CN2472341Y - 一种集成化的控制与保护开关电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了开关电器领域中一种以模块形式集成为一体的控制与保护开关电器,主要的模块包括底座、接触组、电磁传动机构、操作机构、隔离机构、过电流脱扣器、联锁机构、电源检测继电器,其特征在于单一的产品上实现了隔离、短路、过载、断相保护及远程和近程的手动与自动控制功能,完全能够替代很多场合由隔离器、断路器、接触器、热继电器等多种分离元器件通过繁琐接线搭配成的控制与保护电路。该集成开关电器功能完善、性能配合合理、使用及维修方便、节银节材,具有广泛的应用前景。

Description

一种集成化的控制与保护开关电器

本实用新型涉及一种具有多种保护的集成化的开关电器，尤其涉及该开关电器内的限流灭弧装置、隔离刀触头、操作机构、电磁传动机构、过电流脱扣器、联锁机构、电源检测继电器。

目前，国内外对线路的隔离、短路、过载、断相等保护以及对电动机的短路、断相、过载等保护和频繁操作控制，基本上为多种分离元件拼装的形式，如图1给出了为实现上述控制与保护功能采用分离元件的典型电路。图中隔离器G是为确保检修人员检修电路时的安全；断路器CB(或熔断器R)作为线路的短路保护：接触器CJ为频繁启停电动机；热继电器JR用作电动机过载保护，有时也兼作电动机的断相保护。这些元器件搭配成的电路，接线复杂，安装繁琐，占用空间庞大，可靠性差，而且要求设计人员对各种元器件特性掌握充分，才能设计出特性配合较为合适的电路。

而对双电源的切换，当前国内外通用的做法是采用两台断路器或两台接触器来实现，当采用两台断路器时，其转换附加电动操作及连杆机构，通过电动操作带动连杆机构来操动断路器的机构，从而实现两台断路器的合分，由于附加了电动操作带动连杆的动作时间，在加上两台断路器分、合闸的时间，在很多要求切换时间短的场合满足不了要求。另外，由于连杆机构存在死点，因此转换可靠性受影响，当然其操作次数也受限制；当采用两台接触器时，虽然能实现自动控制及频繁操作，但不带短路保护，在实现双路切换的线路中仍需配备合适的断路器来实现。

本实用新型的目的在于提供一种控制与保护集成化的开关电器，它可以有多种功能，体积小巧，接线方便，有较高的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型的解决方案是采用模块化，具有隔离、断相及完善的定时限、反时限、瞬时三段保护和就地、远程自动控制功能。该开关电器主要由底座、接触组、电磁传动机构、操作机构、隔离机构及过电流脱扣器组成；而由两台本体配加机械联锁构成的可逆型电器装置能实现对电动机的双向及可逆的控制与保护；由两台本体附带联锁机构、电源检测继电器构成的双电源切换ATS适用于紧急供电***。

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。

图1为控制与保护开关电器分立元件的典型电路的原理图。

图2为本实用新型的控制与保护开关电器实体示意图。

图3为本实用新型的控制与保护开关电器中主电路接触组部分中限流灭弧装置。

图4为本实用新型的控制与保护开关电器中限流灭弧装置中的螺管电磁铁。

图5为本实用新型的控制与保护开关电器的电磁传动机构示意图。

图6、图7为本实用新型的控制与保护开关电器的操作机构示意图。

图8为本实用新型的控制与保护开关电器的面板标签示意图。

图9、图10、图11为本实用新型的控制与保护开关电器的隔离部分示意图。

图12为本实用新型的控制与保护开关电器的过电流脱扣器示意图。

图13为本实用新型的控制与保护开关电器的拍合式瞬动电磁铁动作示意图。

图14、图15为本实用新型的控制与保护开关电器的过电流脱扣器内差动机构示意图。

图16为本实用新型的控制与保护开关电器两台式组成的可逆型、ATS型联锁结构示意图。

图17、图18为本实用新型的控制与保护开关电器A、B的电磁机构铁心先、后吸合情况示意图。

图19为本实用新型的控制与保护开关电器两台式组成的机械联锁及电源检测及断相保护情况组合示意图。

图20为本实用新型的控制与保护开关电器两台式运行的电气原理图。

图2为本实用新型的开关电器本体，有以下各部分组成，其中1底座连接所有其它各部分，操作机构4关联于接触组2、电磁传动机构3、隔离机构5及过电流脱扣器6。

图3为开关体接触组2内的限流灭弧装置，其特征在于同时采用螺管电磁铁及电动斥力达到高限流的目的。下面结合图3及图4说明其元器件构成和限流的过程：

图3中7为螺管电磁铁，其线圈直接串入主电路，杆8固定在螺管电磁铁7的动铁心上，推杆9位入杆8的下方，并关联于固定触桥14的触头支持10，双动触点13焊接在触桥14两端，双静触点11焊接在两接触板12及15上，当线路中出现短路电流时，螺管电磁铁7吸合，动铁心带动杆8瞬动冲击推杆9，且短路电流越大，冲击速度越快，推杆9作用于触头支持10，带动双动触点13与双静触点11分离，基本达到螺管电磁铁动作与动静触头分断同步。

图4为触头分断过程中产生电动斥力示意图，图中触桥14内短路电流Ics方向向左，接触板12、15内短路电流Ics方向向右，在接触板内短路电流Ics作用下，根据右手螺旋定则，在触桥周围产生自纸面向外的磁场，触桥在磁场作用下产生图示的电动磁力F，其大小正比于短路电流Ics的平方，因此Ics越大，动静触头分断速度越快。

由上所述，触头分断受两种限流作用，达到了极高的限流效果，采用本限流灭弧***的所述开关体80kA短路电流其分断时间在3ms内，限流系数达0.2。

图5为电磁传动机构，其特征在于通过与操作机构的配合能实现对电路的远程及就地的自动控制。图中断点K串接在控制线圈回路中，18为静触点，动触点固定在簧片16上，17为由操作机构控制的一拨杆，A1、A2外接控制电源，顶杆19固定在动铁芯21上，其下端如所述通过三螺杆20紧靠在触头支持10上，22为静铁芯，控制线圈不通电时，顶杆19正好将触头支持10压下，接触组内的动静触头13、11分离，主电路断开。仅当控制线圈回路通电，铁芯吸合，动铁芯带动顶杆19抬起，触头支持10在弹簧力作用下上移，动静触头11、13接触，主触头才能闭合。

由于断点K串接在控制线圈回路中受操作机构4的控制，因此通过操作机构上的旋钮操动拨杆17，使断点K合分，从而使控制线圈通断，能就地实现主触头的合分，即近程自动控制；同时对接入A1、A2上的远距离的控制电源上串接合分按钮，同样能使控制线圈通断，实现远程自动控制的目的。

图6及其俯视图7为所述本开关的操作机构，它是实现所有功能集成的接口。

图6中拨杆17与所述的电磁传动机构3关联，所述的拨杆17直接控制电磁传动机构3内的断点K，实现控制线圈的通断。拉杆23与隔离机构5相关联，作用于所述操作机构上旋钮24的力能带动拨杆23，从而使隔离机构5处于隔离位置，最终实现隔离功能；图6中的推杆25受过电流脱扣器6的作用，在操作机构4的传动下能使拨杆17分断控制线圈回路；图7中的推板26与所述的接触组2相联系，当主电路出现短路电流时，它也能使控制线圈回路断开，从而保证主触头在短路冲击后的分断。

图8为本开关的面板标签28及操作机构4上的旋钮24，27与29分别为通断及短路故障指示器，其特征为旋钮能给出开关体多种不同的工作状态。当旋钮指示AUTO位置时，开关体处于自动控制的接通状态，此状态下接通控制线圈电源，主触头闭合指示件27呈红色；手动操作使旋钮指向OFF位置，开关体将处于自动控制的断开状态，此时主触头将始终不能接通；在正常接通的电路中，如出现过载、断相、短路、欠压等故障时，开关体内对应的功能模块动作，此时机构的动作使旋钮处于图8所示的TRIP+位置，即脱扣位置，特别当出现短路故障时，指示器29将呈红色；如要实现隔离，必须首先将旋钮置于G位置，操作隔离指示件来实现；图中RESET为一过渡位置，操作旋钮通过此位置能实现脱扣后的机构的再扣。

图9为隔离部分，隔离的刀触头31固定在支架29上，并串接在主电路中，32与33为固定的主电路导电板。在拉杆23拉力作用下，旋转架27能绕支点28转动，同时，旋转架27的转动又能带动支架31的上下移动，当支架31在旋转架27的作用下向上移动时，隔离刀触头31将脱离32与33而使主电路断开。图10为旋钮处于隔离位置G时，主电路分断的状态，从图10可以看出，支架的上下移动是旋转架作用于支架的面N及面M的结果，在这一状态下，用外力拉动指示件30向右移动，指示件将带动支架连同刀触头脱离旋转架27，如图11所示，面M及面N和旋转架27已经不接触，此时旋转架的转动不能使主电路接通，从而达到隔离的目的；如再次接通主电路，必须先使旋钮回到隔离位置G，外力推动指示件，由图11所示位置回到图10所示位置，然后手操作旋钮，使刀触头与主电路导电板32与33接触，才能接通电路。

图12为过电流脱扣器模块，其特征为它带有拍合式瞬动电磁铁及差动机构，图中34为拍合式瞬动电磁铁，35为传动机构，34及35安装在躯壳上，拍合式瞬动电磁铁34的线圈串接在主电路中；图13为拍合式瞬动电磁铁动作示意图，37为过电流脱扣器内一推动板，它和操作机构推杆25接触，当电路中的承载电流大于设定的一定倍数的额定电流时，拍合式瞬动电磁铁34瞬动吸合，其位移通过机构35传动，37向右移动，推动操作机构内的推杆25，从而最终分断电路，实现了短延时瞬动。

图14与图15为过电流脱扣器内的差动机构，在三相过载的情况下，双金属片38受热元件39加热，推动上导板41向左弯曲，推动推板40使传动机构35动作，实现过载脱扣；在线路断相时，断相双金属片将冷却而向右弯曲，推动下导板42右移，而另外两相双金属片在电流加热下仍使上导板40左移，结果使推板在上下导板推动下逆时针旋转，迅速使传动机构35动作，实现差动的断相脱扣。

图16为由两台所述的集成开关电器为基本体组成的可逆型、ATS型开关的机械联锁部分，联锁件43的一端通过轴44(图17及图18)跨接在开关A、B支架44A及44B之间，并能绕轴45转动，另一端的一边通轴穿过开关A的顶杆19A内长腰型孔内，因此，当顶杆19A转动时，联锁件43随之绕轴45转动，当顶杆19A不动时，联锁件45也不能动。

图17为开关B的电磁机构铁心先吸合后的情况，此时开关B的顶杆19B先抬起，由于顶杆19B的弧面p对联锁件43的弧面q的阻挡作用，使得联锁件43不能绕轴45转动，而使即使开关A通电的控制线圈的铁心不能吸合，达到开关B吸合而开关A不能吸合的目的；

图18为开关A的电磁机构铁心先吸合后的情况，此时开关A的顶杆19A先抬起，联锁件43随顶杆19A作一定角度的转动，此时，由于联锁件43的弧面x对顶杆19B的弧面y的阻挡作用，使得顶杆19B不能转动，从而保证开关B的铁心不能吸合，即实现了开关A吸合开关B不能吸合的目的。

图19为两台开关本体、所述的机械联锁及电源检测继电器组成ATS型所附带检测电源及提供断相保护器的情况，48为所述的开关本体，47是其附带的辅助触头，46为电源检测继电器，它通过47固定在开关本体上，图20为其电气原理图。N为常用电源，S为备用电源，电压继电器的两触头端子(一常开，一常闭)分别用来控制开关A、B的控制线圈，当常用电源任一相失电时，电源检测继电器动作，其触头端子常开、常闭变化输出使开关A的控制线圈断开，开关B的控制线圈接通，开关A断开，开关B闭合，常用电源S转为备用电源；当常用电源恢复正常后，电源继电器恢复到动作前的状态，A接通，B断开，备用电源重新恢复到常用电源。上述的过程实现了ATS的自投自复，同时，通过手柄及在控制端A1、A2及A1’、A2’串接按钮能容易的实现手投手复及自投不自复。

以上是本实用新型的最佳实施例。本实用新型的开关电器以及本实用新型所构成的可逆型、ATS型作为电动机及配电保护，具有接线少而方便，占用地方少，保护功能完善，可靠性高，可连续运行的优点，特别适合冶金、煤矿、钢铁、石化、港口、船泊、铁路等领域以及泵、消防、风机、空调等电控***高度自动化的场合。

Claims (6)

1.一种集成化的控制与保护开关电器，主要由底座[1]、主电路接触组[2]、电磁传动机构[3]、操作机构[4]、隔离机构[5]及过电流脱扣器[6]组成，其特征在于所述的主电路接触组[2]装有螺管电磁铁[7]及双断点的动、静主触头，螺管电磁铁[7]通过拨杆与主触头相连接：所述的电磁传动机构[3]主要由动、静铁芯、线圈、支架、顶杆、导电夹组成，顶杆固定在铁芯上，导电夹内设有一与线圈串联的断点，并通过一拨杆由操作机构[4]控制；所述的操作机构[4]装有推杆、推板、拨杆、拉杆分别与过电流脱扣器[6]、主电路接触组[2]、电磁传动机构[3]、隔离机构相[5]关联，并有手动操作的指示旋钮，该旋钮能分别置于自动控制位置(Auto)、脱扣位置(Trip)、分断位置(Off)、复位位置(Reset)及隔离位置(O)；所述隔离机构[5]主要由支架、旋转架、隔离刀触头、指示件及关联于操作机构[4]的拉杆组成，隔离的刀触头固定在支架上，能随支架上下移动接通、断开主电路；所述的过电流脱扣器[6]对电路中出现的过载、过流(大过载)、断相能通过关联于操作机构[4]的推杆，最终断开所述的与控制线圈串联的断点，从而切断主电路。

2.根据权利要求1所述的集成化开关电器，其特征在于：所述的动、静主触点分别固定在触桥及两块接触板上，触桥与两接触板平行放置，触桥固定在触头支持上。

3.根据权利要求1所述的集成化开关电器，其特征在于所述的固定于动铁芯上的顶杆上装有三个可调的螺杆，三螺杆分别置于三相的触头支持的上端。

4.根据权利要求书1所述的集成化开关电器，其特征在于所述导电夹上固定有金属片作为静触头，动触点固定在一簧片上，通过一弹簧与静触头相接触。

5.一种集成化控制与保护开关电器，由相同两台该集成化开关电器为基本体组成的可逆型、双电源切换ATS型的机械联锁，主要由内置的机械联锁件及顶杆组成，其特征在于所述联锁件一端可绕固定轴转动，另一端关联于其中一台基本体的所述顶杆，所述的联锁件有两圆弧面分别对所述顶杆两弧面起阻挡作用。

6.根据权利要求5所述的集成化控制与保护开关电器，其特征在于继电器安装在ATS本体上，其电源信号取自ATS的进线端，其触头机构的输出信号能够实现常用电源和备用电源间的切换。

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