專利名稱:Dc開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于開關(guān)直流電力的DC開關(guān)裝置,更具體地,其涉及一種包括接觸單元的DC開關(guān)裝置,該接觸單元包括靜止觸點以及可在止動位置和工作位置之間進(jìn)行移動的可移動觸點,并且涉及一種用于熄滅觸點分離期間在觸點之間形成的電弧的機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù):
例如電池或太陽能的DC電力經(jīng)常在低電壓應(yīng)用中使用和/或用作電路的電源。DC開關(guān)設(shè)備提供在DC電力和電路系統(tǒng)的負(fù)載之間以將DC電力連接至負(fù)載或者將它們斷開連接。在工作位置,可移動觸點與靜止觸點相接觸,而當(dāng)電流斷開連接時,在觸點之間建 立了氣隙并且不可避免地生成電弧。該電弧可以是非常具有破壞性的,因此必須以可容忍的方式控制、冷卻并熄滅,以使得觸點之間的氣隙能夠抵擋電路中的電壓。一種抵擋該電壓的方式是提供具有滅弧室的DC開關(guān)裝置,該滅弧室包括用于將電弧劃分為部分電弧并隨后使其冷卻的一個或多個分隔板。在切斷電流時,電壓對于DC開關(guān)裝置而言是更為重要的因素。對于AC開關(guān)裝置而言,使用零電流來促成電弧熄滅,這是因為在零電流處對于防止電弧繼續(xù)而言是最優(yōu)的。然而,對于電流具有穩(wěn)定狀態(tài)數(shù)值的DC應(yīng)用而言則并不是這樣的情形。留下非受控電壓會使得電弧獲得新生。如果其重新點亮,則會損壞整個電力系統(tǒng)。因此,DC開關(guān)裝置必須通過打開觸點并同時熄滅電弧而將該處理納入考慮之中。在設(shè)計/選擇DC開關(guān)裝置時,高斷開能力是所期望的能力之一。然而,觸點之間的短距離氣隙導(dǎo)致跨該氣隙的有限壓降,因此在DC開關(guān)設(shè)備在相對較高電壓和電流的應(yīng)用中使用時,DC開關(guān)裝置在電壓、電流和時間方面的斷開能力也是有限的。許多開關(guān)裝置制造商生產(chǎn)包括對應(yīng)于三個AC相位的三個線柱的AC開關(guān)裝置并且為每個線柱提供接觸單元。當(dāng)這種類型的AC開關(guān)裝置被用于DC應(yīng)用時,通過將接觸單元互相串聯(lián)連接而獲得簡單接線。該特征經(jīng)常是許多消費者所期望的。美國專利US5004874給出了一種具有兩個滅弧室的DC開關(guān)設(shè)備,每個滅弧室包括提供朝著一行非鐵磁分隔板分開的可協(xié)同電弧滾環(huán)的一對間隔開來的導(dǎo)體以及傳導(dǎo)安裝在一個導(dǎo)體上的靜止觸點,各個腔室的靜止觸點分別安裝在相對導(dǎo)體之上并且各個腔室中的相對應(yīng)導(dǎo)體相互傳導(dǎo)連接且傳導(dǎo)連接至該設(shè)備的供電端子,跨各個腔室施加磁場以便使得電弧在腔室內(nèi)移動的永磁體,提供通量返回路徑以優(yōu)化且最大化該磁場的鐵磁板,延伸至每個腔室中橋接靜止觸點并且可進(jìn)行移動以與靜止觸點分離的可移動觸點,在每個腔室中拽引處于它們之間的電弧,一個腔室中的電弧在該腔室內(nèi)橋接一對導(dǎo)體建立一個電路,該電路包括導(dǎo)體之間的電弧以及與可移動觸點并聯(lián)的供電端子,由此消除了其它腔室中的電弧,該橋接電弧在分隔板中被熄滅,使得該電路中斷。為了裝置的無極化操作能力,磁場以相反方向施加在各個腔室中,并且其在分隔板區(qū)域內(nèi)有所扭曲以便驅(qū)動電弧并且將其保持在抵靠加厚側(cè)壁部分的穩(wěn)定電弧位置以經(jīng)受侵蝕。兩個滅弧室的排列使得該DC開關(guān)裝置能夠被用作無極化的開關(guān)裝置。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)ο鄬? 電壓和電流的DC電力進(jìn)行開關(guān)的DC開關(guān)
>J-U ρ α裝直。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種經(jīng)濟(jì)且有效的制造方法(manufacturing),其中三線柱的AC開關(guān)裝置被用于DC應(yīng)用。該目的通過如權(quán)利要求I所限定的DC開關(guān)裝置所實現(xiàn)。該DC開關(guān)裝置的特征在 于至少一個腔室包括用于在接觸單元和分隔板單元之間生成磁場的永磁體并且分隔板由非鐵磁材料所制成,并且至少一個腔室的分隔板由鐵磁材料所制成。當(dāng)電流被斷開連接時,可移動觸點將與靜止觸點相分離,在靜止觸點和可移動觸點之間建立了氣隙并且生成電弧。通過提供具有永磁體的滅弧室,在腔室的整個熄滅區(qū)域中生成了磁場。該磁場構(gòu)建了磁驅(qū)動力,其對電弧進(jìn)行驅(qū)動使其遠(yuǎn)離觸點并進(jìn)入分隔板。因此,電弧能夠被快速分隔并冷卻。因此獲得了分隔板的最大效用,這增加了充分的壓降并且導(dǎo)致了更快的電弧熄滅。結(jié)果,整個斷開能力有所提高。封閉在腔室中的分隔板由非鐵磁材料所制成并且該腔室被提供以永磁體。一種優(yōu)勢在于該構(gòu)造防止了金屬鐵磁材料所制成的分隔板可能生成的短路的出現(xiàn)并且使得磁驅(qū)動力劇烈地減小。為了保持均勻的磁場分布,單獨的一塊永磁體是優(yōu)選的,從而電弧一直以有利方向進(jìn)行驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例,永磁體與腔室的分隔板單元相鄰部署以提供最大效應(yīng)。依據(jù)本發(fā)明的一個實施例,永磁體從靜止觸點進(jìn)行延伸并且進(jìn)一步沿分隔板單元的一側(cè)延伸。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,永磁體優(yōu)選地被部署為覆蓋分隔板單元一側(cè)的70% -90%。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例,在分隔板的相反一側(cè)上部署有第二永磁體。第一和第二永磁體的部署提供對稱且平衡的磁力并且避免了困住接近腔室壁的電弧的局部效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,該DC開關(guān)裝置包括在一行中彼此相鄰排列的三個腔室,中間腔室的接觸單元具有與其它兩個腔室的其它接觸單元的電流方向相反的電流方向,中間腔室的分隔板由鐵磁材料制成而其它兩個腔室中的每一個包括永磁體并且分隔板由非鐵磁材料制成。在用于三相位AC應(yīng)用的具有至少三個線柱的AC開關(guān)裝置被用作DC應(yīng)用中的DC開關(guān)裝置的情況下,該開關(guān)裝置的線柱互相串聯(lián)連接以便簡化開關(guān)的連線。這意味著中間腔室的接觸單元具有與其它接觸單元相反的電流方向。通過提供具有由鐵磁材料制成的分隔板的中間腔室以及具有由非鐵磁材料制成的分隔板和永磁體的其它兩個腔室中的每一個,從永磁體獲得了最大通量強(qiáng)度,這是因為所有磁場都將具有相同方向。而相反的磁方向則將會導(dǎo)致較低的磁通量強(qiáng)度并且因此導(dǎo)致較低的斷開能力。這樣的DC開關(guān)裝置可以被部署為對具有高達(dá)1500V的電壓以及高達(dá)250Amp的電流的DC應(yīng)用進(jìn)行操作。
現(xiàn)在將通過本發(fā)明不同實施例的描述并且參考附圖而對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)地解釋。圖la-b分別示出了具有從彼此相對側(cè)的每一側(cè)進(jìn)行延伸的兩個電源端子的密封電磁接觸器的等距視圖和俯視圖,該接觸器包括三個線柱。圖2a圖示了根據(jù)本發(fā)明實施例的圖I所示出的未密封接觸器的部分截面視圖,該接觸器包括根據(jù)本發(fā)明的DC開關(guān)裝置。圖2b是圖2a所示的DC開關(guān)裝置的水平截面視圖。
圖2c示出了圖Ia所示的未密封DC開關(guān)裝置的部分等距視圖。圖3圖示了具有部署在腔室側(cè)壁上的兩個永磁體的滅弧室的透視圖。
具體實施例方式圖Ia和Ib分別示出了包括殼體部分13和箱體部分17的密封電磁接觸器I的等距視圖和俯視圖。殼體13在圖Ia的視圖中位于接觸器底部并且進(jìn)一步包括邊框15和底座14,而箱體部分17則位于該接觸器的頂部部分。在該示例中,該接觸器進(jìn)一步包括六個連接器10、11、12、10’、11’和12’,其中兩個連接器10和10’被部署為用于經(jīng)由電源端子16和16’連接電路中的接觸器,并且連接器10連接至用作輸入端子的端子16而連接器10’則連接至用作輸出端子的端子16’。同時其它四個連接器11、12、11’和12’成對連接,這意味著連接器11和11’串聯(lián)連接,連接器12和12’亦是如此。因此,所有連接器被串聯(lián)連接以便連接DC電流或使其斷開連接。在該示例中,該接觸器是具有三個線柱4、6、8的三線柱接觸器。參考圖2a_c,提供了用于圖I所示的接觸器的本發(fā)明的DC開關(guān)裝置2。當(dāng)該接觸器被密封時,DC開關(guān)裝置2被殼體13和箱體部分17所封閉。DC開關(guān)裝置2包括多個串聯(lián)連接的接觸單元(70、71、72),以及多個滅弧室50、50’、51、51’、52、52’。在該示例中,為該DC開關(guān)裝置提供了三個接觸單元,并且六個滅弧室50、50’、51、51’、52、52’被提供在接觸器的殼體13上并且分別成對部署,50和50’,51和51’,52和52’,以便封閉各個接觸單元70、71、72。滅弧室50、50,、51、51,、52、52,中的每一個進(jìn)一步包括通過分隔板101-107組所形成的分隔板單元,該分隔板例如可以是金屬板,即鐵磁材料或非鐵磁板。每個組可以包括5-10個分隔板。在該示例中,為每個分隔板組提供了七個分隔板101-107。在該實施例中,被部署為用于外側(cè)線柱4、8的四個滅弧室50、50’、52、52’被進(jìn)一步提供以永磁體(80),其用于在觸點分離時在接觸單元和分隔板單元之間生成磁場,并且對于那些腔室而言,分隔板由例如銅等的非鐵磁材料所制成;而被部署為用于內(nèi)側(cè)/中間線柱6的其它兩個滅弧室51、51’則被提供以例如鐵等的鐵磁分隔板。這種部署使得能夠有來自被部署為用于外側(cè)線柱的腔室的永磁體的最大通量強(qiáng)度,從而實現(xiàn)高的斷開能力。參考圖3,為四個滅弧室50、50’、52和52’中的每一個進(jìn)一步提供兩個永磁體80、80’,并且它們相鄰于分隔板單元進(jìn)行部署以提供跨腔室的磁場。在該示例中,每個永磁體80、80’被永磁體保持器(holder)90、90’所容納并且位于保持器壁的外表面上。永磁體保持器90、90’垂直于分隔板,具有用于容納并定位永磁體的凹槽。兩個永磁體80、80’的部署提供了對稱且平衡的磁力。此外,優(yōu)選為單塊磁體以避免可能將電弧困在腔室壁的局部效應(yīng)。為了實現(xiàn)最大效應(yīng),磁體覆蓋分隔板單元的70% -90%。在該示例中,幾乎所有分隔板都被磁體所覆蓋。永磁體80、80’可以是例如釤鈷的稀土金屬類型,以便提供將不會隨電流幅度而變化的強(qiáng)磁場。參考圖2a和圖3,分隔板101-107為具有中央凹進(jìn)處的U形,并且以相互之間的相同距離相互平行部署。分隔板可以進(jìn)一步包括前緣130,電弧通過那里進(jìn)入腔室。分隔板的組部署是為了將電弧分隔為多個單元電弧,它們中的每一個因此由于陽極/陰極現(xiàn)象及其延長而生成較小的起弧電壓。隨后,當(dāng)電弧電流數(shù)值變?yōu)榍冶3譃榱銜r電弧被熄滅。參考圖2a和圖2c,DC開關(guān)裝置進(jìn)一步包括致動單元4。每個接觸單元70、71、72包括靜止部分60和可移動部分,上述靜止部分60包括靜止觸點61、61’,上述可移動部分包括觸點載體34以及連接至觸點載體34的可移動觸點32。觸點載體34包括上部35以及下部36,觸點載體34連接至致動單元4。致動單元4包括可移動磁體部分30和固定磁體部分20,該固定磁體部分20包括磁芯22和線圈23并且適于承載可移動觸點以朝向或遠(yuǎn)離 靜止觸點的方向在止動位置和工作位置之間進(jìn)行移動??梢苿哟朋w部分30具有E形的形式并且由諸如鐵的鐵磁材料所制成。磁芯22也具有E形并且由諸如鐵的鐵磁材料所制成。線圈23包括繞軸構(gòu)件24,導(dǎo)線圍繞該繞軸構(gòu)件24纏繞。該導(dǎo)線被提供以電流以控制觸點之間的電接觸。靜止觸點61、61’位于接觸器I的殼體13上并且與可移動觸點32對準(zhǔn)進(jìn)行配置。靜止觸點61、61’中的每一個包括通過螺栓固定在一起的兩個彎曲部分62、63、62’、63’。上方的彎曲部分63、62包括接觸板64、64’??梢苿佑|點32包括在可移動觸點的相同側(cè)上分別位于可移動觸點32的每一端上的兩個可移動接觸板33、33’。可移動觸點連接至致動單元4,該致動單元4在靜止和可移動觸點之間形成斷開連接時將可移動觸點從工作位置驅(qū)動至止動位置或者在靜止和可移動觸點之間形成連接時將可移動觸點從止動位置驅(qū)動至工作位置。在高電流斷開連接/切斷的情況下,觸點之間的電流流動所生成的磁感應(yīng)足以將電弧移動至滅弧室。然而,當(dāng)使用DC開關(guān)裝置斷開/切斷相關(guān)低電流時,觸點之間的電流流動所產(chǎn)生的磁感應(yīng)就由于靜止和可移動觸點之間氣隙的距離短而不再足以將電弧移動至滅弧室,這會導(dǎo)致不充分的壓降。利用永磁體所生成的磁場,電弧在較短時間期間始終被驅(qū)動至分隔板并且在那里被劃分。
權(quán)利要求
1.一種DC開關(guān)裝置(2),包括多個滅弧室(50、50,、51、5Γ、52、52')以及相互串聯(lián)傳導(dǎo)連接的多個接觸單元(70、71、72),每個接觸單元包括靜止觸點出1、61')以及可在止動位置和工作位置之間進(jìn)行移動的可移動觸點(32),當(dāng)可移動觸點從工作位置移動至止動位置時在觸點之間形成氣隙,并且每個腔室(50、50'、51、5Γ >52,52/ )封閉接觸單元(70、71、72)并且包括分隔板單兀,該分隔板單兀包括一個或多個分隔板(101-107),分隔板被部署以用于對觸點之間的氣隙中出現(xiàn)的電弧進(jìn)行分隔和冷卻, 其特征在于 -至少一個腔室(50、50' >52,52/ )包括用于在接觸單元(70、72)和分隔板單元之間生成磁場的永磁體(80、8(V ),并且分隔板由非鐵磁性材料制成,并且 -至少一個腔室(51、51')的分隔板由鐵磁性材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的DC開關(guān)裝置,其中該DC開關(guān)裝置包括在一行中彼此相鄰排列的三個腔室(50、51、52),中間腔室(51)的接觸單元(71)具有與其它兩個腔室(50、52)的其它接觸單元的電流方向相反的電流方向,中間腔室的分隔板由鐵磁材料制成而其它兩個腔室(50、52)中的每一個包括永磁體(80、80')并且分隔板由非鐵磁材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的DC開關(guān)裝置,其中所述永磁體與腔室的分隔板單元相鄰部署。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的DC開關(guān)裝置,其中所述永磁體從靜止觸點進(jìn)行延伸并且進(jìn)一步沿分隔板單元的一側(cè)延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的DC開關(guān)裝置,其中所述永磁體被部署為覆蓋分隔板單元一側(cè)的70% -90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的DC開關(guān)裝置,其中在所述分隔板的相反一側(cè)上部署有第二永磁體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種DC開關(guān)裝置(2),其包括多個滅弧室(50、50′、51、51′、52、52′)以及相互串聯(lián)傳導(dǎo)連接的多個接觸單元(70、71、72),每個接觸單元包括靜止觸點(61、61′)以及可在止動位置和工作位置之間進(jìn)行移動的可移動觸點(32),當(dāng)可移動觸點從工作位置移動至止動位置時在觸點之間形成氣隙,并且每個腔室(50、50′、51、51′、52、52′)封閉接觸單元(70、71、72)并且包括分隔板單元,該分隔板單元包括一個或多個分隔板(101-107),它們被部署以用于對觸點之間的氣隙中出現(xiàn)的電弧進(jìn)行分隔和冷卻。至少一個腔室(50、50′、52、52′)包括用于在接觸單元(70、72)和分隔板單元之間生成磁場的永磁體(80、80′),并且分隔板單元由非鐵磁性材料制成,并且至少一個腔室(51、51′)的分隔板由鐵磁性材料制成。
文檔編號H01H9/44GK102893360SQ201080066666
公開日2013年1月23日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者T·埃里克森, L·班格哈馬爾 申請人:Abb研究有限公司