CN215496594U - 一种断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种断路器，包括串接于主回路中的机械开关和电子开关，所述的机械开关包括机械触头以及用于驱动所述机械触头实现分闸的执行机构；所述断路器还包括一个与所述执行机构机械关联的触发装置，用于在机械触头完成分闸前触发所述电子开关分断。相比现有技术，本实用新型以较低成本实现了机械开关与电子开关的结合，从而实现安全可靠的无弧分断。

Description

一种断路器

技术领域

本实用新型涉及一种断路器。

背景技术

传统的断路器采用机械开关实现主回路的分断，通过执行机构驱动机械开关的动触头与静触头脱离以实现分闸。然而机械开关的执行机构通常具有比较复杂的机械结构，例如，多数机械式断路器的执行机构都包括脱扣装置和操作机构，脱扣装置用于在满足脱扣条件时机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动机械开关的动触头与静触头脱离以实现分闸，操作机构内包含用于接受脱扣装置提供的打击力从而转动解锁操作机构的牵引杆；在短路或过载情况下，对故障电流进行中断时，机械开关在打开之前经历一定的时间，随后，发生电弧，在电弧电流过零点时，对其进行关闭，此过程将花费至少多个线路周期，关断速度较慢，并且电弧闪光增加火灾隐患，并且电弧会对机械开关有一定的损耗，因此常规断路器要求频繁的检查和昂贵的维护，起弧的问题对于其中要求高开关频率的断路器应用变得非常严重。

功率电子学的最新发展使得电力电子更加广泛的运用到传统断路器中，基于电力电子开关的断路器在与常规解决方案相比较时潜在地提供许多优点，因为电力电子开关能够在几微秒内开关，并且不存在起弧、触点颤动或腐蚀的情况。然而，单独的电子开关分断可能会有泄漏电流，并且电子开关分断时在线路里长期承压可能过高，此种情况在大功率使用环境下尤甚，会对安全造成隐患，因此电子开关断路器的应用场景受到较大限制。

为解决上述问题，有部分厂家采用机械开关和电子开关串接的方式以结合两者的优点。但电力电子开关由于需要受控制器的精确控制，并且需要通过复杂的算法控制实现与机械开关的配合，无疑也会增加控制器的成本，在控制器设计的不合理的情况下其分断可靠性降低 。

实用新型内容

本实用新型所要及解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种断路器，以较低成本实现了机械开关与电子开关的结合，从而实现安全可靠的无弧分断。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种断路器，包括串接于主回路中的机械开关和电子开关，所述的机械开关包括机械触头以及用于驱动所述机械触头实现分闸的执行机构；其特征在于，所述断路器还包括一个与所述执行机构机械关联的触发装置，用于在机械触头完成分闸前触发所述电子开关分断。

优选地，所述执行机构包括脱扣装置和操作机构，脱扣装置用于在满足脱扣条件时机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械触头分闸；所述触发装置与所述脱扣装置关联，脱扣装置动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态。

进一步优选地，所述脱扣装置为电磁脱扣器或热脱扣器。

进一步优选地，所述执行机构包括脱扣装置和操作机构，所述操作机构包括一牵引杆，脱扣装置在满足脱扣条件时通过击打所述牵引杆动作来实现机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械触头分闸；所述触发装置与所述牵引杆机械关联；牵引杆动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态。

优选地，所述触发装置为串接于所述电子开关与该电子开关的驱动电路之间的行程开关。

优选地，所述触发装置为设置于驱动电路控制端的行程开关。

优选地，该断路器还包括一开关电源，用于从主回路中取电供给所述驱动电路；所述电子开关安装于主回路中所述机械开关之后靠近负载一侧；所述开关电源从机械开关和电子开关之间的主回路中取电。

优选地，所述驱动电路为隔离驱动电路。

进一步优选地，所述隔离驱动电路为光耦隔离驱动电路。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型将机械开关与电子开关相结合，并依靠机械开关的动作特性对电子开关进行关联控制，能够实现断路器中机械开关的无弧分断，并且不需要进行额外的电力电子控制器的算法设计，相比现有技术，具有分断速度快、安全性能高、分断可靠性高以及低成本的显著优点。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的原理示意图；

图2为驱动电路的一种具体电路原理图；

图3为开关电源的一种具体电路原理图。

具体实施方式

针对现有采用机械开关和电子开关串接方式的断路器所存在的需要对电子开关进行精确复杂的算法控制的不足，本实用新型的解决思路是将机械开关的分闸动作与电子开关的通断状态进行机械关联，依靠机械开关的动作特性对电子开关进行关联控制，从而实现断路器中机械开关的无弧分断，并且不需要进行额外的电力电子控制器的算法设计。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种断路器，包括串接于主回路中的机械开关和电子开关，所述的机械开关包括机械触头以及用于驱动所述机械触头实现分闸的执行机构；其特征在于，所述断路器还包括一个与所述执行机构机械关联的触发装置，用于在机械触头完成分闸前触发所述电子开关分断。

优选地，所述执行机构包括脱扣装置和操作机构，脱扣装置用于在满足脱扣条件时机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械触头分闸；所述触发装置与所述脱扣装置关联，脱扣装置动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态。

进一步优选地，所述脱扣装置为电磁脱扣器或热脱扣器。

进一步优选地，所述执行机构包括脱扣装置和操作机构，所述操作机构包括一牵引杆，脱扣装置在满足脱扣条件时通过击打所述牵引杆动作来实现机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械触头分闸；所述触发装置与所述牵引杆机械关联；牵引杆动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态。

优选地，所述触发装置为串接于所述电子开关与该电子开关的驱动电路之间的行程开关。

优选地，所述触发装置为设置于驱动电路控制端的行程开关。

优选地，该断路器还包括一开关电源，用于从主回路中取电供给所述驱动电路。

进一步优选地，所述电子开关安装于主回路中所述机械开关之后靠近负载一侧；所述开关电源从机械开关和电子开关之间的主回路中取电。

优选地，所述驱动电路为隔离驱动电路。

进一步优选地，所述驱动电路为光耦隔离驱动电路。

为便于公众理解，下面通过一个具体实施例，并结合附图来对本实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本实施例的断路器包括串联在主回路中的机械开关和电子开关，机械开关接在靠近电源侧的位置，电子开关则接在靠近负载侧的位置。所述机械开关包括由动、静触头构成的机械触头，以及脱扣装置和操作机构，脱扣装置用于在满足脱扣条件时机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械开关的动触头与静触头脱离。其中，脱扣装置可以是电磁脱扣器或热脱扣器等各种类型的脱扣器。本实施例的操作机构除了驱动机构和锁定机构以外，还包括一个牵引杆，脱扣装置在满足脱扣条件时通过击打所述牵引杆动作来实现机械解锁操作机构。

所述电子开关根据驱动电路（为安全起见，本实施例采用隔离驱动电路，例如通过光耦进行隔离的光耦隔离驱动电路）所提供的驱动信号分断或导通，所述电子开关可以是IGBT、IGCT、可控硅中的一个或多个的组合。隔离驱动电路的供电来自一个开关电源，该开关电源从机械开关和电子开关之间的主回路中取电，也可以采用外接电源或电池供电的方式进行供电。本实施例中的开关电源，用于从主回路中取电供给所述驱动电路；所述电子开关安装于主回路中所述机械开关之后靠近负载一侧；所述开关电源从机械开关和电子开关之间的主回路中取电；当电源侧供电时，在机械开关合闸（即动、静触头接触）之前，机械开关和电子开关之间的主回路与电源侧断开，无电压；当机械开关合闸后，机械开关和电子开关之间的主回路与电源侧连接，能够为开关电源供电；这样的话就无需进行时序控制，在接通整体供电线路时，电子开关在机械开关合闸后导通。

如图1所示，本实用新型设置有一个与机械开关的执行机构机械关联而与电子开关的驱动电路电气关联的触发装置，其作用是在所述机械开关的动、静触头脱离接触之前分断电子开关。所述触发装置可以是设置于驱动电路控制端的一个行程开关、光控开关或其它类似功能的部件，也可以是串接于所述电子开关与该电子开关的驱动电路之间的行程开关、光控开关或其它类似功能的部件。本实施例中具体为串联于驱动电路控制端与控制信号输入端之间的微动开关；本实施例中的触发装置采用微动开关S1，该微动开关S1的触点为常开触点，其按钮在按压作用下，微动开关S1的常开触点改变为闭合状态，微动开关S1闭合，当按钮未处于按压作用下时，微动开关S1的常开触点保持断开状态。该微动开关S1的按钮被配置为与操作机构的牵引杆机械关联，牵引杆具体可以是如专利CN201711325514.4中所述的牵引杆结构，包括了牵引杆本体以及铰接轴，牵引杆本体可绕所述铰接轴转动并带动分合闸操作机构动作；

断路器分闸过程中，牵引杆在动作过程中的任一时刻改变触发装置的状态，使得电子开关的状态和导通改变为断开，也就是说电子开关的断开先于机械开关的分闸（即机械触头分闸也就是动、静触头脱离）。

具体可以进行如下设计：当牵引杆在未受到脱扣装置打击时(机械开关处于闭合状态)处于第一预设位置，此时，微动开关S1按钮受牵引杆按压，微动开关S1闭合导通；当牵引杆受脱扣装置打击转动到第二预设位置时（操作机构未解锁），微动开关S1按钮与牵引杆分离，未被牵引杆按压，微动开关S1断开；牵引杆继续转动后到达第三预设位置（操作机构解锁）；牵引杆在第一预设位置以及第一预设位置和第二预设位置之间的其他位置时，微动开关S1闭合导通，驱动电路发出驱动信号驱动电子开关导通，在驱动电路作用下电子开关保持导通，操作机构未解锁；牵引杆在第二预设位置时使得微动开关S1的状态发生改变，由闭合导通改为开路状态，从而使得驱动电路发出电子开关关断信号，使得电子开关关断；牵引杆在第二预设位置和第三预设位置之间时，微动仍为开路状态，电子开关保持关断，操作机构未解锁；牵引杆在第三预设位置时，此时电子开关仍然处于关断状态，操作机构处于解锁状态，可对机械开关进行分闸操作。

当然，只要对微动开关按钮进行调节，也可以是牵引杆解锁操作机构时，使得微动开关S1的状态发生改变，从而使得驱动电路发出电子开关关断信号，使得电子开关关断；

总之，在机械开关的分闸过程中，牵引杆在解锁操作机构的动作过程中的任一时刻都允许改变触发装置的状态，使得电子开关关断。

该断路器的合闸工作过程具体如下：

（1）机械开关进行合闸操作；（此时微动开关处于闭合状态）

（2）机械开关合闸到位后，开关电源从主回路上获取电能，隔离驱动电路得电工作，隔离驱动电路发出电子开关的驱动信号使得电子开关导通，断路器整体合闸完成。

该实施例中断路器的分闸工作过程具体如下：

（1）机械开关进行分闸操作时，脱扣装置接收到分闸信号（即大电流到来）时动作，此时，脱扣装置动作打击牵引杆，牵引杆转动从而解锁操作机构；微动开关S1在牵引杆动作过程中首先断开，使得驱动电路发出电子开关关断信号，电子开关关断。

（2）电子开关关断后，牵引杆继续转动直至使得操作机构解锁（或者此时牵引杆已经转动到位，操作机构刚解锁），操作机构驱动机械开关的动触头与静触头脱离，从而完成断路器的整体分闸操作。

由于断路器机械开关分闸时间相对较长，所以在其分断时，电子开关已完全分断，此时线路中无电流流过机械触头，即实现机械开关无弧分断。

在上述实施例中，微动开关S1的触点可以改为常闭触点，在初始状态下（断路器正常工作，供电线路正常工作的状态下），常闭触点保持闭合，在脱扣装置接收到分闸信号时，在牵引杆动作解锁操作机构的过程中，触发常闭触点断开，使得电子开关关断。

上述实施例中的微动开关S1是与操作机构的牵引杆机械关联，在其他实施例中，微动开关S1可以与脱扣装置机械关联，脱扣装置动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态，脱扣装置为电磁脱扣器或热脱扣器；

在一个实施例中，当采用电磁脱扣器时，电磁脱扣器在接收到分闸信号（即大电流到来）时克服其反力弹簧吸合衔铁，然后衔铁打击牵引杆使得牵引杆动作；衔铁在初始状态时按压微动开关S1的按钮，微动开关S1闭合导通，在反力弹簧将衔铁进行吸合时，衔铁逐渐松开对微动开关S1按钮的按压，在衔铁打击到牵引杆的过程中，衔铁与微动开关S1的按钮分离，微动开关S1断开，从而使得电子开关关断。

在另一实施例中，当采用热脱扣器时，脱扣器在接收到分闸信号（即大电流到来）时，双金属片受热形变，当形变到一定程度时双金属片端部的螺钉打击牵引杆，使得牵引杆动作；双金属片在初始状态时按压微动开关S1的按钮，微动开关S1闭合导通，在双金属片受热弯曲的过程中，逐渐松开对微动开关S1按钮的按压，在螺钉打击到牵引杆的过程中，双金属片与微动开关S1的按钮分离，微动开关S1断开，从而使得电子开关关断。

上述两个实施例中，该断路器的合闸工作过程具体如下：

（1）机械开关进行合闸操作；（此时微动开关处于闭合状态）

（2）机械开关合闸到位后，开关电源从主回路上获取电能，隔离驱动电路得电工作，隔离驱动电路发出电子开关的驱动信号使得电子开关导通，断路器整体合闸完成。

该实施例中断路器的分闸工作过程具体如下：

（1）机械开关进行分闸操作时，脱扣装置接收到分闸信号（即大电流到来）时动作，此时，脱扣装置动作打击牵引杆；微动开关S1在脱扣装置的动过程中首先断开，使得驱动电路发出电子开关关断信号，电子开关关断。

（2）电子开关关断后，牵引杆转动直至使得操作机构解锁，操作机构驱动机械开关的动触头与静触头脱离，从而完成断路器的整体分闸操作。

在上述两个实施例中，微动开关S1的触点可以改为常闭触点，在初始状态下（断路器正常工作，供电线路正常工作的状态下），常闭触点保持闭合，在脱扣装置接收到分闸信号时，在脱扣装置打击牵引杆的过程中，触发常闭触点断开，使得电子开关关断。

可以根据实际情况灵活设计，目的是实现在所述机械开关分闸过程中触发所述电子开关在机械开关的动、静触头脱离接触之前分断。

当然，在另外的实施例中，断路器中执行机构还可以包括操作手柄，操作手柄用于对机械开关进行手动分合闸操作，所述触发装置与所述操作手柄机械关联，操作手柄动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态；在操作手柄在对机械开关进行手动分闸操作时，其动作过程中，首先触发微动开关S1使得电子开关关断，

上述实施例中，该断路器的手动合闸工作过程具体如下：

（1）操作手柄对机械开关进行手动合闸操作；（此时操作手柄合闸到位，微动开关处于闭合状态）

（2）机械开关合闸到位后，开关电源从主回路上获取电能，隔离驱动电路得电工作，隔离驱动电路发出电子开关的驱动信号使得电子开关导通，断路器整体合闸完成。

该实施例中断路器的分闸工作过程具体如下：

（1）操作手柄对机械开关进行分闸操作时，微动开关S1在操作手柄动过程中首先断开，使得驱动电路发出电子开关关断信号，电子开关关断。

（2）电子开关关断后，操作手柄完成机械开关的分闸操作，断路器的整体分闸操作完成。

图2显示了所述驱动电路的一种适用于上述实施例的具体实现电路结构，所述驱动电路为光耦隔离驱动电路；在+5V电源端与三极管Q1的基极之间串接有微动开关S1，三极管Q1的集电级接+5V，发射极连接光耦隔离芯片（ACPL-W341）的电源正输入端A，光耦隔离芯片的Vcc端接+17V，Vee端接-5V，OUT端用于输出驱动信号；当微动开关S1闭合时， 光耦隔离芯片OUT端输出+17V驱动电压驱动电子开关导通，当微动S1断开时，光耦隔离芯片OUT端输出-5V驱动电压驱动电子开关关断。

图3显示了所述开关电源的一种具体实现电路结构，为常用反激式电源电路，变压器T1的初级线圈输入电压，次级线圈输出用于光耦隔离驱动芯片的电源。

Claims (8)

1.一种断路器，包括串接于主回路中的机械开关和电子开关，所述的机械开关包括机械触头以及用于驱动所述机械触头实现分闸的执行机构；其特征在于，所述断路器还包括一个与所述执行机构机械关联的触发装置，用于在机械触头完成分闸前触发所述电子开关分断。

2.如权利要求1所述断路器，其特征在于，所述执行机构包括脱扣装置和操作机构，脱扣装置用于在满足脱扣条件时机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械触头分闸；所述触发装置与所述脱扣装置关联，脱扣装置动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态。

3.如权利要求2所述断路器，其特征在于，所述脱扣装置为电磁脱扣器或热脱扣器。

4.如权利要求1所述断路器，其特征在于，所述执行机构包括脱扣装置和操作机构，所述操作机构包括一牵引杆，脱扣装置在满足脱扣条件时通过击打所述牵引杆动作来实现机械解锁操作机构，操作机构在解锁后驱动所述机械触头分闸；所述触发装置与所述牵引杆机械关联；牵引杆动作过程中改变触发装置的状态，从而改变电子开关的状态。

5.如权利要求1-4任一项所述断路器，其特征在于，所述触发装置为串接于所述电子开关与该电子开关的驱动电路之间的行程开关。

6.如权利要求1-4任一项所述断路器，其特征在于，所述触发装置为设置于驱动电路控制端的行程开关。

7.如权利要求5或6所述断路器，其特征在于，该断路器还包括一开关电源，用于从主回路中取电供给所述驱动电路；所述电子开关安装于主回路中所述机械开关之后靠近负载一侧；所述开关电源从机械开关和电子开关之间的主回路中取电。

8.如权利要求5或6所述断路器，其特征在于，所述驱动电路为光耦隔离驱动电路。

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