CN114823189A - 一种开关电器的触头灭弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种开关电器的触头灭弧装置，包括动触头，静触头，灭弧装置，动触头和静触头附近具有各自的引弧装置，导引电弧进入灭弧装置。灭弧装置具有至少两个灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，灭弧区域通过中间引弧装置形成桥接，以便电弧连续切割；至少一个灭弧区域靠近动触头和静触头之间产生的电弧形成前置灭弧区域；至少一个灭弧区域相对远离动触头和静触头之间产生的电弧形成扩展灭弧区域；前置灭弧区域与扩展灭弧区域之间通过过渡引弧装置桥接，使进入灭弧装置的电弧在两个灭弧区域形成串联，增加了切割电弧的金属栅片数量，提高开断电弧的近极压降，提高电器开关的分断能力。

Description

一种开关电器的触头灭弧装置

技术领域

本发明涉及一种开关电器，尤其是具有高电压、高分断能力的开关电器。

背景技术

随着光伏、风电、储能、电动汽车充电等新能源、节能应用的日益广泛，高电压、高分断的交流和直流开关电器的应用也越来越多。随着用电容量的日益增长，交直流系统的电压也越来越高，这给开关电器的安全开断带来了不小的挑战。

目前国内外交直流开关电器开断灭弧，仍以栅片式灭弧室为主，该方法主要通过电弧切割灭弧室金属栅片形成串联的电弧近极压降，熄弧。随着交直流开关电器额定电压的增加，可以通过增大灭弧室来增加金属栅片数量，来实现电弧近极压降的提高，这种方式往往会使灭弧室的体积不断增加，增加开关电器的空间和成本，不利于产品的小型化。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术不足，提供小型化、低成本可拓展的开关电器触头灭弧系统，提升开关电器的分断能力和可靠性，满足直流电压至1500VDC和交流电压至1140VAC的应用需要。

为了实现上述技术目的，本发明的一种开关电器的触头灭弧装置，包括动触头，静触头，灭弧装置；动触头与静触头闭合时，电路接通；动触头与静触头断开时，触头之间产生电弧并进入灭弧装置，电弧在灭弧装置中熄灭，电路断开；动触头和静触头附近具有各自的引弧装置，导引电弧进入灭弧装置；所述灭弧装置具有至少两个灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，灭弧区域通过中间引弧装置形成桥接，以便电弧连续切割；至少一个灭弧区域靠近动触头和静触头之间产生的电弧形成前置灭弧区域；至少一个灭弧区域相对远离动触头和静触头之间产生的电弧形成扩展灭弧区域；前置灭弧区域与扩展灭弧区域之间通过过渡引弧装置桥接，使进入灭弧装置的电弧在两个灭弧区域形成串联。

进一步的，所述过渡引弧装置包括电弧转移板、引弧导轨和引弧末端，电弧转移板位于前置灭弧区域，引弧末端位于扩展灭弧区域的端部，引弧导轨电气连接电弧转移板和引弧末端；所述电弧经过前置灭弧区域后再进入扩展灭弧区域。

进一步的，所述过渡引弧装置具有两个，两个电弧转移板与前置灭弧区域中的其他栅片一起形成堆叠，两个引弧末端分别位于扩展引弧装置栅片堆叠的两端，形成两个电极；所述两个电弧转移板之间具有间隙，使得间隙中的电弧弧柱被引导进扩展灭弧区域；间隙也形成了前置灭弧区域气体流向扩展灭弧区域的通道。

本发明的另一方案中，所述过渡引弧装置的电弧转移板位于触头侧引弧装置与前置灭弧区域的任一栅片之间，并与前置灭弧区域中的其他栅片一起形成堆叠；所述引弧末端位于扩展引弧区域的一端，与扩展引弧区域另一端的触头侧引弧装置形成扩展灭弧区域的两个电极；所述电弧转移板与触头侧引弧装置之间具有间隙，使得间隙中的电弧弧柱被引导进扩展灭弧区域；间隙也形成了前置灭弧区域气体流向扩展灭弧区域的通道。

进一步的，所述过渡引弧装置的引弧导轨和引弧末端形成了前置灭弧区域两端排气通道的引导。

进一步的，所述每个灭弧区域中的金属栅片以触头分断的上下方向堆叠布置。

进一步的，本发明的另一方案中，所述每个灭弧区域中的金属栅片堆叠方向垂直于触头分断方向，所述触头侧引弧装置具有90度的折弯部分，使得动、静触头之间的电弧偏转90度后进入前置灭弧区域。

进一步的，本发明的另一方案中，所述扩展灭弧区域位于前置灭弧区域的一侧，所述动、静触头间的电弧沿电弧总体运动方向进入前置灭弧区域，部分弧柱的运动方向偏转90度后进入扩展灭弧区域。

进一步的，本发明的另一方案中，所述扩展灭弧区域具有至少两个栅片堆叠的区域，过渡引弧装置的数量是扩展灭弧区域的两倍，所述多个过渡引弧装置的电弧转移板在触头分断方向上堆叠，形成所述前置灭弧区域；所述过渡引弧装置的电弧转移板具有呈U形的转移区和切割区，转移区之间形成的弧柱被所述引弧导轨引导进入扩展灭弧区域。

进一步的，所述与堆叠的电弧转移板电气连接的引弧末端，同时按照多个扩展灭弧区域的堆叠次序和扩展灭弧区域内部栅片堆叠方向的上下端部的排列次序，从上到下依次深入对应扩展灭弧区域栅片堆叠方向的两端，使得所述引弧末端和引弧导轨上的电流形成的磁场帮助电弧在扩展引弧区域内拉长扩张。

本发明的有益效果一，采用中间引弧装置桥接多个灭弧栅片组，大幅增加灭弧室栅片数量，在不增加灭弧室体积和成本的前提下，增加电弧切割金属栅片数量，提高开断电弧的近极压降，提高电器开关的分断能力。

本发明的有益效果二，中间引弧装置桥接的灭弧装置扩展方式，能因应使用场合电压电流的差异，增加或减少桥接灭弧栅片的数量，部署调整灵活，有效控制成本。

附图说明

图1为本发明开关电器的灭弧装置的示意图

图2a为本发明开关电器的灭弧装置第一实施例的示意图

图2b、2c为本发明开关电器的灭弧装置第一实施例电弧及气流运动的示意图

图2d为本发明开关电器的灭弧装置第一实施例过渡引弧装置的示意图

图3a为本发明开关电器的灭弧装置第二实施例的示意图

图3b、3c为本发明开关电器的灭弧装置第二实施例电弧及气流运动的示意图

图4a为本发明开关电器的灭弧装置第三实施例的示意图

图4b、4c为本发明开关电器的灭弧装置第三实施例电弧及气流运动的示意图

图5a为本发明开关电器的灭弧装置第四实施例的示意图

图5b、5c为本发明开关电器的灭弧装置第四实施例电弧及气流运动的示意图

图6为本发明开关电器的灭弧装置第五实施例的示意图

图7为本发明开关电器的灭弧装置第六实施例的示意图

图8a为本发明开关电器的灭弧装置第七实施例的示意图

图8b为本发明开关电器的灭弧装置第七实施例过渡引弧装置的示意图

图9为本发明开关电器的灭弧装置第八实施例的示意图

图10为本发明开关电器的灭弧装置第九实施例的示意图

图11为本发明开关电器的灭弧装置第十实施例的示意图

图12为本发明开关电器的灭弧装置第十一实施例的示意图

图13a为本发明开关电器的灭弧装置第十二实施例的示意图

图13b为本发明开关电器的灭弧装置第十二实施例另一视角的示意图

图13c为本发明开关电器的灭弧装置第十二实施例侧面示意图

图13d、13e为本发明开关电器的灭弧装置第十二实施例侧视图

图13f为本发明开关电器的灭弧装置第十二实施例过渡引装置的示意图

图14为本发明开关电器的灭弧装置第十三实施例侧视图

具体实施方式

如附图1开关电器的灭弧装置，包括灭弧装置1、动触头8、静触头9。当动触头8与静触头9闭合，电路接通。当动触头8与静触头8断开，触头之间产生电弧7并进入灭弧装置1，电弧在灭弧装置1中熄灭，电路断开。

静触头9附近具有静触头侧引弧装置，并且与静触头9电气上连通；动触头8在分断位置附近也具有动触头侧引弧装置。当分断电路时，动触头8和静触头9上的电弧电弧弧根分别转移到动触头侧引弧装置和静触头侧引弧装置上，避免了动触头8和静触头9的烧蚀。

灭弧室1内金属栅片以一定的方式堆叠，形成切割电弧，使长弧变成短弧，利用近极压降，使得电弧电压迅速增长，电弧电压大于电源电压时，电弧不能维持直至熄灭。灭弧装置1在整个灭弧过程中，由栅片厚度和栅片间距离的设计，使得每片栅片的近极压降在15～30V，所以栅片的数量将起至关重要的作用。现有的灭弧装置中，采用一个灭弧空间的设计，难以多布置栅片来提供整体的近极电压。本发明中提供了这样的灭弧装置，其内部具有至少两个灭弧区域，并且至少具有一个前置灭弧区域和一个扩展灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，灭弧区域通过中间引弧装置形成串联，使得多个灭弧区域的电弧形成连续的切割。

为了更好理解本发明的原理，定义空间方向，电弧运动的总体方向从前向后；电弧在触头系统上的拉长方向，即触头分断方向为从下向上；以电弧总体前进方向为视线，定义两侧为左右。需要指出的是，本发明提到的前置灭弧区域是指靠近触头系统的灭弧区域，扩展灭弧区域指相对远离触头系统的灭弧区域。

如图2a和图2d所示的本发明第一实施例，触头灭弧装置包括灭弧装置1、动触头8、静触头9。灭弧装置1包括前置灭弧区域113，扩展灭弧区域118，两个灭弧区域中的栅片以触头分断的方向上下堆叠，以电弧运动方向来看，前置灭弧区域113位于扩展灭弧区域118的前面。上、下两个过渡引弧装置116从前置灭弧区域113中延伸向扩展灭弧区域118，其中上过渡引弧装置116延伸到扩展灭弧区域118的顶部，下过渡引弧装置116延伸到扩展灭弧区域的118的底部，具体来说，过渡引弧装置116的电弧转移板116a位于前置灭弧区域113中成为堆叠的一片灭弧栅片，引弧栅片116c则位于扩展灭弧区域118的顶部，形成具有引弧作用的灭弧栅片，通过引弧导轨116b把电弧转移板116a和引弧栅片116c电连接；另一过渡引弧装置116的电弧转移板116a也位于前置灭弧区域113中成为堆叠的一片灭弧栅片，引弧栅片116c则位于扩展灭弧区域118的底部，引弧栅片116c也可以称之为引弧末端。这样两片过渡引弧装置116从前置灭弧区域113中延伸出来，三面包围扩展灭弧区域118。另外，两片过渡引弧装置116之间的间隙构成了前置灭弧区域113电弧运动通道和气流运动通道。

如图2a中，两片过渡引弧装置116之间的间隙也可以布置灭弧栅片115，图中仅布置了一片，作为本发明的扩展方案也可以布置多片。需要说明的是，在上过渡引弧装置116的上部还设有气流通道，用于前置灭弧区域113上部的气流泄放，在下过渡引弧装置116的下部还设有气流通道，用于前置灭弧区域113下部的气流泄放，而扩展灭弧区域118的气流则顺着电弧运动方向泄放。另外，与静触头电连接的静触头侧引弧装置112位于前置灭弧区域113的最下面，动触头侧引弧装置111位于前置灭弧区域111的最上面，弧角以折弯的方式靠近动触头。因此在空间位置上来看，前置灭弧区域113按触头分断方向，从下到上依次为：静触头侧引弧装置112、部分堆叠的灭弧栅片，下电弧转移板、上电弧转移板、部分堆叠的灭弧栅片、动触头侧引弧装置121；扩展灭弧区域128按触头分断方向，从下到上依次为：下引弧栅片126c、下堆叠的灭弧栅片、上引弧栅片126c。

如图2b和2c来说明第一实施例的电弧运动原理和气流运动方式。当动触头8和静触头9分断时，电弧7在动静触头之间产生，由于电弧在自吹、气吹等作用下向前置灭弧区域113运动，静触头9上的弧根先转移到静触头侧引弧装置112上，电弧7不断拉长，电弧先击穿靠近静触头侧引弧装置112的灭弧栅片，然后向上逐一击穿灭弧栅片。当动触头运动到靠近动触头侧引弧装置111附近时，动触头上的弧根转移到动触头侧引弧装置111，这样前置灭弧区域113中的灭弧栅片全部击穿。由于两片过渡引弧装置116之间的间隙连通至扩展灭弧区域118，因此间隙中的弧柱向扩展灭弧区域118运动，而此时过渡引弧装置116上的电流方向都是帮助该部分弧柱向扩展灭弧区域118运动，直至完全进入并击穿扩展灭弧区域118中的所有灭弧栅片，这样，前置灭弧区域113和扩展灭弧区域118中的电弧形成了电气上的串联，有利于提高整体电弧电压，帮助熄灭电弧。另外，图3b中用空心箭头示出了气流的运动方向，本方案中前置灭弧区域113的气流具有三个气流通道，其中两个通道分别位于顶部和底部，由过渡引弧装置116、前置引弧区域113和灭弧室绝缘壳体(未画出)共同形成着两个通道，另一个通道位于两片过渡引弧装置116之间的间隙，并连通至扩展灭弧区域118，直至把气体排出灭弧装置外。本实施例中，两个灭弧区域中的电弧形成串联，各排气通道帮助电弧产生的高温气体排放。需要指出的是，扩展灭弧区域118可以看作为前置灭弧区域113中部分灭弧区的扩展部分，通过把部分灭弧栅片之间的电弧通过引弧装置的转移扩展，把这部分电弧引导进其他的灭弧区域(如本实施例中的后部引弧装置118)，进而在其他灭弧区域中切割并拉长，达到提高弧柱电压的目的。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱弧在进入扩展灭弧区域。

如图3a所示本发明第二实施例，触头灭弧装置包括灭弧装置1、动触头8、静触头9。灭弧装置1包括前置灭弧区域123，扩展灭弧区域128，两个灭弧区域中的栅片以触头分断的方向堆叠，以电弧运动方向来看，前置灭弧区域123位于扩展灭弧区域128的前面。过渡引弧装置126从前置灭弧区域123的底部延伸向扩展灭弧区域128顶部，具体来说，电弧转移板126a位于前置灭弧区域123的下部，引弧栅片126c位于扩展灭弧区域128顶部，通过引弧导轨126b把电弧转移板126a和引弧栅片126c电连接,引弧栅片126c也可以称之为引弧末端。另外，静触头侧引弧装置122在触头分断方向上位于过渡引弧装置126的下部，两者之间形成间隙，使得电弧转移班126a成为前置灭弧区域123中的一片切割栅片。另外静触头侧引弧装置122还延伸至扩展灭弧区域128，并位于扩展灭弧区域128的最下端，形成电极。因此在空间位置上来看，前置灭弧区域123按触头分断方向，从下到上依次为：静触头侧引弧装置122、电弧转移板126a、堆叠的灭弧栅片、动触头侧引弧装置121；扩展灭弧区域128按触头分断方向，从下到上依次为：静触头侧引弧装置122、堆叠的灭弧栅片、引弧栅片126c。

如图3b和3c来说明第一实施例的电弧运动原理和气流运动方式。当动触头8和静触头9分断时，电弧7在动静触头之间产生，由于电弧在自吹、气吹等作用下向前置灭弧区域123运动，静触头9上的弧根先转移到静触头侧引弧装置122上，电弧7不断拉长，电弧先击穿电弧转移板126a，然后向上逐一击穿灭弧栅片。当动触头运动到靠近动触头侧引弧装置111附近时，动触头上的弧根转移到动触头侧引弧装置121，这样前置灭弧区域123中的灭弧栅片全部击穿。由于静触头侧引弧装置122与电弧转移板126a之间的间隙连通至扩展灭弧区域128，因此间隙中的弧柱向扩展灭弧区域128运动，而此时过渡引弧装置126和静触头侧引弧装置122上的电流方向都是帮助该部分弧柱向扩展灭弧区域128运动，直至完全进入并击穿扩展灭弧区域128中的所有灭弧栅片，这样，前置灭弧区域123和扩展灭弧区域128中的电弧形成了电气上的串联，有利于提高整体电弧电压，帮助熄灭电弧。另外，图3b中用空心箭头示出了气流的运动方向，本方案中前置灭弧区域123的气流具有两个气流通道，其中一个通道分别位于顶部，由过渡引弧装置126、前置引弧区域123和灭弧室绝缘壳体(未画出)共同形成着通道，另一个通道位于过渡引弧装置126和静触头侧引弧装置122之间，并连通至扩展灭弧区域128，直至把气体排出灭弧装置外。本实施例中，两个灭弧区域中的电弧形成串联，各排气通道帮助电弧产生的高温气体排放。需要指出的是，扩展灭弧区域128可以看作为前置灭弧区域123中部分灭弧区的扩展部分，通过把部分灭弧栅片之间的电弧通过引弧装置的转移扩展，把这部分电弧引导进其他的灭弧区域(如本实施例中的后部引弧装置128)，进而在其他灭弧区域中切割并拉长，达到提高弧柱电压的目的。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱弧在进入扩展灭弧区域。

如图4a、4b、4c所示本发明第三实施例，可以看作为第二实施例的一种拓展结构，其区别主要在于，动触头侧引弧装置131延伸至扩展灭弧区域138，静触头侧引弧装置132仅布置到前置灭弧区域133，过渡引弧装置136的电弧转移板136a,位于前置灭弧区域133中堆叠灭弧栅片的最上部，并位于动触头侧引弧装置131的下面形成间隙，引弧栅片136c位于扩展灭弧区域138中堆叠灭弧栅片的最下部,引弧栅片136c也可以称之为引弧末端。从电弧运动原理和气流运动方式来看，区别在于，本实施例的中前置灭弧区域133的上部间隙与扩展灭弧区域138形成连通。结合第二实施例，不难理解本实施例的方式，不再赘述。

如图5a、5b、5c所示本发明第四实施例，可以看作为第一实施例的一种拓展结构，其区别主要在于，前置灭弧区域143和扩展灭弧区域148的栅片堆叠方式以弧形结构方向排列，有利于电弧的拉长。另外，前置灭弧区域143的弧形栅片堆叠方式使得最上面一片栅片靠近在分断位置的动触头8，因此可以省略动触头侧引弧装置。结合第一实施例，不难理解本实施例的电弧运动原理和气流运动方式，不再赘述。

如图6所示的本发明第五实施例，可以看作为第一实施例的一种拓展形式，主要是在第一实施例扩展灭弧区域的电弧后端增加次级扩展灭弧区域，增加切割电弧的栅片，分断能力进一步提高，这样形成了三级灭弧区域。。当然这里仅列出了第一实施例的扩展形式，本领域技术人员可以通过等同替换方式，采用第五实施例的原理制作出第二、三、四实施例的拓展结构。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱再进入扩展灭弧区域，扩展灭弧区域总的部分弧柱最终进入次级灭弧区域。

如图7所示的本发明第六实施例，灭弧装置1包括前置灭弧区域213，扩展灭弧区域218，两个灭弧区域中的栅片以大致同时垂直于触头分断方向和电弧整体运动方向的方方向堆叠，或者看作图1中左右方向堆叠。以电弧运动方向来看，前置灭弧区域213位于扩展灭弧区域218的前面。左右(参照图1的左右方向)两个过渡引弧装置216从前置灭弧区域213中延伸向扩展灭弧区域218，其中右过渡引弧装置216延伸到扩展灭弧区域218的右端，左过渡引弧装置216延伸到扩展灭弧区域的218的左部，具体来说，右过渡引弧装置216的电弧转移板216a位于前置灭弧区域213中成为堆叠的一片灭弧栅片，引弧栅片216c则位于扩展灭弧区域218的右端，形成具有引弧作用的灭弧栅片，通过引弧导轨216b把电弧转移板216a和引弧栅片216c电连接；左过渡引弧装置216的电弧转移板216a也位于前置灭弧区域213中成为堆叠的一片灭弧栅片，引弧栅片216c则位于扩展灭弧区域118的左端,引弧栅片216c也可以称之为引弧末端。这样两片过渡引弧装置216从前置灭弧区域213中延伸出来，三面包围扩展灭弧区域218。另外，两片过渡引弧装置216之间的间隙构成了前置灭弧区域213电弧运动通道和气流运动通道。

需要说明的是，在右过渡引弧装置216的右部还设有气流通道，用于前置灭弧区域213上部的气流泄放，在左过渡引弧装置216的左部还设有气流通道，用于前置灭弧区域213左部的气流泄放，而扩展灭弧区域218的气流则顺着电弧运动方向泄放。另外，与静触头电连接的静触头侧引弧装置212通过90度折弯的方式部分位于前置灭弧区域213的最左侧；动触头侧引弧装置211通过90度折弯的方式位于前置灭弧区域111的最右面，其弧角还以折弯的方式靠近动触头。因此在空间位置上来看，前置灭弧区域213按堆叠方向，从左到右依次为：静触头侧引弧装置212、部分堆叠的灭弧栅片，左电弧转移板、右电弧转移板、部分堆叠的灭弧栅片、动触头侧引弧装置211；扩展灭弧区域218按堆叠方向，从下到上依次为：左引弧栅片216c、下堆叠的灭弧栅片、右引弧栅片216c。

本实施例的的电弧运动原理和气流运动方式可以参考第一实施例，所不同的是，由于栅片堆叠方向的不同，以及静触头侧引弧装置212和动触头侧引弧装置211的90度折弯，使得动静触头上的电弧7在旋转了90后进入前置灭弧区域213。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱再进入扩展灭弧区域。

如图8a和8b所示的本发明第七实施例，该实施例的前置灭弧区域223、静触头侧引弧装置222和动触头侧引弧装置221参考图7第六实施例，不同点在于扩展灭弧区域228中栅片的堆叠方向于触头分断方向相同，如实施例一中的扩展灭弧区域118,因此前置灭弧区域223与扩展灭弧区域228中栅片的堆叠方向垂直；过渡引弧装置226的电弧转移板226a位于前置灭弧区域223中成为堆叠的一片栅片，在宽度方向的两侧各具有一个引弧部延伸，分别延伸进扩展灭弧区域228的顶部和顶部，本实施例中列举了引弧针226c方式作为引弧部,该引弧部也可以称之为引弧末端。本实施例中静触头侧引弧装置222和动触头侧引弧装置221如实施例六具有90度折弯，使得动静触头上的电弧7在旋转90度后进入前置灭弧区域223，但通过过渡引弧装置226及其引弧针226c的设置，使得电弧7再次旋转90度进入扩展灭弧区域228。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱再进入扩展灭弧区域。

如图9所示的本发明第八实施例，对比图2a至2c的实施例一，主要区别在于，从空间位置来看，扩展灭弧区域318位于前置灭弧区域313的右侧(如图1所示的空间位置)，因此过渡引弧装置316也从前置灭弧区域313中向右延伸到扩展灭弧区域318。当动触头8和静触头9分断时，电弧7进入前置灭弧区域313，该灭弧区域的高温气体沿电弧7进入的方向直接通过与前置灭弧区域313连通的气体通道排放；在过渡引弧装置316之间的弧柱旋转90后向右进入扩展灭弧区域318，产生的高温气体经过连通的气体通道排放。需要指出的是，可以通过增加引弧磁体帮助前置灭弧区域313的电弧旋转90后进入扩展灭弧区域318。

如图10所示的本发明第九实施例，作为第八实施例的拓展结构，前置灭弧区域323的左右两侧各具有一个扩展灭弧区域328，过渡引弧装置326的电弧转移板作为前置灭弧区域323中堆叠的一片栅片，电弧转移板的左右两侧对称设置有引弧栅片通过引弧导轨分别进入各自的扩展灭弧区域328，本实施例同样可以通过增加一定的永磁体帮助前置灭弧区域313的电弧旋转90后进入扩展灭弧区域318，并且由于对称设置，因此可以在无关电流极性的直流电源系统中应用，即在任一直流极性接线方式中，前置灭弧区域323与一个扩展灭弧区域328参与熄灭电弧。如图11所示的本发明第十实施例，则结合了第一实施例和第九实施例，形成了次级扩展灭弧区域，增加切割电弧的栅片，分断能力进一步提高，这样形成了三级灭弧区域。不同于图6第五实施例的前置灭弧区域、扩展灭弧区域和次级扩展灭弧区域完全顺着电弧自然运动和气流运动的方式，本实施例中电弧要经过两次的90度偏转，需要采用引弧磁体帮助实现。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱再进入扩展灭弧区域，扩展灭弧区域总的部分弧柱最终进入次级灭弧区域。

如图12所示的本发明的第十一实施例，作为第一实施例的拓展形式，把灭弧装置1旋转了90度，即前置灭弧区域333和扩展灭弧区域338中的栅片沿图1中的前后方向堆叠(不考虑图1电弧的运动方向，仅借用前后方向)，动、静触头分断时，静触头9的弧根转移到静触头侧引弧装置332，其上设有90度的折弯部分并深入前置灭弧区域的最后端；动触头8上的弧根转移到前置灭弧区域338最前端的一片栅片上，因此不需要设置动触头侧引弧装置。本实施例中，动、静触头上的电弧7进入前置灭弧区域333后偏转了90度，可以通过增加引弧磁体来改善电弧的运动方向，并设置触头分断方向的气流通道，帮助改善气体运动的方向和气吹效果。

如图13a、13b、13c和13f所示的本发明的第十二实施例，灭弧装置1包括动触头侧引弧装置411、静触头侧引弧装置412，过渡引弧装置包括成对的第一上过渡引弧装置413a、第一下过渡引弧装置413b；成对的第二上过渡引弧装置414a、第二下过渡引弧装置414b；成对的第三上过渡引弧装置416a、第三下过渡引弧装置416b；三个扩展灭弧区域418a、418b、418c在左右方向上堆叠布置，各自灭弧栅片以触头分断方向堆叠。每个过渡引弧装置均具有电弧转移板、引弧导轨和引弧末端，以第三上过渡引弧装置416a为例具有电弧转移板416a1，引弧导轨416a2和引弧针416a3(也可设置板状结构)，各对过渡引弧装置的区别在引弧导轨的长度不同，其中第一上过渡引弧装置413a和第一下过渡引弧装置413b具有相同引弧导轨长度；第二上过渡引弧装置414a和第二下过渡引弧装置414b具有相同的引弧导轨长度；第三上过渡引弧装置416a和第三下过渡引弧装置416b具有相同的引弧导轨长度。另外，引弧针也可以称之为引弧末端。

所有过渡引弧装置的电弧转移板在触头分断方向上堆叠形成前置灭弧区域，从上到下依次堆叠次序为：第一上过渡引弧装置413a、第二上过渡引弧装置414a、第三上过渡引弧装置416a、第三下过渡引弧装置416b、第二下过渡引弧装置414b、第一下过渡引弧装置413b等六个引弧装置的电弧转移板。另外，动触头侧引弧装置411位于第一上过渡引弧装置413a的电弧转移板的上方，静触头侧引弧装置412位于第一下过渡引弧装置413b的下方，以便形成前置灭弧区域的两个电极。各个引弧装置的引弧末端分别进入扩展灭弧区域的不同上下端部(参照栅片堆叠方向)，其中，第一上过渡引弧装置413a的引弧末端深入第一扩展灭弧区域418a的最上端，第二上过渡引弧装置414a的引弧末端深入第一扩展灭弧区域418a的最下端；第三上过渡引弧装置416a的引弧末端深入第二扩展灭弧区域418b的最上端，第三下过渡引弧装置416b的引弧末端深入第二扩展灭弧区域418b的最下端；第二下过渡引弧装置414b的引弧末端深入第三扩展灭弧区域418c的最上端，第一下过渡引弧装置413b的引弧末端深入第三扩展灭弧区域418c的最下端，以便形成三个扩展灭弧区域与前置灭弧区域的串联。另外，每个电弧转移板均具有U形结构，其中U形与引弧导轨结构连接的一侧称为转移区，另一侧成为切割区。

如图13d和13e进一步说明实施例的电弧运动方式及前置灭弧区域与扩展灭弧区域的串联原理。当动触头8和静触头9分断时，产生电弧7，电弧7首先进入由过渡引弧装置的电弧转移板形成的前置灭弧区域，被电弧转移板切割成各段短弧，由于过渡引弧装置引弧末端的作用，第一上过渡引弧装置413a和第二上过渡引弧装置414a的电弧转移板的转移区之间的电弧进入第一扩展灭弧区域418a，并逐一击穿每块灭弧栅片；第三上过渡引弧装置416a和第三下过渡引弧装置416b的电弧转移板的转移区之间的电弧进入第二扩展灭弧区域418b，并逐一击穿每块灭弧栅片；第二下过渡引弧装置414b和第一下过渡引弧装置413b的电弧转移板的转移区之间的电弧进入第三扩展灭弧区域418c，并逐一击穿每块灭弧栅片。前置灭弧区域中，动触头侧引弧装置411与第一上过渡引弧装置413a的切割区之间、第一上过渡引弧装置413a和第二上过渡引弧装置414a的电弧转移板的切割区之间、第三上过渡引弧装置416a和第三下过渡引弧装置416b的电弧转移板的切割区之间、第二下过渡引弧装置414b和第一下过渡引弧装置413b的电弧转移板的切割区之间、第一下过渡引弧装置413b的电弧转移板的切割区和静触头侧引弧装置412之间的五个部分仍然具有短弧，以便维持电弧的串联。

以下根据依次排列电弧串联的顺序，以便理解本实施例。以电流从静触头处流进入，动触头处流出为例，电弧串联顺序如下：静触头9->静触头侧引弧装置412->第一下过渡引弧装置413b->第三扩展灭弧区域418c->第二下过渡引弧装置414b->第三下过渡引弧装置416b->第二扩展灭弧区域418b->第三上过渡引弧装置416a->第二上过渡引弧装置414a->第一扩展灭弧区域418a->第一上过渡引弧装置413a->动触头侧引弧装置411->动触头8。

本实施例的过渡引弧装置在电弧运动的初期充当了前置灭弧区域切割电弧，在电弧运动的后期过渡引弧装置既充当前置灭弧区域来切割电弧，还充当了扩展灭弧区域之间的桥接。

另外，根据附图13d中示例的电流方向可以得出，各个过渡引弧装置上的电流方向帮助对应转移区的电弧形成自磁吹进入扩展引弧区域。

根据附图13e中示例的电流方向可以得出，在堆叠方向上从上到下依次排列的电弧转移板，其对应的引弧末端按照一定的方式进入扩展灭弧区域，所述方式定义为按照扩展灭弧区域的堆叠次序和扩展灭弧区域栅片堆叠方向的上下端部的排列次序，引弧末端依次深入对应扩展灭弧区域栅片堆叠方向的端部，使得所述引弧末端和引弧导轨上的电流形成的磁场帮助电弧在扩展引弧区域内拉长扩张；本实施例中从上到下依次排列的电弧转移板电气连接的引弧末端按照扩展灭弧区域从右到左的堆叠次序和扩展引弧装置栅片堆叠方向先上端后下端的排列依次布置，即引弧末端依次布置在第一扩展灭弧区域的上端和下端，再是第二扩展灭弧区域的上端和下端，最后是第三扩展灭弧区域的上端和下端。当然，本实施例仅是列举了一种过渡引弧装置上电弧转移板的堆叠方式与引弧末端深入扩展灭弧区域的排列方式，在满足自磁吹的前提下，可以等同替换布置其他堆叠和排列方式，因此本实例给出的一个具体技术结构不是对本发明保护的一种限制。

另外，在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱再进入扩展灭弧区域。

如图14所示的第十三实施例，把图13a至13f的第十二实施例与图2a至2c第一实施例的前置灭弧区域进行叠加，形成方案如下，第一实施例的前置灭弧区域113作为第十三实施例的前置灭弧区域，第十二实施例的前置引弧区域作为扩展灭弧区域，第一扩展灭弧区域418a、第二扩展灭弧区域418b和第三扩展灭弧区域418c作为后级扩展引弧区域，这样形成了三级灭弧区域。在实施例中，动静触头之间的电弧先进入前置灭弧区域，然后前置灭弧区域中的部分弧柱再进入扩展灭弧区域，扩展灭弧区域总的部分弧柱最终进入次级灭弧区域。

特别指出的是，上述实施例进申请人有限列举了多级灭弧区域的实施方案，行业内普通技术人员根据不同实施例的简单组合，对过渡引弧装置等部件稍作修改，即能形成新的实施例。

本发明的描述及附图中涉及的电弧电流方向仅是为了说明技术原理而进行的举例,本领域技术人员可以毫无异议的得出相关拓扑方式并开展具体结构设计。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。本发明中描述的上下、左右、前后，电流方向示例等仅是为了说明原理方案，而不是看作为对本发明保护的限制。

Claims (10)

1.一种开关电器的触头灭弧装置，包括动触头(8)，静触头(9)，灭弧装置(1)；

动触头(8)与静触头(9)闭合时，电路接通；

动触头(8)与静触头(9)断开时，触头之间产生电弧(7)并进入灭弧装置(1)，电弧(7)在灭弧装置(1)中熄灭，电路断开；

动触头(8)和静触头(9)附近具有各自的引弧装置，导引电弧进入灭弧装置；

其特征在于：

所述灭弧装置(1)具有至少两个灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，灭弧区域通过中间引弧装置形成桥接，以便电弧连续切割；

至少一个灭弧区域靠近动触头(8)和静触头(9)之间产生的电弧形成前置灭弧区域；

至少一个灭弧区域相对远离动触头(8)和静触头(9)之间产生的电弧形成扩展灭弧区域；

前置灭弧区域与扩展灭弧区域之间通过过渡引弧装置桥接，使进入灭弧装置(1)的电弧在两个灭弧区域形成串联。

2.根据权利要求1所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述过渡引弧装置包括电弧转移板、引弧导轨和引弧末端，电弧转移板位于前置灭弧区域，引弧末端位于扩展灭弧区域的端部，引弧导轨电气连接电弧转移板和引弧末端；

所述电弧(7)经过前置灭弧区域后再进入扩展灭弧区域。

3.根据权利要求2所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，

所述过渡引弧装置具有两个，两个电弧转移板与前置灭弧区域中的其他栅片一起形成堆叠，两个引弧末端分别位于扩展引弧区域栅片堆叠的两端，形成两个电极；

所述两个电弧转移板之间具有间隙，使得间隙中的电弧弧柱被引导进扩展灭弧区域；间隙也形成了前置灭弧区域气体流向扩展灭弧区域的通道。

4.根据权利要求2所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，

所述过渡引弧装置的电弧转移板位于触头侧引弧装置与前置灭弧区域的任一栅片之间，并与前置灭弧区域中的其他栅片一起形成堆叠；所述引弧末端位于扩展引弧区域的一端，与扩展引弧区域另一端的触头侧引弧装置形成扩展灭弧区域的两个电极；

所述电弧转移板与触头侧引弧装置之间具有间隙，使得间隙中的电弧弧柱被引导进扩展灭弧区域；间隙也形成了前置灭弧区域气体流向扩展灭弧区域的通道。

5.根据权利要求3和4所述的任一一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述过渡引弧装置的引弧导轨以倾斜方式从前置灭弧区域逐渐靠近扩展灭弧区域，以便和引弧末端一起对前置灭弧区域的气流形成导引。

6.根据权利要求3所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述每个灭弧区域中的金属栅片以触头分断的上下方向堆叠布置。

7.根据权利要求3所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述每个灭弧区域中的金属栅片堆叠方向垂直于触头分断方向，所述触头侧引弧装置具有90度的折弯部分，使得动、静触头之间的电弧偏转90度后进入前置灭弧区域。

8.根据权利要求6所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述扩展灭弧区域位于前置灭弧区域的一侧，所述动、静触头间的电弧沿电弧总体运动方向进入前置灭弧区域，部分弧柱的运动方向偏转90度后进入扩展灭弧区域。

9.根据权利要求2所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述扩展灭弧区域具有至少两个栅片堆叠的区域，过渡引弧装置的数量是扩展灭弧区域的两倍，所述多个过渡引弧装置的电弧转移板以触头分断的上下方向堆叠，形成所述前置灭弧区域；

所述过渡引弧装置的电弧转移板具有呈U形的转移区和切割区，转移区之间形成的弧柱被所述引弧导轨引导进入扩展灭弧区域。

10.根据权利要求9所述的一种开关电器的触头灭弧装置，其特征在于，所述在堆叠方向上从上到下依次排列的电弧转移板，其对应的引弧末端按照一定的方式进入扩展灭弧区域，

所述方式为按照所述扩展灭弧区域的堆叠次序和扩展灭弧区域栅片堆叠方向的上下端部的排列次序，引弧末端依次深入对应扩展灭弧区域栅片堆叠方向的端部，使得所述引弧末端和引弧导轨上的电流形成的磁场帮助电弧在扩展引弧区域内拉长扩张。

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