CN214624939U - 一种换流断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种换流断路器，其中，包括壳体、第一端子、第二端子、动触头、静触头、固态开关电路、导电件以及偏压件；动触头转动的设置在壳体上，静触头设置在壳体上；固态开关电路一端与第二端子和/或静触头电连接，另一端与导电件电连接；导电件相对于壳体为活动设置，导电件的运动轨迹与动触头的转动路径存在交集；偏压件一端与导电件相连；动触头的转动过程具有两个阶段，第一阶段,为导电件处于运动状态，导电件在偏压件的偏压力作用下与动触头，以使固态开关电路与动触头呈电连接状态；第二阶段,为导电件处于静止状态，动触头与导电件存在间隙，以使固态开关电路与动触头呈断路的状态；本实用新型具有导电件与动触头配合稳定的特点。

Description

一种换流断路器

技术领域

本实用新型涉及一种换流断路器。

背景技术

断路器作为一种保护开关，主要用于保护电路避免一些例如短路、过载等等故障情况发生。

传统的纯机械断路器在一些故障发生时进行分断，动、静触头之间的电弧较大，容易烧损触头。

而作为比较新兴的固态断路器(纯电子)，虽然可以解决电弧产生的问题，但存在耗能大、需要庞大的冷却系统对电子部分进行散热等问题，现阶段不利于大范围推广使用。

随着断路器领域技术人员不断的研究，设计出了一种混合型的断路器，即电子与机械结合的断路器，利用机械为主、电子为辅的方式，可以大大降低对触头的烧损。

例如CN111799752A，公开了一种混合开关，它包含了机械触头部分、固态开关电路部分，固态开关电路并联在机械主回路(由进线端、静触头、动触头、出线端构成的回路)上，固态开关具有一个触发开关。在分闸时，动触头运动到一定位置接触触发开关，使得固态开关电路储能并且导通，电流转移到固态开关电路上，随着动触头继续打开，动、静触头之间的电流路径逐渐减弱，待动触头完全脱离导电部件(固态电路的电流路径)，即从而完成整个分断过程。

在合闸时，动触头运动到一定位置接触触发开关，使得固态开关电路储能并且导通，电流会先通过固态开关电路形成流动路径上，随着动触头继续运动接触到静触头时(动触头与触发开关已经脱离，固态电路断路)，主回路连通，即从而完成整个闭合过程。这样做可以极大程度的减少对动、静触头的烧蚀。

但此种结构也存在一个问题，由于在该专利中导电部件为夹片结构(与壳体为静止设置的)，无论在整个合闸、分闸过程中，动触头需要在夹片结构内部运动很长一端距离，因此摩擦力相对来说会比较大；假如夹片结构做得太过松动，虽然有利于动触头的运动，但固态电路很有可能会出现不稳定的情况；假如夹片设计的太过紧，那无疑会影响动触头的运动。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种导电效果较为稳定的换流断路器。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种换流断路器，其中，包括壳体、第一端子、第二端子、动触头、静触头、固态开关电路、导电件以及偏压件；

动触头转动的设置在壳体上，其一端与第一端子电连接；

静触头设置在壳体上，其一端与第二端子电连接；

固态开关电路一端与第二端子和/或静触头电连接，另一端与导电件电连接；

导电件相对于壳体为活动设置，导电件的运动轨迹与动触头的转动路径存在交集；

偏压件一端与导电件相连；

动触头的转动过程具有两个阶段，

第一阶段,为导电件处于运动状态，导电件在偏压件的偏压力作用下与动触头接触，以使固态开关电路与动触头呈电连接状态；

第二阶段,为导电件处于静止状态，动触头与导电件存在间隙，以使固态开关电路与动触头呈断路的状态。

无论是在分闸还是合闸的过程中，动触头的转动分为两个阶段，第一阶段为与导电件接触的阶段，第二阶段为导电件运动的极限位置(静止状态)时的分离阶段，可以保证固态开关电路与动触头之间电连接的通、断。由于导电件采用活动设置，在第一阶段时，导电件与动触头都在运动且两者接触，保证了固态开关电路的电连接稳定。

现有技术中由于导电部件为固定在壳体上的，因此动触头在运动过程时与其接触，两者之间产生的直接摩擦力会非常的大。而采用本专利的上述结构，由于动触头转动的第一阶段期间(也就是动触头与导电件在接触的过程中)，由于导电件为运动状态(处于运动的)，因此动触头与导电件之间的摩擦力会相比于现有技术中的摩擦力小很多。

其中，所述导电件为沿一直线滑动方式设置在壳体上。

其中，所述导电件为转动设置在壳体上。

其中，动触头包括触头本体以及位于其端部位置的动触点，导电件位于动触点与动触头的转动中心之间；导电件具有与触头本体接触的接触部，用以完成第一阶段的动作。

其中，动触头具有一触头分支，触头分支位于动触头的转动中心与第一端子之间；导电件具有与触头分支接触的接触部，用以完成第一阶段的动作。

其中，还包括导电件外壳，导电件外壳与壳体固定，导电件用于与动触头接触的部分超出导电件外壳设置。

其中，导电件外壳与壳体之间为螺钉配合或卡接配合或为一体件。

其中，所述导电件用以与动触头接触的接触部位于动触头的正上方或正下方。

其中，导电件位于动触头的左侧和/或右侧，导电件的一侧表面用以与触头本体配合完成第一阶段的动作。

其中，导电件整体位于动触头的上方区域或下方区域。

其中，导电件上设有与动触头完成第一阶段动作的导电触点。

其中，所述接触部为弹性夹持部，弹性夹持部用于夹持动触头完成第一阶段的动作；所述弹性夹持部对动触头的夹持力为F1，动触头反向运动挣脱弹性夹持部的力为F2，F1不大于F2。

其中，所述接触部为一凹槽，凹槽可供动触头伸入，凹槽底面和/或凹槽侧面用以与动触头接触，完成第一阶段的动作。

其中，所述导电件用以完成第一阶段的动作的侧表面靠近动触头处具有过渡面，过渡面为斜面或曲面。

其中，壳体上具有限位结构，所述限位结构限制导电件运动到极限位置时处于静止状态。

其中，所述动触头上设有辅助触点，辅助触点用于与导电件接触完成第一阶段的动作。

其中，所述偏压件为弹片、弹簧、扭簧其中的一种或任意两种的组合。

其中，所述导电件至少为两个。

其中，所述导电件至少为两个，偏压件的数量与导电件相同，在动触头处于第一阶段状态,所有导电件均与动触头接触，在动触头处于第二阶段状态，所有导电件均与动触头存在间隙。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的换流断路器动触头处于第二阶段的原理图；

图2为本实用新型实施例1的换流断路器动触头处于第一阶段的原理图；

图3为本实用新型实施例1的换流断路器动触头处于合闸状态的原理图；

图4为本实用新型实施例1的换流环路器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例1中动触头与导电件的变形方案一；

图6为本实用新型实施例1中导电件的变形方案二；

图7为本实用新型实施例1中导电件的变形方案三；

图8为本实用新型实施例2的结构示意图；

图9为本实用新型实施例3的动触头处于第二阶段结构的原理图；

图10为本实用新型实施例4的动触头处于第二阶段结构的原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种换流断路器，其中，包括壳体、第一端子、第二端子、动触头、静触头、固态开关电路、导电件以及偏压件；动触头转动的设置在壳体上，其一端与第一端子电连接；静触头设置在壳体上，其一端与第二端子电连接；固态开关电路一端与第二端子和/或静触头电连接，另一端与导电件电连接；导电件相对于壳体为活动设置，导电件的运动轨迹与动触头的转动路径存在交集；偏压件一端与导电件相连；动触头的转动过程具有两个阶段，第一阶段,为导电件处于运动状态，导电件在偏压件的偏压力作用下与动触头接触，以使固态开关电路与动触头呈电连接状态；第二阶段,为导电件处于静止状态，动触头与导电件存在间隙，以使固态开关电路与动触头呈断路的状态。

无论是在分闸还是合闸的过程中，动触头的转动都分为两个阶段，第一阶段为与导电件接触的阶段，第二阶段为导电件运动到极限位置(静止状态)时的分离阶段，可以保证固态开关电路与动触头之间电连接的通、断。

现有技术中由于导电部件为固定在壳体上的，因此动触头在运动时与其接触，两者之间产生的直接摩擦力会非常的大。而采用本专利的上述结构，由于动触头转动的第一阶段期间(也就是动触头与导电件在接触的过程中)，由于导电件为运动状态(处于运动的)，因此动触头与导电件之间的摩擦力会相比于现有技术中的摩擦力小很多。

导电件设置方式有很多种，以下提供了两种可选的方式：

方式一，滑动方式：

在滑动方式中，导电件可以沿一直线滑动的方式设置，这种设置方式就是将导电件的接触部(用来与动触头接触的部分)设置在动触头的正上方或者正下方，导电件通过偏压件与一静态的结构相连，静态的结构可以是例如壳体、导电件的壳体相连；

当动触头由分闸朝向合闸转变时，动触头由第二阶段过渡到第一阶段，动触头逐步运动接触到接触部使得偏压件形变，导电件在偏压件的作用下始终与动触头接触，最终动触头达到合闸位置。

当动触头由合闸朝向分闸转变时，也就是动触头由第一阶段过渡到第二阶段，在第一阶段期间，偏压件的偏压力驱动导电件紧贴着动触头运动。当导电件到达极限位置(处于静止状态时)，由于动触头还在继续运动，动触头与导电件之间的间隙会逐渐变大，最终达到第二阶段，足以使得动触头与固态开关电路之间断路。

作为滑动方式的另一种形式，导电也可以采用设置在动触头的一侧或者两侧，导电件通过偏压件与一静态的结构相连，静态的结构可以是例如壳体、导电件的壳体；

此时导电件用来与动触头接触的面为一侧表面，当动触头由分闸朝向合闸转变时，动触头由第二阶段过渡到第一阶段，动触头逐步运动接触到导电件的侧表面使得偏压件形变，导电件在偏压件的作用下始终与动触头接触，最终动触头达到合闸位置。

当动触头由合闸朝向分闸转变时，也就是动触头由第一阶段过渡到第二阶段，在第一阶段期间，偏压件的偏压力驱动导电件紧贴着动触头运动。当导电件到达极限位置(处于静止状态时)，由于动触头还在继续运动，动触头与导电件之间的间隙会逐渐变大，最终达到第二阶段，足以使得动触头与固态开关电路之间断路。

方式二，转动方式：

在转动方式中，导电件具有旋转中心，这种设置方式就是将导电件的接触部(用来与动触头接触的部分)设置在动触头的正上方或者正下方，导电件通过偏压件与一静态的结构相连，静态的结构可以是例如壳体、导电件的壳体相连；

当动触头由分闸朝向合闸转变时，动触头由第二阶段过渡到第一阶段，动触头逐步运动接触到接触部使得偏压件形变，导电件在偏压件的作用下始终与动触头接触，最终动触头达到合闸位置。

当动触头由合闸朝向分闸转变时，也就是动触头由第一阶段过渡到第二阶段，在第一阶段期间，偏压件的偏压力驱动导电件紧贴着动触头运动。当导电件到达极限位置(处于静止状态时)，由于动触头还在继续运动，动触头与导电件之间的间隙会逐渐变大，最终达到第二阶段，足以使得动触头与固态开关电路之间断路。

这种转动的方式导电件的旋转方向可以是跟动触头的旋转方向是一致的，也可以是反向。

作为转动方式的另一种形式，导电也可以采用设置在动触头的一侧或者两侧，导电件通过偏压件与一静态的结构相连，静态的结构可以是例如壳体、导电件的壳体；

此时导电件用来与动触头接触的面为一侧表面，当动触头由分闸朝向合闸转变时，动触头由第二阶段过渡到第一阶段，动触头逐步运动接触到导电件的侧表面使得偏压件形变，导电件在偏压件的作用下始终与动触头接触，最终动触头达到合闸位置。

当动触头由合闸朝向分闸转变时，也就是动触头由第一阶段过渡到第二阶段，在第一阶段期间，偏压件的偏压力驱动导电件紧贴着动触头运动。当导电件到达极限位置(处于静止状态时)，由于动触头还在继续运动，动触头与导电件之间的间隙会逐渐变大，最终达到第二阶段，足以使得动触头与固态开关电路之间断路。

无论是滑动方式还是转动方式，偏压件的选择可以是压簧、拉簧、扭簧、弹片中的任意一种或者是几种的组合，只要能够起到对导电件产生偏压力使其与动触头能在第一阶段中接触稳定即可。

无论是导电件采用何种方式，为了能够保证导电件的安装稳定性以及部分的绝缘性能，还可以在导电件的外部设置导电件外壳，只要能够保证导电件外壳上开设有通孔，可以使得导电件与动触头接触的部分能够裸露出来即可。

对于这种导电件外壳的设置方式可以有很多种形式，例如采用螺钉直接将导电件外壳与壳体直接紧固，或者采用卡接的方式紧固，或者直接在壳体上开设有容纳导电件的腔体，这种腔体的形式也属于导电件外壳的一种。

无论是导电件采用何种方式，为了能够提高导电件与动触头之间的接电性能，导电件的接触部(用来与动触头接触的部分)可以为导电触点，这里的导电触点材质可以为银或者其它已知的比铜导电性能好的金属或合金。

无论是导电件采用何种方式，为了能够提高导电件与动触头之间的接电性能，所动触头上设有辅助触点，辅助触点用于与导电件完成第一阶段的接触动作，这里的辅助触点材质可以为银或者其它已知的比铜导电性能好的金属或合金。

对于采用导电件的接触部设置在动触头的正上方或者下方的方式，为了保证接触部与动触头之间连接的稳定性。

接触部可以为弹性夹持部，弹性夹持部用于夹持动触头完成第一阶段的动作，这里弹性夹持部对动触头的夹持力为F1，动触头反向运动挣脱弹性夹持部的力为F2，F1不大于F2。

对于采用导电件的接触部设置在动触头的正上方或者下方的方式，为了保证接触部与动触头之间连接的稳定性。

接触部可以一凹槽结构，凹槽的宽度尺寸略大于动触头的宽度，这样动触头不仅仅可以与凹槽的底面接触，动触头的侧表面与凹槽的侧壁还会有所接触。

对于导电件设置在动触头左侧和/或右侧的方式，为了降低动触头与导电件配合的阻尼感，在导电件侧表面靠近动触头的区域具有过渡面，过渡面为斜面或曲面；也就是当动触头合闸时，动触头优先接触过渡面然后，再与导电件侧表面接触。

下面结合三个优选实施例，对上述实施方式中涉及到内容进行说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种换流断路器，包括壳体1、第一端子2、第二端子3、动触头4、静触头5、固态开关电路6、导电件7以及偏压件8。

第一端子2为负载端子，负载端子与动触头4呈电连接状态，电连接的形式有很多，可以是软连接结构。

第二端子3为电源端子，静触头5与电源端子呈电连接状态，电连接的形式有很多，可以是母排连接结构。

固态开关电路6，为IGBT电路或IGCT电路。

固态开关电路6具有一个触发开关9，触发开关9位于动触头4的转动轨迹之中，当动触头4触发触发开关9时，可以使得固态开关电路6储能并导通。此处的固态开关电路6与触发开关9的结构为现有技术，故不再过多赘述。

动触头4包括动触点41以及触头本体42，触头本体42通过转轴转动设置在壳体1之上，通过动触头4的转动实现了断路器分、合闸状态的转变，此也为现有技术，故不再过多赘述。

固态开关电路6的一端通过与第二端子3电连接，因此也能实现与静触头5的电连接。同样也可以采用跟静触头5电连接，从而完成与第二端子3的电连接。

固态开关电路6的另一端与导电件7电连接。

壳体1位于触头本体42的下方位置具有一安装腔10，此处的安装腔10相当于导电件7外壳的作用。导电件7与壳体1之间存在偏压件8，导电件7可以相对于壳体1做竖直方向的滑动。此处的偏压件8为压簧，除此之外偏压件8还可以采用扭簧或者弹片形式。

无论是分闸还是合闸，动触头4的转动过程都具有两个阶段：

第一阶段,此阶段中动触头4与导电件7都为运动状态，偏压件8为导电件7提供偏压力，导电件7在偏压力作用与动触头4保持接触，以使固态开关电路6与动触头4呈电连接状态。

第二阶段,此阶段导电件7处于极限位置(也就是静止状态)，动触头4与导电件7存在间隙，以使固态开关电路6与动触头4呈断路的状态。

此处处于极限位置是指导电件7移动到了导电件7壳体1的限位位置，因此导电件7为静止状态。

除上述结构外，第一端子2还可以为电源端子，第二端子3可以为负载端子。

如图5所示，作为实施例1中动触头4与导电件7的变形方案，在动触头4上设置有辅助触点11，导电件7上有导电触点12，此处的辅助触点11与导电触点12可以为银触点。

如图6所示，作为实施例1的一种变形方案，作为实施例1中导电件7的一变形方案，导电件7与动触头4的接触部为弹性夹持部。弹性夹持部包括两个相对设置的夹臂13，利用夹臂13夹持动触头4，此处夹臂13的夹持力为F1，动触头4反向运动挣脱夹臂13的力为F2，F1不大于F2。

夹臂13的深度H略大于动触头4的高度G，在偏压件8还没处于压缩的极限位置时，动触头4是推动夹臂13运动的仅有部分进入夹臂13中，只有当偏压件8处于压缩极限位置时，动触头4才会完全进入夹臂13之中，这样的设计可以大大降低夹臂与动触头之间的摩擦力。

如图7所示，作为实施例1的另一种变形方案，导电件7的顶部为一凹槽14，凹槽14的宽度尺寸略大于动触头4的宽度，这样动触头4不仅仅可以底面与凹槽14的底面接触，动触头4的侧表面与凹槽14的侧壁还会有所接触。

除此之外，作为实施例1的另一种变形方案，导电件7的数量可以为两个，同样的偏压件也为两个，两个导电件通过各自的偏压件呈竖直方向运动设置。在电路方面，两个导电件都与固态开关电路相连。在动触头运动的第一阶段时，两个导电件都通过偏压件的作用与动触头保持接触，在动触头运动的第二阶段时，两个导电件与动触头都产生间隙。

实施例2：

如图8所示，实施例2与实施例1的区别在于，实施例2中的导电件7为两个，并且分设在触头本体42的下方两侧，两导电件7的相邻近侧表面用于与触头本体42接触。两导电件7分别通过对应的偏压件8与壳体1相连。

两导电件7在初始位置时(对应动触头4第二阶段时)，两者之间的间隙小于触头本体42的宽度。当触头本体42继续运动接触到导电件7的上部的过渡面15时，由于斜面传动可以带动两导电件7分开，直至触头本体42完全进入两导电件7之间。

实施例3：

如图9所示，实施例3与实施力1的区别在于：

实施例3中动触头4具有触头分支16，触头分支16与触头本体42正好分布在转动中心的两侧。

导电件7设置在触头分支16的上方，其导电件7的接触方式与实施例1相同，故不再赘述。

这样的设计可以使导电件7远离静触点设计，减少主回路电弧(动、静触点之间的电弧)对导电件的烧蚀。

实施例4：

如图10所示，实施例4与实施例1的区别在于：

实施例4中的导电件7与壳体1为转动连接，此时偏压件8可以采用为扭簧结构。导电件7也是位于壳体1的下方，并且导电件7的转动方向与动触头4的转动方向可以相同，也可以是相反的。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。

Claims (19)

1.一种换流断路器，其特征在于：包括壳体(1)、第一端子(2)、第二端子(3)、动触头(4)、静触头(5)、固态开关电路(6)、导电件(7)以及偏压件(8)；

动触头(4)转动的设置在壳体(1)上，其一端与第一端子(2)电连接；

静触头(5)设置在壳体(1)上，其一端与第二端子(3)电连接；

固态开关电路(6)一端与第二端子(3)和/或静触头(5)电连接，另一端与导电件(7)电连接；

导电件(7)相对于壳体(1)为活动设置，导电件(7)的运动轨迹与动触头(4)的转动路径存在交集；

偏压件(8)一端与导电件(7)相连；

动触头(4)的转动过程具有两个阶段，

第一阶段,为导电件(7)处于运动状态，导电件(7)在偏压件(8)的偏压力作用下与动触头(4)接触，以使固态开关电路(6)与动触头(4)呈电连接状态；

第二阶段,为导电件(7)处于静止状态，动触头(4)与导电件(7)存在间隙，以使固态开关电路(6)与动触头(4)呈断路的状态。

2.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：所述导电件(7)为沿一直线滑动方式设置在壳体(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：所述导电件(7)为转动设置在壳体(1)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种换流断路器，其特征在于：动触头(4)包括触头本体(41)以及位于其端部位置的动触点(42)，导电件(7)位于动触点(42)与动触头(4)的转动中心之间；导电件(7)具有与触头本体(41)接触的接触部，用以完成第一阶段的动作。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种换流断路器，其特征在于：动触头(4)具有一触头分支(16)，触头分支(16)位于动触头(4)的转动中心与第一端子(2)之间；导电件(7)具有与触头分支(16)接触的接触部，用以完成第一阶段的动作。

6.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：还包括导电件外壳，导电件外壳与壳体(1)固定，导电件(7)用于与动触头(4)接触的部分超出导电件外壳设置。

7.根据权利要求6所述的一种换流断路器，其特征在于：导电件外壳与壳体(1)之间为螺钉配合或卡接配合或为一体件。

8.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：所述导电件(7)用以与动触头(4)接触的接触部位于动触头(4)的正上方或正下方。

9.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：导电件(7)位于动触头(4)的左侧和/或右侧，导电件(7)的一侧表面用以与触头本体(41)配合完成第一阶段的动作。

10.根据权利要求8或9所述的一种换流断路器，其特征在于：导电件(7)整体位于动触头(4)的上方区域或下方区域。

11.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：导电件(7)上设有与动触头(4)完成第一阶段动作的导电触点(12)。

12.根据权利要求8所述的一种换流断路器，其特征在于：所述接触部为弹性夹持部，弹性夹持部用于夹持动触头(4)完成第一阶段的动作；所述弹性夹持部对动触头(4)的夹持力为F1，动触头(4)反向运动挣脱弹性夹持部的力为F2，F1不大于F2。

13.根据权利要求8所述的一种换流断路器，其特征在于：所述接触部为凹槽(14)，凹槽(14)可供动触头(4)伸入，凹槽底面和/或凹槽侧面用以与动触头(4)接触，完成第一阶段的动作。

14.根据权利要求10所述的一种换流断路器，其特征在于：

所述导电件(7)用以完成第一阶段的动作的侧表面靠近动触头(4)处具有过渡面(15)，过渡面(15)为斜面或曲面。

15.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：壳体(1)上具有限位结构，所述限位结构限制导电件(7)运动到极限位置时处于静止状态。

16.根据权利要求1所述的换流断路器，其特征在于：所述动触头(4)上设有辅助触点(11)，辅助触点(11)用于与导电件(7)接触完成第一阶段的动作。

17.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：所述偏压件(8)为弹片、弹簧、扭簧其中的一种或任意两种的组合。

18.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：所述导电件(7)至少为两个。

19.根据权利要求1所述的一种换流断路器，其特征在于：所述导电件(7)至少为两个，偏压件(8)的数量与导电件相同，在动触头(4)处于第一阶段状态,所有导电件(7)均与动触头(4)接触，在动触头(4)处于第二阶段状态，所有导电件(7)均与动触头(4)存在间隙。

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