CN210779219U - 一种具有灭弧能力的直流插头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有灭弧能力的直流插头，包括插头外壳，插头外壳内设有第一灭弧腔室和第二灭弧腔室，插头外壳内具有三条线路，分别为正极、PE线、负极，其中PE线之间贯穿插头外壳外接插脚，正极和负极分别接入第一灭弧腔室和第二灭弧腔室，第一灭弧腔室和第二灭弧腔室内分别设有与正极或负极可开断的灭弧触头，灭弧触头穿过第一灭弧腔室或第二灭弧腔室外接插脚。与现有技术相比，本实用新型的一种具有灭弧能力的直流插头，在插头内部设置了两个独立灭弧腔室，避免正负两极产生的电弧交融，形成短路，显著提高了直流插头插座的灭弧能力，提高了插座供电回路的稳定性，可以应用在直流负荷较大的情况。

Description

一种具有灭弧能力的直流插头

技术领域

本实用新型涉及一种具有灭弧能力的直流插头，属于直流电器技术领域。

背景技术

随着风力发电、光伏发电的发展以及国家对直流供电的支持，直流微电网系统正在快速发展，普通的直流设备的插头及供电插座作为直流电器与直流微电网的连接桥梁，目前没有统一的标准。当前直流接口多为对插头及插座的改造，其改造的方式及成本导致其不能广泛应用。如航空插头与面板的改造版本，不具有广泛推广的价值。

现有DC电源插座各组件的都是通过人工手动组装，这样安装不方便、安装速度慢，效率低下，也会导致组件与DC电源插座主体连接强度较低，难以满足市场快速发展的需求。在插头从插座中拔出或插入时，由于电压差的存在会导致电弧的产生，交流电供电时，即使有电弧产生，也会因为交流电周期性过零而自然消失，然而直流电不像交流电一样存在自然过零点，一旦产生直流电弧就很难自然熄灭。电弧的温度可达数千摄氏度，容易导致材料的烧蚀，直接影响直流插头插座的可靠性和使用寿命，此外插脚和插孔处产生的电弧可能还会引起窜电现象，容易引发误动作而损坏电气设备，甚至有可能引起火灾，严重威胁人身和财产安全。尤其是在直流负荷较大条件下的直流插头插座，在插拔过程中产生的电弧更大，危害更严重，如何快速安全地熄灭电弧是必须要解决的问题。

目前的直流插头插座专利，如“一种直流专用自带灭弧装置的插座及其配套插头”(CN 205621957)，在插座内部设置了灭弧装置，通过灭弧导体和导电导体来消除电压差从而达到防止电弧产生的效果。但是由于其灭弧回路中使用了电力电子器件，所以其灭弧能力受到限制，并且其需要对灭弧回路充电才能完成防止电弧产生的效果，不利于使用时的便捷性和可靠性；“数据中心或家用的直流插座及其多位直流插座”(CN 204289913)，采用压力控制模块控制插接孔的供电情况，避免直流插头插座在带电状态下进行插拔而引起电弧的现象。但是其没有熄灭电弧的功能，同时其通过压力控制模块来控制电路是否导通，容易出现电路接通不牢靠的情况，不利于使用时的安全性和稳定性。“一种具有强灭弧能力的直流插头插座及操作方法” (CN 109546427 A)，同时对插座和插头进行了改造，该插座插头连接处形状奇异，安装不便，不利于广泛推广；并且其正负极灭弧装置设置在同一个灭弧腔内，极易在灭弧过程中出线电弧交融，形成短路，导致插座供电回路的断路器跳闸。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是直流插头插座在插拔过程中产生的电弧更大，危害更严重，而提供一种具有灭弧能力的直流插头。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种具有灭弧能力的直流插头，包括插头外壳，所述插头外壳内设有第一灭弧腔室和第二灭弧腔室，插头外壳内具有三条线路，分别为正极、PE线、负极，其中PE线之间贯穿插头外壳外接插脚，所述正极和负极分别接入第一灭弧腔室和第二灭弧腔室，所述第一灭弧腔室和第二灭弧腔室内分别设有与正极或负极可开断的灭弧触头，灭弧触头穿过第一灭弧腔室或第二灭弧腔室外接插脚。

作为更进一步的优选方案，所述第一灭弧腔室和第二灭弧腔室内均设有连接灭弧触头的复位弹簧，复位弹簧牵引灭弧触头脱离正极或负极。

作为更进一步的优选方案，贯穿第一灭弧腔室和第二灭弧腔室各设置有拉杆，拉杆位于第一灭弧腔室或第二灭弧腔室内的一端接触灭弧触头，位于第一灭弧腔室或第二灭弧腔室外的一端设有自锁自复位按钮。

作为更进一步的优选方案，所述第一灭弧腔室和第二灭弧腔室内均设有一个永磁铁。

与现有技术相比，本实用新型达到的有益效果是：

(1)本实用新型在插头内部设置了两个独立灭弧腔室，避免正负两极产生的电弧交融，形成短路，显著提高了直流插头插座的灭弧能力，提高了插座供电回路的稳定性，可以应用在直流负荷较大的情况。

(2) 本实用新型插头对电源插座的要求极小，所要求插座在外形及尺寸上与市面上交流插座一致，具有结构简单，使用方便的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是拉杆不受力状态下自锁自复位按钮的动作示意图；

图3是拉杆受力状态下自锁自复位按钮的动作示意图；

其中，1-正极；2-PE线；3-负极；4-灭弧触头；5-自锁自复位按钮；6-永磁铁；7-复位弹簧；8-插头外壳；9-第一灭弧腔室；10-第二灭弧腔室；11-拉杆；12-插脚；13-插孔；14-插座外壳；15-固定齿轮；16-活动齿轮；17-插座壁上凸起导轨；18-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图实施例对本发明进行详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明一种具有强灭弧能力的直流插头，包括插脚12、插头外壳8、第一灭弧腔室9、第二灭弧腔室10和自锁自复位按钮5组成，插脚12采用两极带接地设置；在直流插头内部设计有两个独立灭弧腔室，即第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10，正负极分别灭弧，避免灭弧过程中电弧交融形成短路，提高了其灭弧能力及供电回路稳定，使得直流插头及插座回路在直流大负荷的工作场景下稳定运行；所述直流插头包括插头外壳8，设置在插头外壳8内部的第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10，自锁自复位按钮5设置在插头外壳8两侧侧壁上，伸出插头外壳8的插脚12；所述第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10内有灭弧触头4、永磁铁6和复位弹簧7，其中永磁铁6设置在第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10的内部侧壁上，复位弹簧7一端设置在灭弧触头4上端，另一端设置在第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10的侧壁上，自锁自复位按钮5通过拉杆11与灭弧触头4中部连接，拉杆11两端分别固定在自锁自复位按钮5和灭弧触头4上；所述插脚12采用两极带接地设置，两极分别和两个灭弧触头4相连，接地极与地线2相连。

自锁自复位按钮5通过导杆11带动灭弧触头4的接通和打开，两个灭弧触头4在通电和打开时产生的直流电弧将分别在不同灭弧腔室内永磁铁6产生的磁场的作用下被拉长，从而使得维持电弧所需的电压高于灭弧触头4两端的电压，同时避免正负极产生的电弧相互交融，进而实现电弧的快速熄灭。所述直流插座包括插座外壳14，外观大小与现有普通家用办公插座一致，插座外壳14上部开有与直流插头外形尺寸相匹配的空腔，空腔中部开有与插脚12外形尺寸相匹配的插孔13。

在直流插头内部设计有两个独立灭弧腔室，正负极分别灭弧，避免灭弧过程中电弧交融形成短路，提高了其灭弧能力及供电回路稳定，使得直流插头及插座回路在直流大负荷的工作场景下稳定运行；第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10内有灭弧触头4、复位弹簧7、永磁铁12和拉杆11，拉杆11连接自锁自复位按钮5，受自锁自复位按钮5的操纵沿水平方向移动以控制灭弧触头4的接通或者打开，进而实现直流插头内部电路的导通和关闭。永磁铁6在第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10内部产生特殊位形的磁场分布，这样灭弧触头4在通电状态下打开时产生的直流电弧将在永磁铁6产生的磁场的作用下被拉长，使得维持电弧所需的电压高于灭弧触头4两端的电压，同时避免正负极产生的电弧相互交融形成供电回路短路，进而实现电弧的快速熄灭，提高了供电回路的稳定性。直流插座包括插座外壳14，插座外壳14上部开有与直流插头外形尺寸相匹配的空腔，空腔中部开有与插脚12外形尺寸相匹配的插孔13。直流插头左右两侧面设置有自锁自复位按钮5，自锁自复位按钮5通过拉杆11连接灭弧触头4，自锁自复位按钮5和拉杆11能够在电路导通期间保持灭弧触头4的接通位置，拉杆11采用非导电材料制成。关合电路时，首先将直流插头插入直流插座，此时由于灭弧触头4未接通，虽然插脚12已经和插孔13处于连接状态，但是整个电路中没有电流通过；接着同时向内按压两侧的自锁自复位按钮5，自锁自复位按钮5会通过导杆11向内挤压灭弧触头4，电路形成通路；灭弧触头4上方有复位弹簧7，复位弹簧7一端固定在灭弧腔室的内壁上，另一端与灭弧触头4相连，在灭弧触头4未接通时，复位弹簧7处于压缩状态，电路导通时复位弹簧7处于拉长状态。

自锁自复位按钮5及拉杆11的运动原理类似于按动圆珠笔，具体原理如下：

如图2所示，导杆11处于非受力状态，此时灭弧触头4处于断开状态。插座壁上凸起导轨17位于固定齿轮15和活动齿轮16上的导轨槽内，固定齿轮15的齿尖位于活动齿轮16的齿斜面上，手指按压按钮5，按钮5带动固定齿轮15向内移动，活动齿轮16的齿斜面上受到固定齿轮15的齿尖的作用力，使活动齿轮16产生转动的趋势，插座壁上凸起导轨17限制活动齿轮16转动，随着固定齿轮15和活动齿轮16沿着插座壁上凸起导轨17向内移动，活动齿轮16带动拉杆向内移动，直到插座壁上凸起导轨17移出活动齿轮16上的导轨槽，此时活动齿轮16发生转动，使其斜齿缺口嵌于导轨顶部，此时导杆11已向内移动一段距离，灭弧触头4处于闭合状态，弹簧18处于压缩状态；如图3所示；此时固定齿轮15的齿尖位于活动齿轮16的其它齿斜面上，再次按压按钮5，活动齿轮16的齿斜面上受到固定齿轮15的齿尖的作用力，使活动齿轮16产生转动的趋势，插座壁上凸起导轨17限制活动齿轮16转动，随着固定齿轮15和活动齿轮16沿着插座壁上凸起导轨17向内移动一小段距离，直到插座壁上凸起导轨17移出活动齿轮16上的斜齿缺口，此时活动齿轮16发生转动，使插座壁上凸起导轨17重新嵌入活动齿轮16上的导轨槽，此时在弹簧18的作用下活动齿轮轮16向外移动，导杆11失去作用力，灭弧触头4在复位弹簧7的作用下断开回路。

需要关合电路时，关合电路的操作分两步进行：

第一步将直流插头插入直流插座，由于此时灭弧触头4尚未接通，所以插头插座仍旧处于断电状态，有效地避免了在带电状态下接入时因为可能发生抖动而在插脚12和插座插孔13处产生电弧的现象；

第二步拇指和食指同时向内按下插头外壳8两侧侧壁上的自锁自复位按钮5，此时拉杆11在自锁自复位按钮5的带动下同时向内运动从而接通两个灭弧触头4，直流插头插座中电路导通，自锁自复位按钮5位置锁死，关合电路的操作完成；同时自锁自复位按钮5位置锁死，使其在电路导通期间处于稳定的连接状态。

需要打开电路时，首先拇指和食指同时向内按下插头外壳8两侧侧壁上的自锁自复位按钮5，此时自锁自复位按钮5复位，两个灭弧触头4受到复位弹簧7拉力的作用而打开，电路断开，然后将直流插头从直流插座中拔出，完成打开电路的操作；这样使得在直流插头拔出之前整个插头插座内部已经没有电流，从而避免了在带电状态下拔出时在插脚12和插孔13处产生电弧的现象，提高了设备的安全性和插座供电回路的稳定性。

需要打开电路时，首先再次同时向内按压两侧的自锁自复位按钮5，松开外力，自锁自复位按钮5复位，导杆11失去外力，灭弧触头4在复位弹簧7的拉力作用下断开连通的电路，正负两极同时断开。在第一灭弧腔室9和第二灭弧腔室10内，由于两个灭弧触头4在分开正负两极时会出现直流电弧，电弧在永磁铁6产生的磁场的作用下被拉长，电弧快速熄灭，最后将直流插头从直流插座中拔出，完成打开电路的操作。在直流插头插座的整个使用过程之中，由于使用了灭弧触头4来控制内部电路的接通和打开，有效地避免了插脚12和插孔13在带电状态下进行插拔而引起电弧产生的现象。同时，正负极产生的的电弧不会相互交融，避免供电回路由于电弧交融形成短路造成供电侧断路器跳闸。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有灭弧能力的直流插头，其特征在于：包括插头外壳（8），所述插头外壳（8）内设有第一灭弧腔室（9）和第二灭弧腔室（10），插头外壳（8）内具有三条线路，分别为正极（1）、PE线（2）、负极（3），其中PE线（2）之间贯穿插头外壳（8）外接插脚（12），所述正极（1）和负极（3）分别接入第一灭弧腔室（9）和第二灭弧腔室（10），所述第一灭弧腔室（9）和第二灭弧腔室（10）内分别设有与正极（1）或负极（3）可开断的灭弧触头（4），灭弧触头（4）穿过第一灭弧腔室（9）或第二灭弧腔室（10）外接插脚（12）。

2.根据权利要求1所述的一种具有灭弧能力的直流插头，其特征在于：所述第一灭弧腔室（9）和第二灭弧腔室（10）内均设有连接灭弧触头（4）的复位弹簧（7），复位弹簧（7）牵引灭弧触头（4）脱离正极（1）或负极（3）。

3.根据权利要求2所述的一种具有灭弧能力的直流插头，其特征在于：贯穿第一灭弧腔室（9）和第二灭弧腔室（10）各设置有拉杆（11），拉杆（11）位于第一灭弧腔室（9）或第二灭弧腔室（10）内的一端接触灭弧触头（4），位于第一灭弧腔室（9）或第二灭弧腔室（10）外的一端设有自锁自复位按钮（5）。

4.根据权利要求1或3所述的一种具有灭弧能力的直流插头，其特征在于：所述第一灭弧腔室（9）和第二灭弧腔室（10）内均设有一个永磁铁（6）。

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