CN1372289A - 快速保护控制开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速保护控制开关,其技术特点是在交流接触器基础上增设了触头扩展开距机构和分辨短路电流机构,从而有效的提高了接触器接通和分断能力,使之具有断路器功能,用在用电设备控制中可缩小体积、降低成本,实现计算机联网的完全控制。

Description

快速保护控制开关

本发明涉及一种低压电器开关，特别是一种可将断路器功能与接触器功能集于一身的快速保护控制开关。

目前与本发明相关的技术有断路器和接触器。断路器是具有接通和分断事故电流能力的保护功能低压开关，但是断路器的正常接通或分断操作仍然由手动完成，因此它不能实现远距离控制及频繁操作等功能，这样也就不能实现计算机的完全控制，这也是目前低压电力系统的一大缺点。相反交流接触器具有远距离控制和频繁操作功能，但它不具备接通和分断事故及短路电流的能力，因此没有保护功能。通常用电系统都是断路器与接触器相串联，还要有配套的热继电器及电流互感器等元器件，不但使体积增大，而且多个器件串联必然会降低系统的可靠性。

鉴于上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种将断路器功能和接触器功能集于一身的快速保护控制开关，以此替代断路器、接触器、热继电器、电流互感器等器件，缩小体积、降低成本及提高用电系统的可靠性，全方位实现计算机联网的完全控制。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：以现有交流接触器为基本结构，在静触头固定底板与触头支持件之间设有触头扩展开距机构，利用触头扩展开距机构增大在分断时的触头开距，即最大触头开距等于平衡开距(平衡开距亦指原接触器触头开距)与触头扩展开距之和，以此提高本开关的灭弧能力，也就是开关的分断能力。

从物理学我们知道，气体原子有基态、激发态和电离态，激发态原子的能级是取分离值的，电弧电流使气体产生大量激发态和电离态原子，含激发态和电离态原子的气体称为游离气体，用游离度来度量游离气体含激发态和电离态原子的浓度大小。弧芯中气体游离度最大，其游离度随离弧芯距离的增加而递减。游离气体绝缘强度用临界击穿电压值V。来表示。设游离气体长度为L，游离度为N，这段长度L的游离气体的绝缘强度V。应该与L成正比，而与N成反比，设比例系数为β，则

V.＝β×(L/N)......(1)

电弧的路径是不断跳动的，见王其平编《电器电弧理论》。另外也有人用高速摄像记录下来低压电器断口间电弧不断游动的现象。这说明电弧的导电性不是自身固有的，它不象导电体那样具有导电电阻值大小的性质。如果游离度大电阻就小的话，那么电弧弧芯路径上就应比其他路径上电阻小，电弧就不应该出现跳动式游动。所以游离了的气体自身并不具导电性，阴极发射的电子受电场力和磁场力作用而决定其路径，当电场或磁场波动时，就会改变其路径，而原来电弧弧芯的气体就丧失了导电性。低压电器断口中电弧在电动力作用下被吹离断口，但电流下降趋于零时，磁场也趋于零，作用于电子上的磁场力也趋于零，电弧的路径也会向触头断口内最短的直线距离趋近，这个最短直线距离就是触头开距。当电流过零后，磁场为零，只有电场力作用在新的阴极发射的电子上，因此电子应沿断口内最短直线距离运动到阳极，断口内这个路径上的气体的游离度N才是决定触头间绝缘强度能否灭弧的因素。这个气体形状应是圆柱体，圆柱长度就是触头开距，而圆柱半径为R，圆柱表面积为2πrL，单位时间内向外辐射损失的能量就等于向外辐射损失的功率为W，应于圆柱表面积成正比，比例系数记为b，则W＝b×2πrL，单位时间内这个圆柱体气体接收的能量Q，应等于电流过零前电弧电压U与电流I的乘积，则Q＝U×I，这个圆柱体气本的游离度与Q成正比，与W成反比，比例系数记为K，则

N＝K(Q/W)＝(KUI)/(b×2πrL)

代入公式(1)得

V。＝β×(b×2πrL²)/(K×U×I)......(2)

电源电压记为V，电流过零前电弧电压U＝aV，令

P＝(β×b×2πr)/(k×a)

代入公式(2)，得

V×I≤P(L²/V。)......(3)

公式(3)就是灭弧能力的表达式。

由该公式3可以得出；灭弧能力与触头开距的平方成正比，只要加大触头开距就能大幅度提高灭弧能力，亦即开关的分断能力；提高了开关的分断能力，但接触器的接通能力较低，当接触器接触短路电流时如果触点熔焊，那么上述分断短路电流的能力就失去意义，因而要使接触器具备断路器功能，还需提高接触器的接通能力。在接触器的主回路上设有分辩短路电流控制机构，该机构包含电流电压转换器、直流低压回路和直流高压回路以及信号控制器，由该转换器监测主回路电流情况，使之在发生短路的较短时间内通过控制器、直流低压回路将主回路切断，防止接触器触点熔焊，提高接触器的接通能力。

上述触头扩展开距机构可以是在静触头固定底板与触头支持件之间设一个压缩弹簧(也可称之为扩展弹簧)，也可以是由一个弹簧、一个限位器和安装弹簧、限位器的盒体构成，还可以是由拉簧来实现。

本发明的优点是在现有接触器基本结构上增加了触头扩展开距机构和分辩短路电流机构，从而有效的提高了接触器接通和分断能力，使之具有断路器功能，用在用电设备控制中可缩小体积、降低成本，实现计算机联网的完全控制。

下面结合附图对本发明做以说明：

图1和图2是本发明两实施例结构示意图。

图3是触头扩展开距机构结构图。

图4是分辨短路电流控制机构原理图。

参考附图，本发明主要是在由灭弧罩1、动触头2、主触头弹簧3、静触头4、静触头固定底板5、触头支持件7、动铁芯8、触头支持件反力弹簧9、线圈(L)10，静铁芯11、外壳12、静铁芯安装底座13构成的交流接触器基础上增加了触头扩展开距机构和分辩短路电流控制机构。触头扩展开距机构是由设在静触头固定底板5与触头支持件7之间的压缩弹簧(称这个压缩弹簧为扩展弹簧)6构成。由动铁芯8、触头支持件7和动触头2等运动部件的动能将扩展弹簧6压缩，压缩距离记为L4，称L4为扩展开距。运动部件走完L4后又撞在静触头固定底板上，撞击使运动部件的功能损掉绝大部分，因此反弹速度很小，在扩展弹簧的作用下回到平衡位置。平衡位置的触头开距称为平衡开距，记为L2，这时动铁芯开距保持在L1的位置，不会影响铁芯吸合。触头开距为L2，可是运动过程中触头最大开距为平衡开距L2与扩展开距L4之和，开距增大后就能分断短路电流了，例如对于双断口直线运动的交流接触器，只要L2+L4≥17mm时就能分断42KA的短路电流。触头扩展开距机构还可由弹簧16，限位器17和安装弹簧、限位器的盒体18构成(见图3)或由拉簧19(见图2)构成。分辩短路电流控制机构包含由带气隙的铁芯A、二次线圈B构成的电流电压转换传感器15和由整流桥ZL1、三极管G2构成的直流高压回路，由整流桥ZL2、三极管G1、压敏电阻Rv、保护电容C1构成的直流低压回路以及信号控制器IC。利用电流电压转换器15监测工作电流及短路电流，并将监测的电流信号变成电压信号输入给信号控制器IC(该控制器中编有控制程序)，由该控制器输出信号控制直流低压回路和直流高压回路的接通与关断，从而控制铁芯的吸合和分断，铁芯闭合过程给线圈L加高电压、大电流，闭合后由G2关断高压回路，然后由低压保持铁芯吸合，分断时由三极管G1关断来实现。电流电压转换传感器是由硅钢片叠成的铁芯，铁芯磁路中具有足够大的气隙，铁芯上绕有二次线圈，主回路导体穿过铁芯形成互感，主回路中电流上升率与二次线圈电压成正比，测量该电压值来监测主回路电流，实现过流、短路等保护功能，由于它能在电流过零时监测出短路电流，使触头在几毫秒之内分离，从而避免触头熔焊，使之具有接通短路电流的能力。

Claims (5)

1、一种快速保护控制开关，它包括由灭弧罩、动静触头、动静铁芯、线圈、静触头固定底板，触头支持件、触头支持件反力弹簧、静铁芯安装底座构成的交流接触器，其特征是：在静触头固定底板与触头支持件之间设有触头扩展开距机构，使分断时的触头最大开距为扩展开距与平衡开距之和，在接触器的主回路上设有分辨短路电流控制机构，该机构包含电流电压转换器、直流低压回路、直流高压回路及信号控制器，利用电流电压转换器监测主回路电流，并将监测的电流信号转换成电压信号送至信号控制器，然后由信号控制器控制直流低压回路，在发生短路时将主回路切断。

2、如权利要求1所述的快速保护控制开关，其特征是所述触头扩展开距是由置于静触头固定底板和触头支持件之间的扩展弹簧来实现的。

3、如权利要求1所述的快速保护控制开关，其特征是：触头扩展开距机构由一个弹簧、一个限位器和安装弹簧、限位器的盒体构成。

4、如权利要求1所述的快速保护控制开关，其特征是：触头扩展开距由拉簧来实现。

5、如权利要求1所述的快速保护控制开关，其特征是电流电压转换器是由硅钢片叠成的铁芯，铁芯磁路中具有足够大的气隙，铁芯上绕有二次线圈，主回路导体穿过铁芯形成互感，主回路中电流上升率与二次线圈电压成正比，测量该电压值来监测主回路电流，实现过流、短路等保护功能，

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