CN1242586A - 可容许故障电流的接触器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于防止故障状态过程中触点18、20焊接的方法和设备。该可容许故障电流的接触器包括两个磁元件26、30,其中之一26与可移动触点20可操作相联,另一个30固定在附着在可移动触点20的上方,使得当发生故障状态时,产生磁力以把两个磁元件26、30拉到一起以打开触点18、20。该磁力使触点18、20保持打开至少到电流零点,最好保持到电流零点后的一定时间以为触点18、20提供足够时间进行冷却并防止触点18、20闭合时产生焊接。

Description

可容许故障电流的接触器
本发明整体涉及接触器，特别涉及一种防止触点在电磁接触器中的故障状态后焊合的方法和装置。
在某些应用中，特别是在机电马达控制器中，短路故障电流状态在接触器中产生横穿触点表面的极高收缩力。这种高收缩力常常克服触点偏压力并导致触点被冲击开。由于触点被冲击开后横穿可移动触点的电弧压差快速下降，连同受到进一步压缩时偏压弹簧产生的增加的力，触点将在几毫秒内重新接通，并且通常是远在故障电流返回到电流零点之前，这会导致触点的永久焊接。换句话说，短路状态下的触点分开常规地导致可移动触点和固定触点间的飞弧。在短路造成瞬间分开时该飞弧可使触点熔化，如果触点在熔化的金属冷却并凝固之前闭合在一起，固定触点和可移动触点将被牢固地永久焊接在一起。由于短路的高电流将触点冲击开，然后触点几乎瞬间被触点偏压弹簧强制闭合，所以这种焊接可在非常短的时间间隔内发生。
在传统的接触器中，除触点偏压弹簧外，没有提供特殊的装置以防止短路故障电流时的冲击开启。为克服触点冲击开启的影响，典型的方法是利用短路故障引起的磁力使触点在高电流中保持闭合。这种系统的一个实例公开在美国专利3,887,888中，其中一对磁元件包围触点，借此当出现通过触点的短路时，磁元件相互吸引，从而强迫触点不分开。同样，美国专利4,513,270利用当过载电流通过触点时产生的磁通量产生电动力以强迫可移动触点贴靠在固定触点上，以防止触点分开。
试图在短路过程中保持触点闭合的一个缺点是这种方法或者受到产生力的磁元件的磁饱和的限制，或者受到导致增加接触器成本的复杂电流通路设计的限制。由于低于10,000安培时限流电路断路器只有很少的保护，所以当接触器的额定FLA值(FLA rating)低于125安培时该问题就更严重了。
因此，需要一种能够在故障状态下防止触点焊接的方法和装置，该方法和装置通过在出现故障状态时较快地打开触点并维持触点打开直到故障状态消失，从而在闭合前允许触点表面足够冷却并保证触点固化以允许无后续焊接地闭合。
本发明提供一种解决前述问题的方法和装置。与在故障电流状态中强迫触点处于闭合位置相反，本发明通过利用故障电流产生的磁力帮助触点快速打开并使触点维持在打开位置直到电流零点，最好到电流零点后几毫秒。该方法允许触点表面足够冷却并固化以防止触点焊接。此外，对标准接触器的添加成本较低，而且由于接触器向电路提供电弧电压，所以接触器在短路状态中提供某些电流限制。
本发明包括一接触器，该接触器具有一安装在接触器壳体中的固定触点和一可移动触点，该可移动触点安装为与固定触点可操作相联。该可移动触点安装在触点支架中的窗口中，该触点支架可移动地安装在接触器壳体中并由接触器的电磁驱动机构(未示出)以已知方法在触点闭合位置和触点打开位置间驱动。在窗口中备有一向可移动触点施加压力的弹簧，以当触点处于闭合位置时，偏压可移动触点使其靠在固定触点上。一对磁元件结合在触点支架中。第一磁元件位于可移动触点附近，第二磁元件远离可移动触点相对侧上的两个触点和第一磁元件。通过可移动触点的故障电流在磁元件中产生磁场。在故障状态中该磁场在磁元件间提供增加的磁力，该磁力帮助可移动触点与固定触点分开并维持触点分开直到电流零点。可移动触点要重新闭合在固定触点上所必须经过的距要求有要足够的时间以使触点表面冷却并固化，从而触点可不会永久焊接在一起地闭合。
根据本发明的另一方面，公开了电流零点后延迟触点闭合的两种方法。在第一种方法中，磁元件间的物理距离预定为使得一旦磁元件被故障电流产生的磁力拉到一起，它们就被保持在位置上直到故障电流消退，此时偏压弹簧的力克服磁力，可移动触点运动回闭合位置。闭合所需要的时间与两个磁元件间距离产生的缝隙直接相关。从而，增加缝隙将增加电流零点后触点闭合的延迟时间，减少缝隙将减少电流零点后触点闭合的时间。另一个延迟触点闭合的方法包括利用具有增加的残余通量的磁材料使触点分开保持到电流零点后的更长一段时间。这种材料可包括具有恒定磁通量的永磁铁和大小适当的偏压弹簧以产生足够长的触点闭合延迟时间，以允许触点在闭合前冷却。应该注意到，从成本观点看，提高电流零点后残余通量的其它等效材料可能是更可取的。
根据本发明的另一方面，公开了一种防止电磁接触器中的故障状态下发生触点焊接的方法。该方法包括提供一对触点，其中至少触点之一可相对另一触点在闭合位置和打开位置间移动。当触点处于闭合位置时，提供通过触点的电流通路。该发明包括当存在穿过触点的故障电流时在与可移动触点相联的磁元件和远离可移动触点的固定磁元件间产生高磁力，以拉开触点。
本发明易于适合于通常的接触器并且不会与这种接触器的正常功能干涉。而且，由于磁元件可以是钢板，所以本发明为传统接触器提供了极其经济的附加成本以提供一可容许故障电流的接触器。
通过下面的详细描述和附图本发明的各种其它特征、目的和优点将变得更清楚。
在附图中：
图1所示为结合本发明的接触器的透视图；
图2所示为沿图1的线2-2所取的图1纵向横截面视图；
图3所示为沿图2的线3-3所取的侧向横截面视图；
图4所示为与图3相似的视图，但触点处于打开的位置。
参见图1，在透视图中表示了可容许故障电流的接触器10。接触器10具有一可移动触点支架12，其具有一上罩14，一对向上延伸的侧壁15，并且可移动地安装在接触器壳体16中。该可移动触点支架12由接触器操作机构(未示出)在触点打开位置和触点闭合位置间以已知的方式驱动。该接触器壳体16具有一对安装在导体19上的固定触点18。一对可移动触点20安装在触点桥22上，触点桥22位于触点支架12的窗口23中。如图1中所示，当位于闭合位置时，可移动触点20还由偏压机构或弹簧24偏压靠在固定触点18上，偏压机构或弹簧24位于可移动触点支架12的上罩14和支撑可移动触点20的触点桥22之间。
第一磁元件26位于在触点桥22和窗口23的下表面之间靠近触点桥22的位置，并如图2中虚线所示，可与可移动触点20和触点桥22一起以向上的方向28移动。参见图1，第二磁元件30固定地安装在向上延伸的侧壁15上，位于可移动触点20和上罩14之间，当可移动触点20处于闭合位置时，第二磁元件与第一磁元件26分开一定距离。
参见图2，所示接触器10处于闭合位置32，并用虚线表示处于打开位置34。在闭合位置32，可移动触点20定位为传导电流通过固定触点18、导体19和触点桥22。在打开位置34，电流通路被中断。
图3所示为图2一部分的详细视图，其中触点18、20处于闭合位置。可移动触点支架12中的每个向上延伸的侧壁15具有一个位于内壁40、42上的槽36、38。槽36、38相互平行以牢固地保持其中的第二磁元件30。第二磁元件30具有一中空的中心34以允许偏压机构24无干涉地在第二磁元件30中可压缩地移动。
参见图4，所示为固定触点18和可移动触点20处于打开位置的接触器10。在优选实施例中，第一磁元件26是U形的，使得闭合时如果故障电流通过触点18、20，则在第一磁元件26和第二磁元件30间产生高磁场。该磁力把第一磁元件26拉向固定的第二磁元件30，借此打开触点18、20，或帮助在冲击开启状态中的打开，并在故障状态过程中维持触点打开。作为另外一种选择，如该技术领域普通技术人员所容易想到的，第二磁元件30可以等效地为U形，第一磁元件26可以是U形的或平面的。只要触点打开时两个磁元件能够相互物理闭合，其它的形状也可适用。
在一个实施例中，磁元件由具有高残余通量密度的材料构成，这种材料允许零电流状态后触点闭合前较长的延迟时间。在另一个实施例中，触点闭合的延迟还可通过调整两个磁元件间的物理距离来调整。磁元件可由钢板构成，钢板能够在故障状态下足以保护触点不发生焊接，同时在元件成本和修改成本方面只向接触器添加最小的成本。
根据本发明的另一方面，公开了防止电磁接触器中高故障电流状态下发生触点焊接的方法。该方法包括提供一对触点，其中触点可相对另一触点在闭合位置和打开位置间移动，当触点处于闭合位置时提供通过触点的电流通路。该发明包括当存在通过触点的故障电流时把触点拉开，这是由于在可移动触点和固定磁元件间产生了磁力，磁力的大小足以使触点维持触点打开故障电流的持续时间。如前所述，一旦触点打开并且故障电流消失，该发明还维持触点分开一定时间，该时间或者取决于与磁元件使用的材料相关的残余通量或者取决于磁元件间的物理距离。通过物理改变两个磁元件间的的距离，触点闭合前的延迟时间可通过调整两个磁元件间的缝隙来调整。
这样，为触点提供了足够的时间以在闭合前冷却，借此防止了触点焊接。另一个优点是由于触点较快打开并且由于触点被维持在打开位置直到故障状态消失，所以在故障状态过程中通过触点的电流被限制了。
尽管通过优选实施例描述了本发明，但应该认识到，除了这些清楚地描述的以外，等效、替代和变型都是可能的并且包括在后附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一接触器(10)，其包括：
一安装在接触器壳体(16)中的固定触点(18)；
一安装为与固定触点(18)可操作相联的可移动触点(20)；
一对磁元件(26)、(30)，第一磁元件(26)位于可移动触点(20)附近，第二磁元件(30)远离两个触点(18)、(20)，使得由故障电流在磁元件(26)、(30)间产生的磁力在磁元件26、30间产生吸引，由此促进可移动触点(20)与固定触点(18)分开。
2.根据权利要求1中所述的接触器(10)，使得当触点(18)、(20)处于闭合位置(32)时，磁元件(26)、(30)间的缝隙最大，当触点(18)、(20)处于打开位置(34)时，磁元件(26)、(30)间的缝隙最小。
3.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，至少磁元件之一(26)是U形的。
4.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，第二磁元件(30)具有中空中心(34)以将偏压机构(24)接收于其中。
5.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，磁元件(26)、(30)由钢构成。
6.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，与可移动触点(20)相联的磁元件(26)是可移动的，远离两个触点(18)、(20)的磁元件(30)是固定的。
7.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，磁元件(26)、(30)由具有高残余通量的材料构成，以使触点(18)、(20)维持在打开位置(34)直到故障状态消失一段时间之后。
8.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，触点(18)、(20)保持打开(34)至少到故障电流消失。
9.根据权利要求1中所述的接触器(10)，其特征在于，触点(18)、(20)保持打开(34)到故障电流消失后的一段时间，借此防止触点(18)、(20)的焊接。
10.根据权利要求9中所述的接触器(10)，其特征在于，磁元件(26)、(30)间的缝隙为故障状态后的触点(18)、(20)闭合限定一段延迟时间，该延迟时间使磁力消失。
11.可容许故障电流的接触器(10)，包括：
一接触器壳体(16)，其中至少安装了一个固定触点(18)；
一可移动触点支架(12)，其具有一上罩(14)和一对向上延伸的侧壁(15)，该可移动触点支架(12)在接触器壳体(16)中可在触点打开位置(34)和触点闭合位置(32)间移动；
一安装在可移动触点支架(12)中并与固定触点(18)可操作相联的可移动触点(20)，该可移动触点(20)可在打开位置(34)和闭合位置(32)间转换，当处于闭合位置(32)时，允许电流通过固定触点和可移动触点(18)、(20)；
一偏压机构(24)，其位于可移动触点支架(12)的上罩(14)和可移动触点(20)之间，以把可移动触点(20)偏压向固定触点(18)；
一第一磁元件(26)，其固定地安装在可移动触点(20)上并可与可移动触点(20)一起移动；
一第二磁元件(30)，其安装在可移动触点(20)和上罩(14)间，当可移动触点(20)被偏压到闭合位置(32)时，其远离第一磁元件(26)；
其特征在于，通过处于闭合位置(32)的固定触点和可移动触点(18)、(20)的故障电流在第一和第二磁元件(26)、(30)间产生磁场，该磁场的大小能够帮助触点(18)、(20)分开。
12.根据权利要求(11)中所述的可容许故障电流的接触器(10)，其特征在于，触点(18)、(20)保持打开，直到至少达到零电流并且故障电流因而消失。
13.根据权利要求11中所述的可容许故障电流的接触器(10)，其特征在于，触点(18)、(20)保持打开足够长的时间以使触点(18)、(20)冷却并防止其中通过故障电流后发生触点焊接。
14.根据权利要求11中所述的可容许故障电流的接触器(10)，还包括第一和第二磁元件(26)、(30)间的缝隙，该缝隙限定故障电流消失后触点闭合的延迟时间。
15.根据权利要求11中所述的可容许故障电流的接触器(10)，其特征在于，第一和第二磁元件(26)、(30)由具有相当高残余通量的材料构成，残余通量的大小能够使故障电流消失后触点(18)、(20)闭合的时间延长得足够长以允许触点(18)、(20)冷却。
16.根据权利要求11中所述的可容许故障电流的接触器(10)，其特征在于，接触器壳体(16)的向上延伸的侧壁(15)分别具有位于内壁(40)、(42)上的相互平行的槽(36)、(38)，第二磁元件(30)具有中空的中心(34)，使得偏压机构(24)可在第二磁元件(30)中压缩，其特征还在于，第二磁元件(30)固定地安装在上罩(14)的平行槽(36)、(38)中。
17.根据权利要求11中所述的可容许故障电流的接触器(10)，其特征在于，至少第一磁元件(26)和第二磁元件(30)中的一个是U形的。
18.一种防止电磁接触器(10)中故障状态下发生触点焊接的方法，包括如下步骤：
提供一对触点(18)、(20)，其中至少一个触点(20)可相对另一个触点在闭合位置(32)和打开位置(34)间移动；
当触点处于闭合位置(32)时，提供通过触点(18)、(20)的电流通路；
在存在通过触点(18)、(20)的故障电流过程中拉开触点(18)、(20)，这是由于在可移动触点(20)和固定磁元件(30)间产生了磁力，该磁力的大小足以使触点(18)、(20)维持打开故障状态的持续时间。
19.根据权利要求18中所述的方法，还包括维持磁力以使故障电流消失后触点(18)、(20)继续打开的步骤。
20.根据权利要求19中所述的方法，还包括给予触点(18)、(20)足够的时间以在触点(18)、(20)闭合前冷却，借此防止触点(18)、(20)的焊接的步骤。
21.根据权利要求18中所述的方法，还包括把触点(18)、(20)偏压向闭合位置(32)的步骤。
22.根据权利要求18中所述的方法，还包括在故障状态过程中限制通过电流通路的电流的步骤。
23.根据权利要求18中所述的方法，其特征在于，通过用第一磁元件(26)包围电流通路并使第二磁元件(30)与第一磁元件(26)远离一定距离产生磁力，使得在故障状态过程中磁元件(26)、(30)相互吸引，借此使触点(18)、(20)在故障状态中维持分开。
24.根据权利要求18中所述的方法，还包括提供一对具有高残余通量密度的磁元件(26)、(30)以使触点(18)、(20)闭合的时间延长直到故障电流消失，磁元件之一(26)附着在可移动触点(20)上，另一个(30)远离可移动触点(20)以在故障状态过程中打开触点(18)、(20)。
25.根据权利要求18中所述的方法，还包括这样的步骤，即通过在磁元件(26)、(30)间提供限定的缝隙来提供触点(18)、(20)闭合时间的延迟，借此使闭合延迟到触点(18)、(20)已经足够冷却以防止触点焊接。
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