1；第一动铁芯105和第二动铁芯106之间具有一段距离L2；第一动铁芯105和凸台单元104的距离为L3。第二动铁芯106位于线圈骨架101的最左端，推杆103的右侧悬空端回缩至线圈骨架101的最右端处。在正常工作电流下，第一动铁芯105和第二动铁芯106不会运动，推杆103不接触断路器中的操作机构。
二、短路短延时保护状态：
如图8和图9所示，当断路器中通过线圈的短路电流达到脱扣电流时，分为两个阶段：
在第一阶段中，电磁脱扣器产生自励磁场，同时静铁芯102、第一动铁芯105、第二动铁芯106被磁化。此时，推杆103在第一反力弹簧107的作用下保持不动，第一动铁芯105克服第二反力弹簧108的反力值，使得第一动铁芯105向右移动，直至接触凸台单元104。此时，第一动铁芯105受到第二反力弹簧108和加在推杆103上的第一反力弹簧107共同的作用力，第一动铁芯105无法完全克服两个反力弹簧的力值，仅能部分的带动推杆103发生位移ΔL1或者无法带动，此时推杆103行程ΔL1不足以使机构解锁。
在第二阶段中，由于第一动铁芯105的移动，以及在磁场力作用下，第二动铁芯106克服第三反力弹簧109的力值，开始向第一动铁芯105靠近，直到第二动铁芯106和第一动铁芯105接触后，共同克服第一反力弹簧107和第二反力弹簧108的力值，带动推杆103运动一段距离ΔL2，此时推杆103行程ΔL2能够使机构解锁，从而使线路断开，即使得断路器中动触头和静触头分开，切断故障电流。
综上，第二动铁芯106运动到与第一动铁芯105接触(移动距离L2)，及第一动铁芯105运动到与凸台单元104接触(移动距离L3)需要一段时间，从而使短路保护时产生了一定延时时间，起到短路短延时保护功能。
三、短路瞬时保护状态：
如图10所示，当断路器所处线路中短路电流达到较高的一定值时，第一动铁芯105还没有和第二动铁芯106接触，但是，此时，电磁脱扣器对第一动铁芯105产生的吸力已经足够大，能够使得第一动铁芯105瞬时开始运动，通过凸台单元104带动推杆103向右移动的距离ΔL2，此时推杆103行程ΔL2能够使机构解锁，从而使线路断开。因为无需等待第二动铁芯106运动到和第一动铁芯105接触的运动时间，只需短路电流达到足够大时，第一动铁芯105就可以瞬时开始运动，从而起到短路瞬时保护功能。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种电磁脱扣器，包括铁芯组件(1)、线圈(2)、磁支架(3)、静触头(4)和接线板(5)，所述的铁芯组件(1)安装磁支架(3)上，所述的线圈(2)缠绕在铁芯组件(1)外，所述的静触头(4)连接线圈(2)的一端，所述的接线板(5)连接线圈(2)的另一端，其特征在于，所述的铁芯组件(1)包括空心管状结构的线圈骨架(101)、推杆(103)，以及依次设置于线圈骨架(101)内的静铁芯(102)、第一动铁芯(105)和第二动铁芯(106)，所述的静铁芯(102)位于线圈骨架(101)的一端部，所述的推杆(103)一端穿过静铁芯(102)后悬空，另一端依次穿过第一动铁芯(105)和第二动铁芯(106)，第一动铁芯(105)和第二动铁芯(106)均可沿着推杆(103)滑动，所述的推杆(103)上设有凸台单元(104)，该凸台单元(104)位于静铁芯(102)和第一动铁芯(105)之间，所述的静铁芯(102)和第一动铁芯(105)之间设有第二反力弹簧(108)，所述的静铁芯(102)和凸台单元(104)之间设有第一反力弹簧(107)，所述的第一动铁芯(105)和第二动铁芯(106)之间设有第三反力弹簧(109)。
2.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，所述的静铁芯(102)包括互相连接的挡板(102a)和环形件(102b)，所述挡板(102a)的直径大于环形件(102b)的直径，挡板(102a)和环形件(102b)的连接处形成阶梯结构，用于和线圈骨架(101)的端部互相嵌合，所述的挡板(102a)中央设有挡板轴孔(102c)用于穿过推杆(103)，所述第一反力弹簧(107)的一端插入环形件(102b)内，所述的第二反力弹簧(108)的一端连接环形件(102b)的端部边缘。
3.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，所述的第一动铁芯(105)包括互相连接的第一滑动件(105a)、第一导向件(105b)，以及贯穿第一滑动件(105a)和第一导向件(105b)的第一导向轴孔(105c)，所述第一滑动件(105a)用于在线圈骨架(101)的空腔内滑动，所述的第二反力弹簧(108)的一端嵌套在第一导向件(105b)外圈，所述的第一导向轴孔(105c)用于穿过推杆(103)，所述的第三反力弹簧(109)的一端连接第一滑动件(105a)的端面。
4.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，所述的第二动铁芯(106)为一端开口的空心筒结构，该空心筒结构通过侧壁在线圈骨架(101)的空腔内滑动，空心筒结构的底板上设有第二导向轴孔(106a)，用于穿过推杆(103)，所述第三反力弹簧(109)的嵌套在推杆(103)上，并且第三反力弹簧(109)一端位于空心筒结构的开口内。
5.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，所述的推杆(103)包括第一连接杆(103a)和第二连接杆(103b)，所述的凸台单元(104)设置在第一连接杆(103a)上，并且第一连接杆(103a)穿过第一动铁芯(105)和第二动铁芯(106)，所述的第二连接杆(103b)一端连接第一连接杆(103a)，另一端穿过第一动铁芯(105)后悬空，并且悬空处设有机构解锁端部(103c)。
6.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，当第一反力弹簧(107)、第二反力弹簧(108)和第三反力弹簧(109)均处于正常安装时，静铁芯(102)和凸台单元(104)之间具有一段间隙，凸台单元(104)和第一动铁芯(105)之间具有一段间隙，第一动铁芯(105)和第二动铁芯(106)之间具有一段间隙，第二动铁芯(106)位于线圈骨架(101)的端部，推杆(103)的悬空端回缩至线圈骨架(101)的另一端处。
7.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，所述的线圈(2)缠绕在线圈骨架(101)上后，第一动铁芯(105)在线圈骨架(101)内的移动相对位置均位于线圈(2)内部。
8.根据权利要求1所述的一种电磁脱扣器，其特征在于，所述的线圈骨架(101)上设有卡扣，用于连接磁支架(3)。
9.一种断路器，其特征在于，在断路器内安装如权利要求1～8任一所述的电磁脱扣器。
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