專利名稱：電氣開關(guān)裝置以及用于電路的電路中斷器的脫扣單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型總體涉及電氣開關(guān)裝置，更特別地涉及包括脫扣單元的電氣開關(guān)裝置
例如斷路器。本實(shí)用新型還涉及用于電路中斷器的脫扣單元。
背景技術(shù)：
電氣開關(guān)裝置包括，例如，電路開關(guān)器件；電路中斷器，例如斷路器；網(wǎng)絡(luò)保護(hù)器； 接觸器；馬達(dá)起動(dòng)器；馬達(dá)控制器；以及其它負(fù)載控制器。電氣開關(guān)裝置例如電路中斷器， 尤其是模制外殼類型的斷路器，在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。例如參見美國專利NO. 5， 341， 191。 斷路器用來保護(hù)電氣電路免遭由于過電流情況造成的損害，例如過載情況或者較 高電平短路或故障情況。模制外殼斷路器通常每相包括一對可分離觸點(diǎn)?？煞蛛x觸點(diǎn)可通 過設(shè)置在外殼外面的手柄被手動(dòng)操作或者響應(yīng)于過電流情況被自動(dòng)操作。通常，這種斷路 器包括設(shè)計(jì)為迅速打開和閉合可分離觸點(diǎn)的操作機(jī)構(gòu)，以及在自動(dòng)操作模式中感測過電流 情況的脫扣單元。當(dāng)感測到過電流情況時(shí)，脫扣單元使該操作機(jī)構(gòu)脫扣到脫扣狀態(tài)，從而將 可分離觸點(diǎn)移動(dòng)到打開位置。 工業(yè)斷路器通常使用一種斷路器框架，該斷路器框架容納脫扣單元。例如參見美 國專利NO. 5， 910， 760以及NO. 6， 144， 271。脫扣單元可以是模塊化的并且可以進(jìn)行替換，以 改變斷路器的電特性。 眾所周知，可采用使用微處理器的脫扣單元來檢測各種類型的過電流脫扣情況并 提供各種保護(hù)功能，例如長延遲脫扣，短延遲脫扣，瞬時(shí)脫扣，和/或接地故障脫扣。長延遲 脫扣功能保護(hù)受保護(hù)的電氣系統(tǒng)所服務(wù)的負(fù)載免于過負(fù)載和/或過電流。短延遲脫扣功能 可用于協(xié)調(diào)分級斷路器中的下游斷路器的脫扣。瞬時(shí)脫扣功能保護(hù)與斷路器連接的電導(dǎo)體 免遭過電流情況例如短路的損害。顧名思義，接地故障脫扣功能保護(hù)電氣系統(tǒng)免遭接地故 障。 最早的電子脫扣單元電路設(shè)計(jì)使用了分立的部件，例如晶體管，電阻器和電容器。 最近，例如美國專利NO. 4， 428， 022和NO. 5， 525， 985中所公開的設(shè)計(jì)已包括了微 處理器，這提供了改進(jìn)的性能和靈活性。這些數(shù)字系統(tǒng)對電流波形進(jìn)行周期性采樣以產(chǎn)生 電流的數(shù)字表示。微處理器使用樣本執(zhí)行算法，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)電流保護(hù)曲線。 —些已知的模制外殼斷路器(MCCB)包括短延遲時(shí)間設(shè)定。實(shí)際的短延遲脫扣 時(shí)間被有意地延遲并且具有大約37毫秒的最小脫扣時(shí)間，該最小脫扣時(shí)間是由微處理 器執(zhí)行的短延遲算法的計(jì)算時(shí)間得來的。這些MCCB的瞬時(shí)特征是由固定模擬超馳電路 (override circuit)提供的。單個(gè)齊納二極管被預(yù)先確定單個(gè)固定閾值。固定模擬超馳電 路檢測峰值電流并在少于一個(gè)線循環(huán)(line cycle)內(nèi)啟動(dòng)脫扣。由于齊納二極管是固定 的且不可調(diào)的部件，所以瞬時(shí)脫扣閾值被設(shè)定為單個(gè)固定值。 例如，如圖1的脫扣曲線所示，接近1. 15X的頂部豎直線為長延遲吸動(dòng)(LDP)。在 這個(gè)示例中，對于斷路器的連續(xù)電流額定值的1. 15倍以下的檢測電流沒有脫扣。1. 15X和 6X之間的斜線為長延遲時(shí)間(LDT)。這為斷路器連續(xù)電流額定值的約1. 15倍和約6倍之間的檢測電流提供了脫扣時(shí)間。在約120毫秒處的水平線為短延遲時(shí)間(SDT)。還可具有 (例如但不限于)約50毫秒和約300毫秒的設(shè)定。對應(yīng)于50、 120和300毫秒設(shè)定的實(shí)際 短延遲脫扣時(shí)間通常分別大約是37、87和275毫秒。最后，在約15毫秒處的水平線為瞬時(shí) 時(shí)間。如果檢測電流高于斷路器脫扣單元最大額定電流(或者傳感器額定值)的約12倍， 則脫扣單元將在此時(shí)脫扣。連續(xù)電流額定值可與最大額定電流相同(如圖l所示)或者可 以是最大額定電流的一個(gè)百分比(< 100% )(未示出)。 美國專利NO. 7，203，040公開了一種斷路器和脫扣單元，該脫扣單元具有用于減 少弧閃能量和弧閃曝露嚴(yán)重程度的ARMS。在發(fā)生故障時(shí)，特定的脫扣功能被手動(dòng)地利用減 少電弧能量的維護(hù)脫扣功能(maintenance tripfunction)替代。在ARMS模式中，維護(hù)脫 扣功能減小了吸動(dòng)電流(pickupcurrent)和/或減小或消除了特定脫扣功能的時(shí)間延遲。 對于電氣開關(guān)裝置例如電路中斷器具有改進(jìn)的空間。 對于用于電路中斷器的脫扣單元也具有改進(jìn)的空間。

實(shí)用新型內(nèi)容希望在選擇性協(xié)調(diào)方案中具有手動(dòng)可選瞬時(shí)脫扣閾值。 本實(shí)用新型的實(shí)施例可以滿足這種及其它需求，對于電氣開關(guān)裝置例如電路中斷 器的瞬時(shí)脫扣電路，本實(shí)用新型提供了多個(gè)手動(dòng)可選的預(yù)定電流條件，所述預(yù)定電流條件 大于電弧減少維護(hù)電流條件(arc reductionmaintenance current condition)。例如，這 些預(yù)定電流條件的范圍在電路中斷器脫扣機(jī)構(gòu)的最大額定電流的大約六倍到大約十二倍 之間。 根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，一種電氣開關(guān)裝置包括可分離觸點(diǎn)；構(gòu)造成打開 和閉合可分離觸點(diǎn)的操作機(jī)構(gòu)；以及與該操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以脫扣打開可分離觸點(diǎn)的脫扣機(jī) 構(gòu)，該脫扣機(jī)構(gòu)包括用于感測流經(jīng)可分離觸點(diǎn)的電流并提供表示該電流的信號的傳感器， 用于在多個(gè)預(yù)定電流條件中選擇一個(gè)的可手動(dòng)操作選擇器，其中每個(gè)預(yù)定電流條件均大于 電弧減少維護(hù)電流條件，以及瞬時(shí)脫扣電路，該瞬時(shí)脫扣電路與傳感器和可手動(dòng)操作選擇 器協(xié)作以便將表示電流的信號與選定的一個(gè)預(yù)定電流條件進(jìn)行比較，并且相應(yīng)地導(dǎo)致操作 機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣打開可分離觸點(diǎn)。 瞬時(shí)脫扣電路可包括脫扣線圈和比較器，該比較器包括與傳感器電互連的第一輸 入端、具有基準(zhǔn)電壓的第二輸入端、以及用于引起脫扣線圈被通電和使得操作機(jī)構(gòu)脫扣打 開可分離觸點(diǎn)的輸出端。比較器的第一輸入端可具有幅值通常大于該基準(zhǔn)電壓的電壓。傳 感器可進(jìn)一步構(gòu)造成隨著電路中流動(dòng)的電流的增加而降低比較器的第一輸入端的電壓。當(dāng) 選擇了較小的一個(gè)預(yù)定電流條件時(shí)，可手動(dòng)操作選擇器還可構(gòu)造成降低比較器的第一輸入 端的電壓。 作為本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供一種用于電路的電路中斷器的脫扣單元。該 脫扣單元包括用于感測電路中流動(dòng)的電流并提供表示該電流的信號的傳感器；用于在多 個(gè)預(yù)定電流條件中選擇一個(gè)的可手動(dòng)操作選擇器，其中每個(gè)預(yù)定電流條件均大于電弧減少 維護(hù)電流條件；以及瞬時(shí)脫扣電路，該瞬時(shí)脫扣電路與傳感器和可手動(dòng)操作選擇器協(xié)作以 便將表示電流的信號與選定的一個(gè)預(yù)定電流條件進(jìn)行比較，并相應(yīng)地瞬時(shí)產(chǎn)生脫扣信號。 可手動(dòng)操作選擇器可包括多個(gè)齊納二極管，每個(gè)齊納二極管具有相應(yīng)的不同值。瞬時(shí)脫扣電路可以是與其中一個(gè)齊納二極管協(xié)作的模擬瞬時(shí)脫扣電路，所述其中一個(gè)齊納 二極管對應(yīng)于選定的一個(gè)預(yù)定電流條件。 預(yù)定電流條件可包括在第一值和較大的第二值之間的多個(gè)不同電流條件?？墒謩?dòng) 操作選擇器還可包括對應(yīng)于較大的第二值的開路輸入端?？墒謩?dòng)操作選擇器可構(gòu)造成響應(yīng) 于對具有較大的第二值的其中一個(gè)不同電流條件的選擇，選擇性地不使第二齊納二極管中 的任何一個(gè)與第一齊納二極管并行電連接。

結(jié)合附圖閱讀以下對優(yōu)選實(shí)施例的描述，可以獲得對本實(shí)用新型的完整理解 圖1是脫扣單元的電流/時(shí)間的脫扣曲線圖。 圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的包括脫扣單元的斷路器的等距視圖。 圖3是示出連接于電氣系統(tǒng)的圖2的斷路器的框圖形式的示意圖。 圖4是圖2的脫扣單元的俯視圖。 圖5是圖2的脫扣單元的面板組件的等距視圖。 圖6是圖2的面板的圖例的俯視圖。 圖7-9是圖2的脫扣單元的電流/時(shí)間的脫扣曲線圖。 圖10是圖5的選擇器開關(guān)印刷電路板的示意性框圖。 圖11和12是根據(jù)本實(shí)用新型的其它實(shí)施例的瞬時(shí)脫扣電路的示意性框圖。 附圖標(biāo)記列表1電氣開關(guān)裝置，電路中斷器，斷路器2電路，例如電氣系統(tǒng)3A電路導(dǎo)體3B電路導(dǎo)體3C電路導(dǎo)體3N中性導(dǎo)體3G接地導(dǎo)體7A電流互感器(CT)7BCT7CCT7NCT8表示電流的信號9電子脫扣單元9，脫扣單元10脫扣信號11處理器，例如微處理器(yP)11，yP15操作機(jī)構(gòu)17A成組的可分離觸點(diǎn)17B成組的可分離觸點(diǎn)[0051]17C成組的可分離觸點(diǎn)18基座19蓋子20程序22多個(gè)預(yù)定電流條件24一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件26殼體28第一開口30第二開口31面板32可手動(dòng)操作選擇器，例如選擇器開關(guān)34可動(dòng)指示器35印刷電路板(PCB)36支架，例如模制分支37支架，例如模制分支38緊固件39緊固件40樞轉(zhuǎn)元件42選擇器元件44外圍元件52圖例54第一電流條件56第二電流條件58不同電流條件60不同電流條件62不同電流條件64不同電流條件66不同電流條件70脫扣曲線72脫扣曲線74部分76部分78短延遲時(shí)間80脫扣曲線82脫扣曲線84脫扣曲線86脫扣曲線88脫扣曲線90長延遲時(shí)間0090]92輸入端
0091]94六個(gè)輸入端
0092]96齊納二極管
0093]98齊納二極管
0094]100齊納二極管
0095]102齊納二極管
0096]104齊納二極管
0097]106齊納二極管
0098]108輸出端
0099]110輸出端
0100]112可動(dòng)臂
0101]118傳感器電路
0102]120瞬時(shí)脫扣電路
0103]122微型計(jì)算機(jī)(iiC)
0104]124比較器
0105]126全波電橋
0106]128全波電橋
0107]130全波電橋
0108]132全波電橋
0109]134負(fù)載電阻器
0110]136負(fù)載電阻器
0111 ]138負(fù)載電阻器
0112]140負(fù)載電阻器
0113]142DC電壓
0114]144公共節(jié)點(diǎn)
0115]146二極管
0116]148二極管
0117]150二極管
0118]152二極管
0119]154電壓
0120]156齊納二極管
0121]158節(jié)點(diǎn)
0122]160電容器
0123]162電阻器
0124]164接地端
0125]166輸入端(CPO)
0126]168比較器輸入端(+) (CPREF)
0127]170比較器輸出端
0128]170'比較器輸出端[0129]172緩沖器174脫扣線圈176輸入端178輸出端180輸出端182電源184瞬時(shí)脫扣電路185輸入端186輸出端
具體實(shí)施方式文中所使用的術(shù)語"數(shù)量"含義為1或者大于1的整數(shù)(即，多個(gè))。 文中所使用的術(shù)語"處理器"指能夠存儲(chǔ)、檢索和處理數(shù)據(jù)的可編程模擬和/或數(shù)
字裝置；計(jì)算機(jī)；工作站；個(gè)人計(jì)算機(jī)；微處理器；微控制器；微型計(jì)算機(jī)；中央處理單元；
大型計(jì)算機(jī)；小型計(jì)算機(jī)；服務(wù)器；網(wǎng)絡(luò)處理器；或者任何合適的處理設(shè)備或裝置。 文中所使用的兩個(gè)或更多部件"連接"或"聯(lián)接"在一起的表述是指這些部件直接 接合在一起或者通過一個(gè)或多個(gè)中間部件接合在一起。另外，文中所使用的兩個(gè)或更多部 件"附接"的表述是指這些部件直接接合在一起。 文中所使用的術(shù)語"選擇器開關(guān)"是指可手動(dòng)操作的旋轉(zhuǎn)選擇器開關(guān)，可手動(dòng)操作 且樞轉(zhuǎn)聯(lián)接的選擇器開關(guān)，或任何適當(dāng)?shù)目墒謩?dòng)操作的選擇裝置，其構(gòu)造成從多種不同電 流條件中選擇一種電流條件。 文中使用的術(shù)語"總脫扣延遲"是指電氣開關(guān)裝置的可分離觸點(diǎn)、操作機(jī)構(gòu)、瞬時(shí) 脫扣電路和傳感器的固有的操作延遲的總和，或者如果有任何有意的延遲的話，所述固有 的操作延遲加上任何有意的延遲的總和。例如，可分離觸點(diǎn)和操作機(jī)構(gòu)通常是機(jī)械結(jié)構(gòu)，其 需要較少的操作時(shí)間來脫扣打開可分離觸點(diǎn)。此外，瞬時(shí)脫扣電路和傳感器通常都是電結(jié) 構(gòu)，其需要非常少的操作時(shí)間來感測流經(jīng)可分離觸點(diǎn)的電流，確定所感測的電流是否超出 預(yù)定脫扣閾值，并使得操作機(jī)構(gòu)脫扣打開可分離觸點(diǎn)。 文中所使用的術(shù)語"瞬時(shí)脫扣電路"明確地排除了短延遲脫扣電路、長延遲脫扣電 路、接地故障脫扣電路、電弧故障脫扣電路和/或?yàn)殡姎忾_關(guān)裝置提供大于33. 333ms (例 如，60Hz的兩個(gè)線循環(huán))的總脫扣延遲的脫扣電路。 文中使用的術(shù)語"瞬時(shí)的"或者"瞬時(shí)地"表示(1)對于脫扣操作除了操作延遲之 外沒有任何有意的脫扣延遲，所述操作延遲是電氣開關(guān)裝置的可分離觸點(diǎn)、操作機(jī)構(gòu)、瞬時(shí) 脫扣電路和/或傳感器固有的，和/或(2)小于或等于大約50Hz或者大約60Hz的大約一 個(gè)線循環(huán)的總脫扣延遲(例如，約8ms ;約15ms ;約16. 666ms ;約20ms ;大約一個(gè)線循環(huán)或 者更少的任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間)。 文中使用的術(shù)語"一個(gè)循環(huán)瞬時(shí)"表示小于或等于大約50Hz或者大約60Hz的大 約一個(gè)線循環(huán)的總脫扣延遲(例如，大約8ms ;大約15ms ;大約16. 666ms ;大約20ms ;大約 一個(gè)線循環(huán)或者更少的任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間)。 文中使用的術(shù)語"兩個(gè)循環(huán)瞬時(shí)"表示小于33. 333ms的總脫扣延遲(例如，60Hz的兩個(gè)線循環(huán))。 文中使用的術(shù)語"電弧減少維護(hù)電流條件"表示四倍于電氣開關(guān)裝置脫扣機(jī)構(gòu)的 最大額定電流的電流條件。 文中使用的術(shù)語"最大額定電流"表示與電氣開關(guān)裝置(例如但不限于斷路器) 的脫扣機(jī)構(gòu)(例如但不限于脫扣單元)的一定數(shù)量的電流傳感器(例如但不限于電流互感 器)的最大額定電流值或傳感器額定值相同的值。 文中使用的術(shù)語"連續(xù)電流額定值"表示與電氣開關(guān)裝置(例如但不限于斷路器) 的脫扣機(jī)構(gòu)(例如但不限于脫扣單元)的額定電流相同的值。連續(xù)電流額定值可等于或小 于該脫扣機(jī)構(gòu)的最大額定電流。 本實(shí)用新型結(jié)合三相斷路器進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型可應(yīng)用于具有任何數(shù)量 的相或極的電氣開關(guān)裝置及用于該電氣開關(guān)裝置的脫扣單元。 圖2示出一種電氣開關(guān)裝置，例如通過示例性斷路器1示出的電路中斷器。參考 圖3，此斷路器1保護(hù)示例性電路，例如電氣系統(tǒng)2，該電路包括三相(例如，A、B和C)電路 導(dǎo)體3A、3B和3C，還可包括中性(N)導(dǎo)體3N和接地(G)導(dǎo)體3G。該示例性斷路器是基于 微處理器的斷路器1。斷路器1包括傳感器，例如電流互感器(CT)7A、7B、7C和7N，其生成 表示在各相導(dǎo)體3A、3B和3C中、以及如果希望的話在中性導(dǎo)體3N中流動(dòng)的電流的信號8。 脫扣機(jī)構(gòu)，例如通過示例性電子脫扣單元9示出的脫扣電路，監(jiān)控由這些電流互 感器7A、7B、7C、7N感測的電流并且響應(yīng)于預(yù)定電流和/或預(yù)定電流/時(shí)間條件生成脫扣信 號10。電子脫扣單元9結(jié)合了合適的處理器，例如示例性微處理器(yP)ll。在此示例性 實(shí)施例中，電子脫扣單元9的電流互感器7A、7B、7C、7N確定了脫扣單元9的最大額定電流。 電子脫扣單元9響應(yīng)于特定的過電流條件產(chǎn)生脫扣信號10。如常規(guī)上一樣，操作 機(jī)構(gòu)15構(gòu)造成打開和閉合成組的可分離觸點(diǎn)17A、17B和17C。脫扣信號10通過適當(dāng)?shù)拿?扣裝置(例如但不限于，脫扣線圈(圖11的174);脫扣螺線管(未示出))致動(dòng)操作機(jī)構(gòu) 15，該操作機(jī)構(gòu)15相應(yīng)地打開成組的可分離觸點(diǎn)17A、 17B、 17C，以便中斷通過電氣系統(tǒng)2的 對應(yīng)相導(dǎo)體3A、3B、3C的電流。因此，脫扣單元9與操作機(jī)構(gòu)15協(xié)作以脫扣打開可分離觸 點(diǎn)17A、17B、17C。 斷路器1、尤其是電子脫扣單元9提供了多種保護(hù)模式。特別是提供了瞬時(shí)保護(hù)模 式和電弧減少維護(hù)系統(tǒng)(ARMS)保護(hù)模式。還可提供長延遲、短延遲和/或接地故障保護(hù)、 和/或其它適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)模式。脫扣單元9優(yōu)選包括由PP11執(zhí)行的程序20。 下面將結(jié)合圖3-5進(jìn)行討論，可手動(dòng)操作選擇器32構(gòu)造成從多種預(yù)定電流條件中 選擇一種，每一種預(yù)定電流條件都大于四倍于脫扣單元9的最大額定電流的電弧減少維護(hù) 電流條件。在瞬時(shí)保護(hù)模式中，脫扣單元9構(gòu)造成將信號8和多種預(yù)定電流條件22中所 選擇的其中一種進(jìn)行比較，并相應(yīng)地瞬時(shí)產(chǎn)生脫扣信號10。還具有單獨(dú)的一定數(shù)量的預(yù)定 ARMS電流條件24，如下面將討論的。 如圖4最佳示出的，脫扣單元9包括殼體26，該殼體26具有第一開口 28和第二 開口 30?？墒謩?dòng)操作選擇器例如選擇器開關(guān)32設(shè)置在第一開口 28附近并構(gòu)造成選擇圖3 的預(yù)定電流條件22和一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件24中的一種。 示例性可動(dòng)指示器34與選擇器開關(guān)32協(xié)作并且設(shè)置在第二開口 30的附近?？?動(dòng)指示器34構(gòu)造成指示是否預(yù)定電流條件22中的一種或一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件24中的一種被選擇器開關(guān)32選擇。示例性脫扣單元9(圖3和4)使用可動(dòng)指示器34，并 且例如具有對于LED或者其它發(fā)光狀態(tài)固定指示器的不充分的電能(或者在某些情況下沒 有電能)?？商娲?，可使用電子指示器或者不使用指示器。 參考圖4和5，脫扣單元?dú)んw26(圖4)包括面板31，該面板具有第一開口 28和第 二開口 30 (圖4)。脫扣單元9包括印刷電路板(PCB) 35，該印刷電路板通過支架例如模制分 支36、37和緊固件38、39聯(lián)接到面板31。例如，由于避免了改變用于脫扣單元9 (圖4)的 基座18和蓋子19(例如但不限于，熱固性部件)的模具(未示出)的需要，使用面板31(例 如但不限于，熱塑性部件)的模制分支36、37將PCB 35聯(lián)接于面板31減少了模制部件的 數(shù)量。 選擇器開關(guān)32可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到PCB 35。可動(dòng)指示器34從外圍聯(lián)接到選擇器開 關(guān)32，并構(gòu)造成與選擇器開關(guān)32 —起樞轉(zhuǎn)。特別地，選擇器開關(guān)32是旋轉(zhuǎn)選擇器開關(guān)，其 包括相對于脫扣單元?dú)んw26可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置的樞轉(zhuǎn)元件40和聯(lián)接到樞轉(zhuǎn)元件40的選擇器 元件42。選擇器元件42設(shè)置在第一殼體開口 28處。可動(dòng)指示器34包括外圍元件44，該 外圍元件44設(shè)置在選擇器元件42的外圍并能夠與選擇器元件42 —起移動(dòng)。外圍元件44 設(shè)置在第二殼體開口 30(圖4)處。樞轉(zhuǎn)元件40包括接納與PCB 35聯(lián)接的樞轉(zhuǎn)柱(未示 出)的開口 (未示出)。可動(dòng)指示器34還包括聯(lián)接到外圍元件44并且設(shè)置在第二殼體開 口 30處的指示器元件(未示出)。 圖6示出了圖2的面板31的示例性圖例52。在這個(gè)示例中，斷路器脫扣單元9包 括最大額定電流。示例性的一定數(shù)量的預(yù)定ARMS電流條件24包括大約2. 5倍于最大額定 電流的第一電流條件54和大約四倍于最大額定電流的第二電流條件56。示例性預(yù)定電流 條件22包括在大約六倍于最大額定電流的條件58和大約12倍于最大額定電流的條件66 之間的不同電流條件58、60、62、64、66。所有這些不同的瞬時(shí)電流條件58、60、62、64、66大 于所有不同ARMS電流條件54、56。條件60、62、64分別對應(yīng)于最大額定電流的7倍、8倍和 10倍。 圖7和8示出了類似于圖1的脫扣曲線70、72，不同之處在于，長延遲時(shí)間的部分 74、76和全部短延遲時(shí)間78在最大額定電流的2.5倍(圖7)或者4倍(圖8)以上被取 代。 圖9示出了類似于圖7和8的脫扣曲線70、72的脫扣曲線80、82、84、86、88 (86以 實(shí)線示出，而80、82、84、88以虛線示出)，不同之處在于，所有的長延遲時(shí)間90都沒有被取 代，短延遲時(shí)間78沒有被取代，或者短延遲時(shí)間78的部分或全部在最大額定電流的6倍、7 倍、8倍、10倍或12倍以上被取代。在該示例性實(shí)施例中，脫扣曲線80、82、84、86、88包括 對應(yīng)于約8毫秒的預(yù)定電流條件22(圖6)的共同的脫扣時(shí)間，但是瞬時(shí)脫扣電路(例如圖 11中的120)可以使用任何適當(dāng)?shù)目偯摽垩舆t(例如，一個(gè)循環(huán)瞬時(shí)；兩個(gè)循環(huán)瞬時(shí))。 圖3中的yPll、特別是程序20構(gòu)造成提供脫扣曲線80、82、84、86、88的一個(gè)主 要部分，其通常對應(yīng)于表示流經(jīng)可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C的電流的信號8的最大值，這些電 流小于最大額定電流的大約6倍。如下面結(jié)合圖10和11所討論的，瞬時(shí)脫扣電路120和 PCB 35將所述脫扣曲線80、82、84、86、88有利地取代為在最大額定電流的大約6倍和大約 12倍之間的五個(gè)示例性電流中的選定的一個(gè)。 參考圖IO，示出了圖5的選擇器開關(guān)PCB 35。示例性的七位置選擇器開關(guān)32包括一個(gè)對應(yīng)于開路的輸入端92和接納六個(gè)不同齊納二極管96、98、100、102、104、106的陰 極的六個(gè)輸入端94。雖然所示出的六個(gè)不同齊納二極管96、98、 100、 102、 104、 106的示例性 的不同齊納電壓在9. IV到1. 8V的范圍內(nèi)變化，但是可以理解可使用任何適當(dāng)?shù)牟煌凝R 納電壓。PCB 35包括兩個(gè)輸出端108、110，所述兩個(gè)輸出端分別電連接到圖5的選擇器元 件42的可動(dòng)臂112和不同的齊納二極管96、98、100、102、104、106的陽極。 參考圖ll，示出了可與圖3中的脫扣單元9相同或者相似的另一個(gè)脫扣單元9'。 脫扣單元9'包括傳感器電路118、瞬時(shí)脫扣電路120、微型計(jì)算機(jī)(ii C) 122，該微型計(jì)算機(jī) 包括圖3的iiPll。如圖所示，瞬時(shí)脫扣電路120可以使用比較器124形式的iiC 122的一 部分，但是也可使用單獨(dú)的和獨(dú)立的比較器(未示出)。瞬時(shí)脫扣電路120有利地與圖10 的PCB 35接口。 傳感器電路118包括四個(gè)全波電橋126、128、130、132，所述四個(gè)全波電橋可與圖3 中的電流互感器7A、7B、7C、7N—起使用以用于四個(gè)電路中斷器的極(例如對應(yīng)于相位A、B、 C和中性)。全波電橋126、128、130、132分別與四個(gè)負(fù)載電阻器134、 136、 138、 140操作性 地關(guān)聯(lián)。從公共節(jié)點(diǎn)144獲得DC電壓142，該公共節(jié)點(diǎn)144分別通過二極管146、 148、 150、 152與負(fù)載電阻器134、136、138、140電互連。一個(gè)極的DC電壓，例如跨越負(fù)載電阻器134的 電壓154，是負(fù)的并且由通過相應(yīng)的負(fù)載電阻器的電流與該負(fù)載電阻器的電阻的乘積構(gòu)成。 四個(gè)負(fù)載電阻器134、136、138、140的最高(最大負(fù)值)峰值電壓可導(dǎo)致齊納二極管156的 齊納擊穿。當(dāng)齊納二極管156穿通時(shí)，它趨向于將電容器160和電阻器162的公共節(jié)點(diǎn)158 引向接地端164。 輸入端(CPO) 166是ii C122的比較器124的外部輸入端(_)。另一比較器輸入端 (+) (CPREF) 168在內(nèi)部設(shè)定基準(zhǔn)為+1. 25V。當(dāng)節(jié)點(diǎn)158處的電壓降低到+1. 25V以下時(shí)，比 較器輸出端(PC0)170升高以提供脫扣信號10 (圖3)，其導(dǎo)致可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C打開。 參考圖IO和ll，從圖10的選擇器開關(guān)PCB 35可以看到，根據(jù)針對圖6中預(yù)定電 流條件58、60、62、64的圖5的選擇器元件42的可動(dòng)臂112的位置，不同的齊納二極管102、 100、98、96中的一個(gè)分別與齊納二極管156并行電連接，該齊納二極管156具有對應(yīng)于圖6 的預(yù)定電流條件66的示例性齊納電壓IIV。始自輸入端92的開路并行跨越用于預(yù)定電流 條件66的齊納二極管156。繼而，最低齊納電壓電平確定了瞬時(shí)脫扣電平。通過選擇器開 關(guān)32接入和切斷齊納二極管102、100、98、96中的所希望的一個(gè)。其它齊納二極管104和 106用于圖6的一定數(shù)量的示例性ARMS電流條件24。 總之，示例性模擬瞬時(shí)脫扣電路120與傳感器電路118和可手動(dòng)操作選擇器例如 示例性選擇器開關(guān)32協(xié)作，以便將表示最高相電流的電壓142與從預(yù)定電流條件22中選 擇的一種進(jìn)行比較。當(dāng)比較器124確定節(jié)點(diǎn)158處的電壓低于基準(zhǔn)輸入端168的電壓時(shí)， 導(dǎo)致比較器輸出端(PC0)170升高。繼而，緩沖器172使脫扣線圈174通電，這導(dǎo)致操作機(jī) 構(gòu)15(圖3)瞬時(shí)脫扣打開可分離觸點(diǎn)17A、17B、17C。 比較器124的輸入端(_) 166的電壓的幅值通常大于另一比較器輸入端(+) 168處 的電壓。傳感器電路118構(gòu)造成隨著在圖3的電路2中流動(dòng)的電流的增大而降低輸入端 166的電壓。此外，當(dāng)選擇了相對較小(較大)的一個(gè)齊納電壓、從而選擇了預(yù)定電流條件 22中的相對較小(較大)的一種時(shí)，選擇器開關(guān)32(圖10)構(gòu)造成降低(增大)輸入端166的電壓。 如參考全波電橋126所示出的，電橋126、 128、 130、 132中的每一個(gè)包括輸入端176 和輸出端178。電橋輸入端176接納對應(yīng)的CT 7A的輸出端180。電橋輸出端178用于向 電源182供電并且提供電壓154，該電壓154是表示流過可分離觸點(diǎn)17A(圖3)的電流的信 號。電橋輸出端178的一端電連接到負(fù)載電阻器134的一端。負(fù)載電阻器134的另一端電 連接到接地端164。應(yīng)當(dāng)理解，圖11中的瞬時(shí)脫扣電路120可以應(yīng)用于任何數(shù)量的斷路器 極。 在圖11的示例中，ii Pll可以單獨(dú)和獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)輸出端(PC0) 170(的輸出)到脫 扣線圈緩沖器172?？商娲?，如圖12所示，瞬時(shí)脫扣電路184包括具有輸入端185和輸出 端186的iiPll'。 yP輸入端185接納比較器輸出端170'， yP輸出端186驅(qū)動(dòng)脫扣線圈 緩沖器172。此實(shí)施例相對于圖11的瞬時(shí)脫扣電路120向總脫扣延遲增加了一些時(shí)間，這 是由于yPll'必須感測輸入端185是有源的，然后設(shè)定輸出端186。 yPll'包括合適的程 序20'，該程序?qū)崿F(xiàn)了這一功能以及圖3的程序20的功能。 盡管已經(jīng)對本實(shí)用新型的特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，根據(jù)本實(shí)用新型的全部教導(dǎo)可以對這些細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變和替代。因此，所公開的具 體設(shè)置僅是為了舉例說明，而不是限制本實(shí)用新型的范圍，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利 要求及其任何和所有等同方案的全部內(nèi)容給出。
權(quán)利要求一種電氣開關(guān)裝置，其特征在于包括可分離觸點(diǎn)(17A；17B；17C)；操作機(jī)構(gòu)(15)，該操作機(jī)構(gòu)構(gòu)造成打開和閉合所述可分離觸點(diǎn)；以及脫扣機(jī)構(gòu)(9)，該脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以便脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括傳感器(7A；7B；7C)，該傳感器構(gòu)造成感測流過所述可分離觸點(diǎn)的電流并提供表示所述電流的信號(8)，可手動(dòng)操作選擇器(32)，該可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成從多個(gè)預(yù)定電流條件(22)中選擇一個(gè)，所述預(yù)定電流條件中的每一個(gè)均大于電弧減少維護(hù)電流條件(56)，以及瞬時(shí)脫扣電路(120；184)，該瞬時(shí)脫扣電路與所述傳感器和所述可手動(dòng)操作選擇器協(xié)作，以將表示所述電流的所述信號與所述預(yù)定電流條件中的選定的一個(gè)進(jìn)行比較，并相應(yīng)地使所述操作機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括脫扣線 圈(174)和比較器(124)，該比較器包括與所述傳感器電互連的第一輸入端(166)、具有基 準(zhǔn)電壓(CPREF)的第二輸入端(168)以及輸出端(170)，該輸出端用以使所述脫扣線圈被通 電并使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)；所述比較器的第一輸入端的電壓的幅值通 常大于所述基準(zhǔn)電壓；所述傳感器還構(gòu)造為隨著所述電路中流動(dòng)的電流的增大而降低所述 比較器的第一輸入端的電壓；并且，所述可手動(dòng)操作選擇器還構(gòu)造為在選擇了所述預(yù)定電 流條件中的較小的一個(gè)時(shí)降低所述比較器的第一輸入端的電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述脫扣機(jī)構(gòu)包括最大額定電 流；并且，所述預(yù)定電流條件包括在所述最大額定電流的大約6倍和大約12倍之間的多個(gè) 不同的電流條件(58、60、62、64、66)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述預(yù)定電流條件(22)選自所 述最大額定電流的6倍，7倍，8倍，10倍和12倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述可手動(dòng)操作選擇器(32)包 括多個(gè)齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述齊納二極管具有相應(yīng)的不同值；所述瞬時(shí) 脫扣電路是與其中一個(gè)齊納二極管協(xié)作的模擬瞬時(shí)脫扣電路(120)，所述其中一個(gè)齊納二 極管對應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的所述選定的一個(gè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述脫扣機(jī)構(gòu)還包括處理器 (ll)，該處理器構(gòu)造成提供對應(yīng)于表示所述電流的所述信號和時(shí)間的脫扣曲線(80 ;82 ; 84 ;86);所述脫扣曲線包括一定數(shù)量的長延遲吸動(dòng)、長延遲時(shí)間和短延遲時(shí)間；所述長延 遲吸動(dòng)、所述長延遲時(shí)間和所述短延遲時(shí)間中的每一個(gè)對應(yīng)于一定數(shù)量的電流值，所述一 定數(shù)量的電流值中的每一個(gè)小于所述預(yù)定電流條件(22)中的每一個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述脫扣曲線包括對應(yīng)于多個(gè) 所述預(yù)定電流條件(22)的共用時(shí)間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述共用時(shí)間是大約8毫秒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括比較器 電路(124)和電互連在所述傳感器和所述比較器電路之間的第一齊納二極管(156)，所述 第一齊納二極管具有對應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的一個(gè)的第一值；所述可手動(dòng)操作選擇器包括多個(gè)第二齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述第二齊納二極管具有小于所述第一 齊納二極管的第一值的相應(yīng)的第二值，所述相應(yīng)的第二值對應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的不 同的一個(gè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路(120 ;184) 包括脫扣線圈(174)和比較器(124)，該比較器包括與所述傳感器電互連的第一輸入端 (166)、具有基準(zhǔn)電壓(CPREF)的第二輸入端(168)以及輸出端(170 ;170')，該輸出端構(gòu)造 成使所述脫扣線圈被通電并且使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣開關(guān)裝置，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路(184)還包 括處理器(ll')，該處理器包括輸入端(185)和輸出端(186)，所述處理器的輸入端構(gòu)造成 接納所述比較器的輸出端，所述處理器的輸出端構(gòu)造成響應(yīng)所述處理器的輸入端使所述脫 扣線圈被通電，并且使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)。
12. —種用于電路的電路中斷器的脫扣單元，其特征在于，所述脫扣單元包括 傳感器(7A ;7B ;7C)，該傳感器構(gòu)造成感測在所述電路中流動(dòng)的電流并提供表示所述電流的信號(8);可手動(dòng)操作選擇器(32)，該可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成從多個(gè)預(yù)定電流條件(22)中選 擇一個(gè)，所述預(yù)定電流條件中的每一個(gè)均大于電弧減少維護(hù)電流條件(56);以及瞬時(shí)脫扣電路(120 ;184)，該瞬時(shí)脫扣電路與所述傳感器和所述可手動(dòng)操作選擇器協(xié) 作，以便將表示所述電流的所述信號與所述預(yù)定電流條件中的選定的一個(gè)進(jìn)行比較，并相 應(yīng)地瞬時(shí)生成脫扣信號(10)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的脫扣單元，其特征在于，所述脫扣單元包括最大額定電流； 所述預(yù)定電流條件包括在所述最大額定電流的大約6倍和大約12倍之間的多個(gè)不同的電 流條件(58、60、62、64、66)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的脫扣單元，其特征在于，所述可手動(dòng)操作選擇器(32)包括 多個(gè)齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述齊納二極管具有相應(yīng)的不同值；并且，所述瞬 時(shí)脫扣電路是與其中一個(gè)齊納二極管協(xié)作的模擬瞬時(shí)脫扣電路(120)，所述其中一個(gè)齊納 二極管對應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的所述選定的一個(gè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的脫扣單元，其特征在于，所述傳感器包括構(gòu)造成感測所述 電路中流動(dòng)的電流的電流互感器(7A;7B;7C)、負(fù)載電阻器(134)、以及包含輸入端(176) 和輸出端(176)的全波電橋(126)，所述電流互感器包括輸出端(180)，所述全波電橋的輸 入端接納所述電流互感器的輸出端，所述全波電橋的輸出端是表示所述電流的所述信號， 并且與所述負(fù)載電阻器電連接。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的脫扣單元，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括比較器電 路(124)和電互連在所述傳感器和所述比較器電路之間的第一齊納二極管(156)，所述第 一齊納二極管具有對應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的一個(gè)的第一值；所述可手動(dòng)操作選擇器包 括多個(gè)第二齊納二極管(96、98、100、102)，每個(gè)所述第二齊納二極管具有小于所述第一齊 納二極管的第一值的相應(yīng)的第二值，所述相應(yīng)的第二值對應(yīng)于所述預(yù)定電流條件中的不同 的一個(gè)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的脫扣單元，其特征在于，所述可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成選 擇性地使所述第二齊納二極管中的一個(gè)與所述第一齊納二極管并行電連接。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的脫扣單元，其特征在于，所述預(yù)定電流條件包括在第一值 和較大的第二值之間的多個(gè)不同的電流條件(58、60、62、64、66);所述可手動(dòng)操作選擇器 還包括對應(yīng)于所述較大的第二值的開路輸入端(92);所述可手動(dòng)操作選擇器構(gòu)造成響應(yīng) 從所述不同電流條件中選擇具有所述較大的第二值的一個(gè)，選擇性地不使所述第二齊納二 極管中的任何一個(gè)與所述第一齊納二極管并行電連接。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的脫扣單元，其特征在于，所述瞬時(shí)脫扣電路包括脫扣線圈 (174)和比較器(124)，該比較器包括與所述傳感器電互連的第一輸入端(166)、具有基準(zhǔn) 電壓(CPREF)的第二輸入端(168)和輸出端(170)，該輸出端構(gòu)造成使所述脫扣線圈被通電 并且使所述操作機(jī)構(gòu)脫扣打開所述可分離觸點(diǎn)；所述比較器的第一輸入端的電壓的幅值通 常大于所述基準(zhǔn)電壓；所述傳感器還構(gòu)造成隨著所述電路中流動(dòng)的電流的增大而降低所述 比較器的第一輸入端的電壓；所述可手動(dòng)操作選擇器還構(gòu)造成在選擇了所述預(yù)定電流條件 中的較小的一個(gè)時(shí)降低所述比較器的第一輸入端的電壓。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種斷路器(1)，該斷路器包括可分離觸點(diǎn)(17A；17B；17C)、構(gòu)造成打開和閉合可分離觸點(diǎn)的操作機(jī)構(gòu)(15)、和脫扣機(jī)構(gòu)(9)，該脫扣機(jī)構(gòu)與所述操作機(jī)構(gòu)協(xié)作以便脫扣打開觸點(diǎn)。脫扣機(jī)構(gòu)包括電流互感器(7A；7B；7C)，其構(gòu)造成感測流過觸點(diǎn)的電流并提供表示該電流的信號(8)。可手動(dòng)操作選擇器(32)通過使用多個(gè)不同的齊納二極管(96、98、100、102)從多個(gè)預(yù)定電流條件(22)中選擇一個(gè)。每個(gè)預(yù)定電流條件都大于四倍于脫扣機(jī)構(gòu)的最大額定電流的電弧減少維護(hù)電流條件。瞬時(shí)脫扣電路(120)與電流互感器和可手動(dòng)操作選擇器協(xié)作，以便對表示電流的信號和從預(yù)定電流條件中選擇的一個(gè)進(jìn)行比較。瞬時(shí)脫扣電路相應(yīng)地使操作機(jī)構(gòu)瞬時(shí)脫扣打開觸點(diǎn)。
文檔編號H01H71/74GK201438447SQ20092000949
公開日2010年4月14日 申請日期2009年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者H·J·卡利諾, T·M·沙克 申請人:伊頓公司