CN1215504C - 利用电斥力斥开并自锁的触头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应速度快、具有附加短路保护功能的触头装置。它的外壳内设置有斥力扭簧和吸合扭簧，动臂具有固定动触头的第一臂以及一个受吸合扭簧作用的第二臂；动臂与静臂保持基本平行，在短路瞬间产生强大的电斥力斥开触头。吸合扭簧的一端为一光滑悬臂，动臂沿其运动时所受扭矩逐渐减小直至接近于零，从而达到自锁。这种触头装置对短路电流的冲击反应迅速，作用时间短，安全可靠。

Description

利用电斥力斥开并自锁的触头装置

                           技术领域

本发明涉及一种低压断路器及类似结构上的触头装置，具体地说是一种利用电斥力斥开并自锁的触头装置。

                           背景技术

现有的断路器触头装置，如中国专利ZL88103427“一种小型断路器的操作机构”所公开的，在外壳内装有一对静触头和动触头，静触头通过静臂固定在外壳上，动触头通过触头臂的支持杆铰接在一旋转板的枢轴上，由于一个触头压力弹簧的作用，板和支持杆之间有小幅的相对运动。上述触头装置配以四连杆操作机构，通过手柄动作进行合闸或跳闸。操作机构还配套设有跳闸装置，它包括一个带双金属片的热过载装置和/或一个带有撞针的电磁跳闸装置。电磁跳闸装置的作用是线路短路时，引起短时冲击电流，电磁跳闸装置的撞针撞击跳闸杆产生跳闸动作。但是从电磁跳闸装置的电磁线圈感应到短路电流，产生电磁场，铁芯受电磁场作用被吸合，直到带动撞针产生跳闸动作，有个延时过程，响应速度较慢。

                           发明内容

本发明要解决的是现有的断路器触头装置本身不具有短路保护功能，而与之配合的电磁跳闸装置反应速度较慢的问题，提供一种反应速度快、具有附加短路保护功能的触头装置。该触头装置在短路瞬间利用电斥力斥开并自锁，先于电磁跳闸装置动作而直接起到短路保护作用。解决上述问题采用的技术方案是：利用电斥力斥开并自锁的触头装置，外壳内装有相对设置的静触头和动触头，所述静触头通过静臂固定在所述外壳内，所述动触头通过动臂铰接在转轴上，所述动臂具有固定所述动触头的第一臂以及一个第二臂；所述动臂与转轴之间设有一个使所述动臂受到一个背离所述静触头方向的力矩的斥力扭簧；

所述外壳内还设有一个使所述动臂受到一个朝向所述静触头方向的力矩的吸合扭簧；所述吸合扭簧的一端固定在外壳上，另一端为一光滑悬臂，并作用在所述动臂的第二臂上。

所述吸合扭簧的悬臂靠近末端斜率逐渐增大。

所述吸合扭簧的悬臂由两段直线及中间一段圆弧构成。

当所述动臂的第二臂转动到所述吸合扭簧的末段直线时，所述的第二臂与所述的末段直线段保持垂直。

所述动臂与静臂在触头闭合时平行。

本发明的利用电斥力斥开并自锁的触头装置，斥力扭簧和吸合扭簧同时作用于动臂，并且方向相反，由于电流经过动臂和静臂，动臂上还同时承受一个电斥力，当触头闭合通过正常电流时，吸合扭矩大于斥力扭矩，使触头可靠闭合。而当有短路电流通过时，将产生瞬间较强的电斥力，该电斥力作用于动臂的力矩大于吸合扭簧对动臂产生的扭力矩，动臂开始绕转轴转动，动、静触头逐渐分离，动臂的第二臂则沿着吸合扭簧的悬臂运动。随着转角的变化，吸合扭簧对动臂的力臂迅速减小，直至接近零，这时吸合扭簧对动臂产尘的扭力矩也迅速衰减至零，由于此时动臂上只有斥力扭簧和电斥作用产生的力矩，因此能自锁在断开状态。这种触头装置对短路电流的冲击反应迅速，作用时间短，安全可靠。

                            附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明在触头分离过程中的受力分析示意图。

                            具体实施方式

参照图1，利用电斥力斥开并自锁的触头装置，外壳内装有相对设置的静触头5和动触头6，所述静触头5通过静臂4固定在所述外壳内，所述动触头6通过动臂17铰接在转轴8上，所述动臂17具有固定所述动触头6的第一臂7以及一个第二臂16；所述动臂17与转轴8之间设有一个斥力扭簧9；在该斥力扭簧9的作用下，所述动臂17受到一个顺时针方向的扭矩。

所述外壳内还设有一个吸合扭簧10，在该吸合扭簧10的作用下，所述动臂17受到一个逆时针方向的扭矩。所述吸合扭簧10的一端11固定在外壳上，另一端12为一光滑悬臂，由两段直线13、15及中间一段圆弧14构成，并作用在所述动臂的第二臂16上。

所述动臂17与静臂4在触头闭合时基本平行。

参照图2，上述实施方式的工作过程是这样的：

由于动臂17与静臂4基本平行，当流经动臂17与静臂4的电流相反时，将在动臂17上产生电斥力F。因此，动臂17上同时受到四个力矩的作用：由吸合扭簧10产生的逆时针方向的力矩P₁L₁、由斥力扭簧9产生的顺时针方向的力矩M₂、由流经动臂17和静臂4的电流产生的顺时针方向的电斥力矩FS以及静触头5的反力产生的顺时方向的力矩QS。

图中P₁、P₂、P₃分别为动臂在1、2、3位置上受到的作用力。A、B、C各点分别是动臂处于三个不同位置时动臂与吸合扭簧之间力的作用点。L₁、L₂分别为P₁、P₂到O₂的距离，也即是力臂的长度。F₁、F₂、F₃分别为相应位置处动臂所受的电斥力。

1、触头臂在位置1(即触头闭合位置)时，相应的弹簧臂在OAKD位置，扭簧的悬臂由直线段OA，圆弧(半径R)段AK和直线段KD构成，其中OA、KD均为AK弧的切线，此时，吸合扭簧的直线段OA作用在动臂的第二臂上。

当通过触头的电流为额定电流I₁时，由于通过触头的电流较小，电斥力可忽略不计，支点O₂处力矩的平衡方程为：

                         P₁L₁＝M₂+QS

支点O₁处力矩的平衡方程为：M₁＝P₁*O₁A

当通过触头的电流为短路电流增大至某个电流值I₁，由此而产生的电斥力F₁＞Q时，力矩的平衡方程为：

                          P₁L₁＜M₂÷F₁S

在F₁的作用下，动臂由位置1向位置2的方向开始转动，触头将断开，产生电弧导流。

在触头断开后，由于导体间距增大，相应需要较大的短路电流I₂＞I₁来维持电斥力F₁＞Q。

2、动臂在电斥力F₁作用下继续转动，当动臂到达某一位置2时，力矩的平衡方程为：

                          P₂L₂＜M₂′+F₂S

其中F₂为某一数值，F₂≠F₁；由于斥力扭簧变形减少，M₂′＜M₂；同时P₂稍大于P₁。但是由于P₂力的方向改变，P₂到O₂点的距离L₂＜L₁。

动臂在电力F₂的推动下继续转动。

3、动臂转动到一特别位置3时，P₃⊥CD″，P₃指向旋转中心O₂，斥力扭簧扭矩为M₂″：

                            O＜M₂″＜M₂′

力矩的平衡方程为：

                            P₃×O＜M₂″+F₃S

                            即O＜M₂″+F₃S

因为M₂″＞O，因此此时即使F₃＝O，即没有电斥力存在，动臂仍会在M₂″的作用下，继续作顺时针方向转动，直到动臂的H面靠紧扭簧悬臂的末端G为止(见图1)实现机构自锁。

从以上分析可知，本发明的触头装置，利用电斥力对短路电流快速反应的特性，在电磁跳闸装置动作之前断开触头，并且，由于吸合扭簧悬臂末端的直线段斜率突然增大，使动臂运行到该处时吸合扭簧作用于动臂的力矩突然减小，达到快速分断并自锁的目的，可大大提高断路器产品对短路电流的分断能力。

Claims (5)

1、利用电斥力斥开并自锁的触头装置，外壳内装有相对设置的静触头(5)和动触头(6)，所述静触头(5)通过静臂(4)固定在所述外壳内，所述动触头(6)通过动臂(17)铰接在转轴(8)上，其特征在于所述动臂(17)具有固定所述动触头(6)的第一臂(7)以及一个第二臂(16)；所述动臂(17)与转轴(8)之间设有一个使所述动臂(17)受到一个背离所述静触头(5)方向的力矩的斥力扭簧(9)；

所述外壳内还设有一个使所述动臂(17)受到一个朝向所述静触头(5)方向的力矩的吸合扭簧(10)；所述吸合扭簧(10)的一端(11)固定在外壳上，另一端为一光滑的悬臂(12)，并作用在所述动臂(17)的第二臂(16)上。

2、如权利要求1所述的利用电斥力斥开并自锁的触头装置，其特征在于所述吸合扭簧(10)的悬臂(12)靠近末端斜率逐渐增大。

3、如权利要求2所述的利用电斥力斥开并自锁的触头装置，其特征在于所述吸合扭簧(10)的悬臂(12)由两段直线(13、15)及中间一段圆弧(14)构成。

4、如权利要求3所述的利用电斥力斥开并自锁的触头装置，其特征在于当所述动臂(17)的第二臂(16)转动到所述吸合扭簧(10)的末段直线段(15)时，所述的第二臂(16)与所述的末段直线段(15)保持垂直。

5、如权利要求1～4任何一项所述的利用电斥力斥开并自锁的触头装置，其特征在于所述动臂(17)的第一臂(16)与静臂(4)在触头闭合时平行。

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