CN102427004B - 一种断路器用脱扣器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种断路器用脱扣器。该脱扣器包括U型铁芯，及设在U型铁芯开口端的衔铁，且衔铁与U型铁芯开口端之间存在工作气隙，U型铁芯与衔铁构成第一磁路，断路器的主电流回路穿过第一磁路以提供激励，在所述U型铁芯上绕制有信号测量线圈。进一步地，所述U型铁芯靠近其开口端处连接有一支路铁芯，该支路铁芯与U型铁芯的一部分构成一闭合磁路，且在所述闭合磁路中，该支路铁芯先于U型铁芯达到磁饱和；当主电流回路中出现短路电流时，衔铁与U型铁芯之间的磁力驱动衔铁相对U型铁芯产生运动。相比现有技术，本发明的脱扣器能对过载和短路等故障电流进行有效的监测，且结构紧凑。

Description

一种断路器用脱扣器
技术领域
本发明涉及一种脱扣器，尤其涉及一种用于断路器的脱扣器。
背景技术
典型的塑壳断路器，一般是通过设置双金属元件和电磁脱扣器来实现断路器的热保护和短路保护。特别的，为了满足热保护时的动作特性，双金属片或加热器会以热的形式产生大量的功率损耗。
为了克服断路器的上述问题，安装有电流互感器的电子式塑壳断路器随之诞生，此类断路器大大降低了断路器的温升，但在短路保护方面，由于需要通过各类电子元件来判断短路电流，因此断路器的断开时间往往较长，特别在分断大的短路电流时，这种较长的断开时间是不利的，于是在电子式塑壳断路器中往往还会安装后备的电磁脱扣器来缩短出现大的短路电流时的分断时间，但这又带来了新的问题：由于后备电磁脱扣器和电流互感器分开设置，占用体积较大，结构不紧凑，不利于断路器的小型化发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑的集成信号测量线圈的脱扣器，能对过载和短路等故障电流进行有效监测。。
本发明通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种断路器用脱扣器，包括U型铁芯，及设在U型铁芯开口端的衔铁，且衔铁与U型铁芯开口端之间存在工作气隙，U型铁芯与衔铁构成第一磁路，断路器的主电流回路穿过第一磁路以提供激励，在所述U型铁芯上绕制有信号测量线圈。
进一步地，所述U型铁芯靠近其开口端处连接有一支路铁芯，该支路铁芯与U型铁芯的一部分构成一闭合磁路，且在所述闭合磁路中，该支路铁芯先于U型铁芯达到磁饱和；当主电流回路中出现短路电流时，衔铁与U型铁芯之间的磁力驱动衔铁相对U型铁芯产生运动。。
上述脱扣器工作时，主电流回路中通以所监测的主回路电流，在铁芯中产生磁场；当主回路中电流较小时，支路铁芯未饱和，信号测量线圈可通过电磁耦合正确反映出主电流回路中的电流情况，并将信号输出至与信号测量线圈电连接的断路器的控制部件，由其判断是否将主回路断开；当主回路中出现较大电流时，铁芯中的磁通急剧增大，支路铁芯先达到磁饱和，产生的磁通由U型铁芯与衔铁所构成的具有气隙的磁回路穿过，衔铁与U型铁芯之间产生较大磁势，此时衔铁与U型铁芯之间产生相对运动，并断开主回路电流。
优选地，所述支路铁芯在所述主回路电流达到断路器的额定电流时磁饱和。
铁芯达到磁饱和，是指铁芯中的磁通密度达到其饱和磁通密度。在总的磁通量一定的情况下，要使支路铁芯先达到磁饱和，可通过调整所述闭合磁路中各部分的磁路截面积以及各部分所使用材料的饱和磁通密度来实现，例如，可分别采用如下方案：
第一种方案：所述支路铁芯与所述U型铁芯由相同材料制成，且支路铁芯的磁路截面积小于U型铁芯的磁路截面积。
第二种方案：所述支路铁芯与所述U型铁芯的磁路截面积相同，支路铁芯所使用的材料的饱和磁通密度小于U型铁芯所使用材料的饱和磁通密度。
以上两个方案仅为例举，也可采用其它方法，例如，当支路铁芯所使用的材料的饱和磁通密度远小于U型铁芯所使用材料的饱和磁通密度时，支路铁芯的磁路截面积也可大于U型铁芯的磁路截面积；或者当支路铁芯的磁路截面积远小于U型铁芯的磁路截面积时，支路铁芯所使用的材料的饱和磁通密度也可大于U型铁芯所使用材料的饱和磁通密度。本领域技术人员可通过合理的磁路设计，获得各种不同的方案。
优选地，所述支路铁芯为软磁材料制成。
进一步地，所述软磁材料为软磁铁氧体材料。
相比现有技术，本发明的脱扣器能对过载和短路等故障电流进行有效的监测，实现了电磁脱扣器与电流互感器的集成化设计，结构紧凑，零部件减少且由于电磁脱扣器动作使得磁路特性发生变化，使得信号测量线圈能感知电磁脱扣器动作从而提供短路电流故障信号。
附图说明
图1为本发明一具体实施例的结构示意图，其中图A为立体视图，图B为主视图；
图2为本发明的用于断路器的脱扣器的原理示意图；
图3为本发明的用于断路器的脱扣器的等效磁路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
作为本发明的用于断路器的脱扣器的一个具体实施例，其结构如图1所示，包括：用于铁芯励磁的主电流回路3、用于提供过载等信号的信号测量线圈1以及一U型铁芯、一支路铁芯7和一衔铁6，衔铁6设置于U型铁芯的开口端，且衔铁6与U型铁芯的开口端之间存在工作气隙。衔铁6和U型铁芯形成第一磁路，本具体实施例中，U型铁芯由铁芯4和两个相同的铁芯2组合构成。支路铁芯7连接在两个铁芯2之间，从而与铁芯4、铁芯2的一部分构成一闭合磁路，支路铁芯7的磁路截面积小于铁芯4和铁芯2的磁路截面积主电流回路3两端接入所监测的断路器主回路，如果主回路电流比较大能提供足够的电磁激励，则主电流回路可直接穿过第一磁路，当然也穿过闭合磁路，如果主回路电流比较小，则主电流回路成多圈绕制在铁芯4上。与断路器的控制部件（图中未示出）连接的信号测量线圈1绕制于铁芯2上。如图所示，当衔铁6与U型铁芯之间的磁力大于该弹簧反力时，衔铁6与U型铁芯之间产生相对运动并带动断开装置（图中未示出）断开主回路电流。为了减小对磁路影响，支架5最好由非导磁性材料制成。优先实施例为衔铁6转动地配设在固定支架上，固定支架与U型铁芯相对固定，弹簧8配设在衔铁6与支架之间向衔铁6提供反力。
当主电流回路3中的主回路电流较小时，例如过载电流，主电流回路3所产生的磁通路径是由支路铁芯7、铁芯4、铁芯2的一部分所构成的闭合磁路，此时，信号测量线圈1可正确反映出主电流回路3中的电流变化，信号测量线圈1将信号传输至断路器的控制部件（例如智能控制器），由控制部件根据主回路电流的大小和持续时间来判断是否将主回路断开。
当主回路中出现短路电流时，磁路中的磁通急剧增大，在支路铁芯7、铁芯4、铁芯2的一部分所构成的闭合磁路中，由于支路铁芯7的磁路截面积小于铁芯4和铁芯2的磁路截面积，支路铁芯7率先达到饱和，此时，磁通主要从铁芯4、铁芯2、衔铁6以及气隙所构成的第一磁路通过，衔铁6和铁芯2之间存在出现较大的磁势，电磁吸力超出弹簧反力，如图1所示，衔铁6迅速绕其枢转中心62旋转，最终衔铁面63与铁芯2的一个端面21抵靠，在此旋转过程中衔铁6将带动断路器中的断开装置使主回路断开。
为使公众更清楚本发明的技术方案，下面对本发明的原理进行进一步分析：
本发明的原理如图2所示，其等效磁路（未计入漏磁）如图3所示，其中存在两条并联的支路，一条为支路铁芯7、铁芯4、铁芯2的一部分所构成的闭合磁路，另一条为衔铁6、气隙、铁芯4及铁芯2构成的第一磁路，总的磁通通过这两条并联的支路，各支路的磁阻比例决定了各支路中所通过的磁通量。
设主电流回路3中的被测电流为I1；次级线圈1绕组中的被测电流为I2；初级线圈3绕组匝数为N1；信号测量线圈1绕组匝数为N2；衔铁6与铁芯2之间的气隙量为δ；R m1为衔铁6的磁阻；R m2为铁芯2的磁阻；R m3为铁芯4的磁阻；R m4为支路铁芯7的磁阻；Rδ为衔铁6与铁芯2之间的气隙磁阻；Φ为主磁通；Φ2 为气隙磁通；Φ1 为支路铁芯7内磁通；I1N1为主电流回路3产生的磁势；I2N2为信号测量线圈1产生的磁势。根据磁路原理可知：
主磁通Φ为
  ，
气隙磁通Φ2为
 ，
当I1较小时，由于两段气隙的存在，其磁阻Rδ远大于支路铁芯7的磁阻R m4，主磁通Φ主要由支路铁芯7、铁芯4、铁芯2的一部分所构成的闭合磁路通过；当I1急剧增大时，支路铁芯7达到饱和，此时其磁阻R m4急剧增大，远超气隙磁阻Rδ，主磁通Φ将主要由铁芯4、衔铁6及气隙所构成的回路通过，气隙磁通Φ2也随之增大，当Φ2大到一定程度后，衔铁6将克服弹簧反力吸合，迅速绕其枢转中心62旋转，最终衔铁面63与铁芯2的端面21抵靠。在此旋转过程中衔铁6将带动断路器中的断开装置使主回路断开。在衔铁6的旋转过程中由于衔铁面63与导磁板端面21间的气隙不断减小，气隙磁阻Rδ不断降低，铁芯2中的磁场强度不断增强，这种磁场强度的变化将由信号测量线圈1正确的反馈出来，此时信号测量线圈1产生的信号与在过载电流时的信号相比，具有幅值高，信号曲线上升速度快的特点，该信号输入至控制部件，控制部件根据信号幅值等参数来判断故障电流的大小，同时控制部件侦测到此类信号时也能判断脱扣器动作。
本发明的脱扣器能对过载和短路等故障电流进行有效的监测，在过载故障时，由信号测量线圈提供信号给断路器控制部件，由控制部件控制断路器动作。在短路故障时衔铁能够快速直接推动断路器中的断开机构动作，而且断路器的控制部件还能够侦测到衔铁的动作，从而准确判断出断路器的状态。另外，由于信号侧量线圈和磁脱扣共用同一个铁芯，实现了磁脱扣器和测量线圈的集成，减少了零部件，结构紧凑，体积得到了有效控制。

Claims (7)

1.一种断路器用脱扣器，包括U型铁芯，及设在U型铁芯开口端的衔铁，且衔铁与U型铁芯开口端之间存在工作气隙，U型铁芯与衔铁构成第一磁路，断路器的主电流回路穿过第一磁路以提供激励，其特征在于：在所述U型铁芯上绕制有信号测量线圈；所述U型铁芯靠近其开口端处连接有一支路铁芯，该支路铁芯与U型铁芯的一部分构成一闭合磁路，且在所述闭合磁路中，该支路铁芯先于U型铁芯达到磁饱和；当主电流回路中出现短路电流时，衔铁与U型铁芯之间的磁力驱动衔铁相对U型铁芯产生运动。
2.如权利要求1所述断路器用脱扣器，其特征在于，所述支路铁芯在所述主电流回路电流达到断路器的额定电流时磁饱和。
3.如权利要求1所述断路器用脱扣器，其特征在于，所述支路铁芯与所述U型铁芯由相同材料制成，且支路铁芯的磁路截面积小于U型铁芯的磁路截面积。
4.如权利要求1所述断路器用脱扣器，其特征在于，所述支路铁芯与所述U型铁芯的磁路截面积相同，支路铁芯所使用的材料的饱和磁通密度小于U型铁芯所使用材料的饱和磁通密度。
5.如权利要求4所述断路器用脱扣器，其特征在于，所述支路铁芯为软磁材料制成。
6.如权利要求5所述断路器用脱扣器，其特征在于，所述软磁材料为软磁铁氧体材料。
7.如权利要求1-6任一项所述断路器用脱扣器，其特征在于，所述衔铁可转动地设置于一由非导磁材料制成的支架上。
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