CN1440556A - 具有主和副触点的开关 - Google Patents

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Abstract

一种带有固定触点组和可动触点组的开关，该固定触点组包括至少一对分开设置并且每一个都具有副接触部分和主接触部分(分别为7，8和5，6)的固定触点(1，2)。可动触点组包括至少一个副接触件(11，12)和主接触件(9，10)，它们在开关关闭时在机械预应力的作用下分别与固定触点(1，2)的副接触部分和主接触部分的表面接触，并且跨接其相互面对的自由端边缘之间的距离，当开关关闭时，副接触件(11，12)和主接触件(9，10)大约分别与固定触点对(1，2)的副和主接触部分同时接触。当开关关闭时，在副接触件(11，12)和固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)已经接触之后，只有在副接触件(11，12)已经在固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)的表面上移动了至少2mm时，主接触件(9，10)与固定触点(1，2)的主接触部分(5，6)才形成机械和电接触。

Description

具有主和副触点的开关
本发明涉及一种具有固定触点组和可动触点组的开关，固定触点组包括至少一对分开设置并且每一个都具有副接触部分和主接触部分的固定触点，可动触点组包括至少一个副接触件和主接触件，它们在开关关闭时，在机械预应力的作用下分别与固定触点的副接触部分和主接触部分的表面接触，并且跨接其相互面对的自由端边缘之间的距离，本发明具有这样的特征，当开关关闭时，副接触件和主接触件基本上分别与固定触点对的副和主接触部分同时接触。
在欧洲专利0 281 622中披露了这种开关。
副接触件(也被称为灭弧触点)和主接触件可以是滑动触点，它们在开关关闭时在固定触点上滑动到它们的最终位置，即其中开关完全关闭的位置。接触滚轮通常用来切断大的短路电流例如大于30kA的电流，但是也可以采用触头片。事实上，使用滚轮便于使用更轻型的结构。原则上，只需要将副接触件构成为滚动触点。欧洲专利0 281 622披露了一种尤其适用于用作电流断路器的开关。该电流断路器设有接触滚轮，在一组接触滚轮中的所有接触滚轮的直径相同，但是每一对长度不同。两个最短的滚轮设置在离固定触点最近的位置处，而最长的滚轮设置在离固定触点最远的位置处。固定触点在其面对着接触滚轮组的边缘处为阶梯状结构，每个台阶的高度与接触滚轮的长度差相对应。相对台阶之间的距离大于滚动触点的相应纵向尺寸，从而当开关处于打开位置时，在可动接触滚轮和固定触点之间的每个点处具有气隙。
这样，在打开位置中，可动滚动触点与固定触点分开。为了使开关进入关闭位置，接触滚轮朝着固定触点移动，之后接触滚轮大约同时与固定触点对接触，然后在弹簧预应力的作用下在固定触点对的表面上滚动。这样，在关闭位置中，接触滚轮在机械预应力的作用下与固定触点对的表面接触，并且跨接在这些固定触点的相互面对的那些自由端边缘之间的距离。
通过使用在打开时尽可能同时断开与固定触点接触的接触滚轮对，从而可以延长己知电流断路器的使用寿命。
本发明的目的在于提供一种前述类型的开关，其中利用该开关在不增加触点(不需要附加触点)的情况下延长开关的寿命。
根据本发明，所述目的是通过如下方式实现的，其中当该开关关闭时，在副接触件和固定触点的副接触部分已经接触之后，只有在副接触件已经在固定触点的副接触部分的表面上移动了至少2mm之后，主接触件才与固定触点的主接触部分形成机械和电接触。
采用这种方式，在可动副接触件与固定触点接触的时刻和主接触件与固定触点接触的时刻之间获得一明显的分隔。现在，所有的开关操作实际上是由副接触件而不是由主接触件来进行，在开关过程中的所有关闭和打开现象只有在副接触件和固定触点的相关副接触部分处才会发生。其结果是，副接触件损坏时，主接触件保持未被损坏。即使在切断短路电流时，由于主接触件承载大部分电流，因此主接触件保持不损坏是很重要的。并且没有损坏的主接触件也十分有助于提高开关的寿命。从电源开关技术中已经知道了仅利用灭弧触点而没有利用主触点进行开关的现象。但是在后者的情况下，没有涉及“滑动”触点而是涉及“对接”触点，因此形成了关系到不同问题的完全不同的实施方案。在本发明触点结构的情况下，通过产生的电磁力而在短路时将这些触点彼此相压。而在具有对接触点的触点结构中，这些力的作用是减小了接触压力。
本发明的开关特别适用于作为负载开关，该开关通常与保险丝串联，用于断开和限制短路电流，并且具体地说与断路器和/或限流器串联。本发明的主接触件仅在短路电流已经被限幅或限制的时候才切换。
在第一实施例中，可动的主和副触点集成在一个触点中。
在本发明的第二实施例中，固定触点的主接触部分位于第一平面内，而这些固定触点的副接触部分位于与第一平面分开一定距离并与之平行的第二平面内，主接触件移动的平面与第一平面平行并与之间隔一个小的距离，副接触件移动的平面与第二平面平行并与之间隔一个小的距离。
在本发明的第三实施例中，这些固定触点的主接触部分和副接触部分位于一个平面内，主接触件和副接触件的移动平面是一致的，而这些平面对应于固定触点的主和副接触部分的平面，副和主接触件的长度在跨接方向上是互不相同的，固定触点在开关方向上的间隔逐步减小。
可以利用固定触点的更多台阶而在移动平面内相继使用更多的副接触件，从而当开关关闭时，副接触件与固定触点的相关副接触部分基本同时接触，以便在接触开始时在副接触件上分配电流。
在欧洲专利0 281 622中指出，通过使用平行滚柱来减小在关闭操作期间出现的排斥力(排斥力是一种在大电流穿过彼此接触的两个触点时而出现的电磁力)。此处排斥力指垂直于固定触点平面而产生的力。产生的另一种力是推斥力。原则上，推斥力的物理原理是一样的，但是其方向平行于固定触点的表面。在本发明中，利用了如下事实：在有更多的平行触点时，只有在触点完全接合例如当通过短路电流的情况下，排斥力才会降低。但是只有当开关关闭时才会产生推斥力，并直接对抗着该结构，这在短路电流的情况下尤其明显，结果是，该结构必须具有比所需要的更重型的结构。
在本发明第二实施例的改进中，开关关闭时的推斥力降低，这是因为在固定触点的副接触部分和主接触部分之间形成有狭槽。
通过在固定触点中形成狭槽，使其中的电流通路按照如下方式受到影响，即与固定触点的副接触部分中的可动副接触件移动方向平行的电流通路部分的长度变小。这种长度减小导致推斥力降低，当切断短路时这一点尤其重要，任意能够在推斥力方面实现的减小直接导致更轻的结构，这从多个方面来讲都是合乎要求的。
在公开待审的德国专利申请DE 32 23 654 A1中披露，在固定触点中形成有凹槽，但是该凹槽没有穿过固定触点的整个厚度，因此没有本发明的狭槽的效果。
另外，在德国专利DE 3 504 605 C2中披露了在固定触点中形成有狭槽，但是该狭槽的功能是在打开开关时加长电弧，这不能减小移动触点的推斥力。
在所附的权利要求中描述了优选采用的狭槽的实施例。
在本发明的一个实施例中，固定触点的副接触部分被变窄成L形，沿着与移动方向相反的方向延伸的腿部的自由端用于关闭可动副接触件和形成该元件的轨道(track)。优选的是，在该腿部的自由端上形成突起，该突起从该轨道沿着离开固定触点之间的自由空间的方向延伸，当开关关闭时，可动副接触件的自由端与该突起不接触。
该突起的优点在于，在开关打开时产生的电弧的末端会迅速朝着可动副接触件位置和突起点位置移动，结果会清楚地自己显示任何损坏。但是在开关关闭时，这两个损坏部分不会彼此接触或与其它接触部分相接触，这意味着不会因为电弧导致的任何损坏而改变关闭和打开特性以及电流承载特性，其结果是延长了开关的寿命。如果没有突起，电弧会损坏触点的上升边缘，这会对关闭特性造成不利的影响。在切断短路时尤其可以观察到这种不利的影响，开关的耐用性在这一点上也会明显削弱。
在所附的权利要求中描述了优选采用的突起的实施例以及副接触件的相关部分。
以下参考附图详细描述本发明。
图1是本发明优选采用的开关的实施例的透视图；
图2是图1的开关的前视图。
图1和图2中的开关由固定触点组和可动触点组构成。在该实施例中，固定触点组包括一对固定触点1，2，它们每一个分别具有连接固定部分3，4和位于自由端处的接触部分。这些固定触点1，2可连入其电流必须切换为开和关的电路和网络。固定触点1，2的接触部分包括主接触部分5，6和副接触部分7，8。主接触部分5，6分开设置，从而不会在它们之间产生电弧。主接触部分5，6之间的距离小于固定触点1，2的副接触部分7，8之间的距离。固定触点1，2的主接触部分5，6以及副接触部分7，8其构成的方式为：从关闭侧(在图的左侧)看，固定触点1和2的接触部成阶梯形结构。
可动主接触件9，10与固定触点1和2的主接触部分5，6相互作用，而可动副接触件11，12与固定触点的副接触部分7，8相互作用。在打开位置中，如在这些图中所示一样，主接触件9，10是相互分开的，其距离比固定触点1，2的主接触部分5，6的厚度略小。这一情况也同样相应地适用于副接触件11，12和固定触点1和2的副接触部分7，8。
主接触件和副接触件9，10和11，12分别容纳在支架13中，该支架由接点托架(未显示)支撑和移动。图中没有显示以接点托架作为其一部分的移动机构，因为这种机构可以由本领域技术人员按照多种方式来实现。该开关也可以自动打开和关闭。
可动主接触件9，10的长度小于固定触点1，2的固定副接触部分7，8之间的间距，并且可动主接触件9，10由触点托架总是保持在这样一个位置中，从而主接触件9，10在开关的每一个位置中都保持与固定触点1，2的固定副接触部分7，8脱离。另一方面，可动副接触件11，12比固定触点1，2的固定副接触部分7，8之间的所述间距长，但是在开关处于打开位置中时，它当然也不会与固定触点1，2的副接触部分7，8相接触。
可动副接触件11，12和可动主接触件9，10由支架13和弹性元件14以这样的方式保持不动，从而使得可动副接触件11，12之间的间距略小于固定触点1，2的固定副接触部分7，8的厚度，而可动主接触件9，10的间距略小于固定触点1，2的固定主接触部分5，6的厚度。可动副和主接触件由弹性元件14在该位置施加预应力。
在打开位置中，可动副和主接触件11，12和9，10分别完全与固定触点1，2的接触部分相脱离。当开关已经进入关闭位置时，支架13朝着固定触点1，2(朝着图1和2的右侧)移动，并且副接触件11，12和主接触件9，10在该操作过程中会依次与固定触点1和2的相关副接触部分7，8和主接触部分5，6相接触。在该关闭移动期间，副接触件11，12首先在弹性应力作用下在固定触点1，2的副接触部分7，8的面对它们的那些表面上滚动，然后主接触件9，10在弹性应力的作用下在固定触点1，2的主接触部分5，6的面对它们的那些表面上滑动。在最后的关闭位置，主接触件9，10在所需的接触压力作用下与固定触点1，2的主接触部分5，6相接触，从而所述主接触部分5，6之间的距离通过电流通道而跨接。这也适用于被可动副接触件所跨接的距离，结果是它们也承载同样的电流。
在关闭过程中，副接触件11，12首先与固定触点1和2的副接触部分7，8相接触，然后主接触件9，10与所述固定触点1，2的主接触部分5，6接触。优选的是，考虑到副接触件和固定触点的副接触部分相互接触的时间，只有当副接触件11，12在副接触部分7，8的表面上已经移动了至少2mm的长度之后，主接触件9，10才与固定触点1，2的相关主接触部分5，6形成机械和电接触。通过这种方法实现了主和副接触件功能的良好分离。在进一步关闭的过程中，所移动的至少2mm的距离足以防止在移动主接触部分9，10与固定的主接触部分5，6形成导电式接触的时候发生任何电弧而损坏所述主接触部分。因为所有的开关操作都是尽可能地利用副接触件来进行的，因此实际上所有的电弧现象和开关过程中的其他关闭及打开现象都会发生在副接触件和固定触点1，2的副接触部分之间。因此，从逻辑上讲只能损坏副接触件和副接触部分，从而主接触件和主接触部分不会损坏。因此，副接触件被称之为灭弧触点(arcing contact)。因为主触点承载大部分电流，因此该触点保持不损坏是很重要的，其结果是，延长了开关的寿命。
为了更容易地关闭开关(防止颤动)，所有的接触表面优选都设有升高的边缘。
该开关特别适合于关闭非常高的短路电流，例如可达100kA。为此，副接触件11，12可以构成为滚动触点。因为开关现象尽可能地发生在滚动触点11，12和固定触点1，2的副接触部分7，8之间，因此主接触件9，10可以构成为普通的滑动触点，结果是，在关闭位置可以获得非常低的过渡电阻。
在上面描述并且在图1和2中显示的实施例中，固定触点1，2的主和副接触部分5，6和7，8分别均位于一个平面内，可动主和副接触件9，10和11，12分别相继设置，并且在与固定触点1，2的主和副接触部分5，6和7，8的平面平行的移动平面内移动。显然，穿过相关可动接触件中心线的平面与固定主和副接触部分5，6和7，8的平面之间的距离取决于可动主和副接触件的厚度以及可动接触件垂直于移动平面所需的移动。这种垂直移动是由可动接触件造成的，以便能够在预应力的作用下与固定触点的相关固定接触部分相接触。
在另一个实施例中，固定触点1，2的主接触部分5，6位于第一平面内，固定触点1，2的副接触部分7，8位于和第一平面平行并具有一定距离的第二平面内。可动主接触件9，10的中心线在与第一平面平行并相距一个短距离的平面内移动。副接触件11，12的移动平面与第二平面平行延伸，并相距一个短距离。采用小距离的考虑与图1和2中显示的在主和副接触件相继设置的情况中所述距离相同。为了减少开关关闭时的冲程，固定触点1，2的主和副接触部分5，6和7，8分别彼此重叠相距一定距离。这也分别适用于可动副接触件和可动主接触件11，12和9，10。
在图1和2所示的实施例中，在副接触部分7，8之间形成狭槽15，在固定触点1，2的主接触部分5，6之间形成狭槽16。该狭槽的结果是，固定触点内的电流通路沿着与接触滚轮11，12关闭移动方向相反的方向推移，从而使得电流通路与固定触点1，2的副接触部分7，8中的可动副接触件11，12移动方向平行的部分的长度变小。这种长度的减小导致与副接触件11，12或接触滚轮11，12平行的可动触点组上的推斥力在开关关闭时变小。狭槽15，16朝着左侧推移越远，电流通路的所述部分的长度变得越小。当关闭短路时，推斥力降低是重要的，狭槽导致的推斥力的任何减少的直接结果是可以使用重量更轻的结构，这从许多方面来讲都是理想的。优选的是，狭槽15，16打开进入分别被副和主接触件11，12和9，10跨接的固定触点1，2之间的空间。
狭槽15，16不与可动副和主接触件的移动方向平行。狭槽15，16的长度优选与可动副接触件和固定触点的副接触部分在关闭过程中的轨迹接触区的尺寸相同或比其更大。换句话说，狭槽延伸越过固定触点1，2的副接触部分7，8。在所示的实施例中，狭槽15，16的在副接触部分7，8之间间隙处开始的第一部分是弧形的，该第一部分之后是一个优选相对于固定触点1，2的中心线倾斜的直线部分。从图2中可以清楚地看到狭槽15，16的形状。图中箭头P也显示了狭槽的最小长度。狭槽15，16的弧形的优点在于，可动副接触件11，12可以在关闭平面内尽可能近地靠近可动主接触件9，10来设置(前后设置更靠近)，结果整个开关可以更紧凑。
固定触点1，2在部分17的位置变窄，结果形成L形副接触部分，其自由腿部在两侧形成可动副接触件11，12的轨道和接触表面。这种设置的优点在于，当开关打开时电弧散出。优选的是，例如通过倒圆或倒角，使得可动副接触件11，12点处相对于固定触点来说是自由的。在副接触部分7，8的自由端上形成离开固定触点1，2的固定副接触部分7，8之间的间隙而延伸的突起18。当副接触件11，12在固定副接触部分7，8上移动时，突起18面对可动副接触件11，12的表面保持为在关闭的过程中与可动副接触件11，12相脱离。
所述突起18的优点在于，当开关打开时产生的电弧末端会快速移动至副接触件11，12处和突起18处，结果只有突起和副接触件11，12处会损坏。但是当切换时，与突起18没有接触，从而电流开关的打开和关闭特性不会因为电弧而改变，结果进一步延长了开关的寿命。具体地说，如果没有该突起，该电弧会损坏固定触点1，2的副接触部分7，8的上升边缘，这会对关闭特性尤其是当关闭短路时的特性有极大的不利影响。
优选的是，在重叠区中副接触件11，12的自由端和突起18之间的距离朝着外侧增大。可以通过将副接触件(在该实施例中是接触滚轮)在端部圆角化(特别是在副接触件11，12和突起18的重叠区内)来实现这一点。
在优选采用的实施例中，突起18朝着自由端是逐渐变窄。因为该突起变窄，因此当副接触件和突起18燃烧时不会产生令人烦恼的滴流。

Claims (15)

1.一种带有固定触点组和可动触点组的开关，该固定触点组包括至少一对分开设置并且每一个都具有副接触部分和主接触部分(分别为7，8和5，6)的固定触点(1，2)，可动触点组包括至少一个副接触件(11，12)和主接触件(9，10)，它们在开关关闭时在机械预应力的作用下分别与固定触点(1，2)的副接触部分和主接触部分(分别为7，8和5，6)的表面接触，并且跨接相互面对的自由端边缘之间的距离，当开关关闭时，副接触件(11，12)和主接触件(9，10)基本上分别与固定触点对(1，2)的副和主接触部分(分别为7，8和5，6)同时接触，其特征在于，当开关关闭时，在副接触件(11，12)和固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)已经接触之后，只有在副接触件(11，12)已经在固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)的表面上移动了至少2mm时，主接触件(9，10)与固定触点(1，2)的主接触部分(5，6)才形成机械和电接触。
2.如权利要求1的开关，其特征在于，可动主和副接触件集成在一个接触头中。
3.如权利要求1或2的开关，其特征在于，固定触点(1，2)的主接触部分(5，6)位于第一平面内，而该固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)位于和第一平面有一定距离并与其平行的第二平面内，主接触件(9，10)移动的平面与第一平面平行并与其间隔一个小的距离，副接触件(11，12)移动的平面与第二平面平行并与其间隔一个小的距离。
4.如权利要求1或2的开关，其特征在于，固定触点(1，2)的主接触部分(5，6)和副接触部分(7，8)位于一个平面内，主接触件(9，10)和副接触件(11，12)的移动平面与固定触点(1，2)的主和副接触部分(分别是5，6和7，8)的平面平行并相距一个小距离，其中副和主接触件(分别是11，12和9，10)的长度在跨接方向上是互不相同的，固定触点(1，2)在开关方向上的间隔呈阶梯式减小，其中，在固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)和主接触部分(5，6)之间形成狭槽(15，16)。
5.如权利要求4的开关，其特征在于，该狭槽打开进入要被跨接的固定触点之间的间隙。
6.如权利要求4或5的开关，其特征在于，狭槽(15，16)相对于可动触点组(9，10，11，12)的移动方向以不同于0的角度延伸。
7.如权利要求4，5或6的开关，其特征在于，狭槽(15，16)沿着固定触点(1，2)中心线方向延伸的距离与该中心线方向上的副接触件(11，12)和固定触点(1，2)的副接触部分(7，8)在关闭过程中轨道接触区的尺寸相同或比其更大。
8.如权利要求4，5，6或7的开关，其特征在于，该狭槽与固定触点之间的间隙毗邻的部分为弯曲段形状。
9.如权利要求7的开关，其特征在于，狭槽的弯曲段形状部分之后是相对于固定触点的中心线倾斜的基本直的部分。
10.如权利要求1-9中任一项的开关，其特征在于，固定触点的副接触部分(在17处)变窄为L形，腿部(7，8)的与移动方向相反延伸的自由端用于关闭可动副接触件(11，12)和形成副接触件(11，12)的轨道。
11.如权利要求10的开关，其特征在于，在腿部(7，8)的自由端上形成突起(18)，该突起(18)从该轨道沿着离开固定触点之间的自由空间的方向延伸，当开关关闭时，副接触件(11，12)的自由端与突起(18)不相接触。
12.如权利要求11的开关，其特征在于，副接触件(11，12)的自由端延伸超过轨道(7，8)，并且当开关关闭时以一定距离与该突起(18)重叠。
13.如权利要求12的开关，其特征在于，副接触件(11，12)的自由端与突起(18)之间在该重叠区内的距离朝着外侧变大。
14.如权利要求12的开关，其特征在于，在副接触件(11，12)和突起(18)的重叠区内，副接触件(11，12)在端部被倒角或倒圆。
15.如权利要求12-14中任一项的开关，其特征在于，该突起(18)朝着其自由端逐渐变细。
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