低压断路器

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技术领域\n本发明涉及一种低压断路器，即操作电压直到1000伏。\n背景技术\n以大电流和大功率为特征的低压工业电力系统通常使用专门的装 置，现有技术中通常称为自动电力断路器。\n这些断路器用于提供一系列确保插有这些断路器的电力系统及与 其相连接的负载的正常工作所需的特性。例如，确保不同用户所需的 额定电流，允许负载正常插入电路及与电路断开，通过自动断路防止 负载的异常情况、例如过载和短路，允许通过电隔离或者打开适当的 触点而断开受保护的电路，使负载与电源完全绝缘。\n目前，这些断路器有各种各样的工业实施方式，最常见的断路器 由复杂的动力机构断开触点，动力机构由预先存储在特殊断路弹簧中 的机械能启动。\n在某些工作条件下，尤其是当推测的短路电流可能很大时，使用 以传统方式利用存储在断路弹簧中的能量的装置断开触点，几乎无效， 也不经济；在这种情况下，通常借助于专门的自动断路器，其技术方 案旨在提高其断路能力。\n在当前使用最广泛的技术方案中，常常结合使用两种技术方案。 特别是，第一种方法是强制电流按一定路径流通，这样，发生短路时， 在触点之间产生排斥力。这种排斥力产生有效的推力，有助于增大活 动触点相对于固定触点的分离速度；这样，干预时间缩短，防止推测 的短路电流达到其最大值。\n第二种方法是双倍配置固定触点和活动触点。在这种情况下，电 流在断路器的每个电极上在两个彼此进行电串联的独立区域中断，这 样，每个区域承受较低的机械和热应力。\n已知断路器特别关键的一个问题是，电动排斥力的存在尽管有助 于产生用于触点分离的推力，但是，使活动触点装置高速到达其行程 终端，能量较大，会对断路器盒产生剧烈冲击，因此可能需要使用附 加的缓冲件，而且可能使活动触点跳向固定触点，导致不希望的电弧 再触发。\n为减小这种可能性，一些已知方法采用附加系统将活动触点锁紧 在断路位置，而在其它一些已知方法中，活动触点及其有关功能件的 结构适当配置成，在触点进行分离行程期间，活动触点速度减缓。文 献EP0560697给出这方面的一个实例。\n具有双触点的已知断路器的另一个关键问题是，每个电极需要在 两个表面上具有均衡分布的机械压力，以便在每个固定触点和相应的 活动触点之间进行连接。如果接触压力分布不均匀，断路器的导电性 就存在缺陷，由于位于触点连接面上的导电板逐渐而无规律的磨损， 断路器的性能在整个使用期就会不断降低。\n为了解决该问题，目前采用的方法需要配置支承活动触点并使之 与操纵件相连接的装置，这种装置一般由一个转动轴或杆构成，相对 于所述操纵件从而也相对于固定触点具有一定的自由度。此外，附加 弹簧与每个活动触点的装置相连，利用活动触点相对于固定触点和操 纵件的移动自由度，使活动触点表面自适应于固定触点表面，并使接 触压力均匀分布。文献EP0314540给出这方面的一个实例。在这种情 况下，配置弹簧，尽管使接触压力均匀分布，但是，由于弹簧施加的 复位作用，可能使触点跳动，引起电弧再触发。\n发明内容\n本发明旨在提出一种低压断路器，使电开关操作的执行最优化， 尤其可以消除或至少减少在短路情况下活动触点跳向固定触点、引起 电弧再触发的可能性，它采用一种简单且有效、在断路期间无需附加 锁紧件的结构。\n为此，本发明的目的通过一种低压断路器达到，它包括：\n-至少一个固定触点，与一个端子电连接，用于连接到一个电路；\n-一个旋转活动触点，包括一个中央主体，至少一个第一臂从所 述中央主体伸出，在所述第一臂的端部配置一个工作面，所述工作面 通过所述活动触点的转动相对于所述固定触点可连接/分离，至少一个 第一凸轮状表面形成于所述中央主体上；\n-一个旋转触点支承轴，与断路器的一个操纵机构进行功能性连 接，并且配有一个接纳活动触点中央主体的支座，使第一臂从所述支 座向外伸出，至少一个第一弹簧和一个第二弹簧还布置在所述触点支 承轴上，适于当断路器闭合时，确保在所述工作面和固定触点之间具 有足够的接触压力；其特征在于，一个第一枢轴固定在所述触点支承 轴上，并且与所述中央主体上的一个孔相配合，接合装置和至少一个 第二枢轴还在所述轴上布置在相对于第一枢轴彼此相对的侧面，所述 第二枢轴相对于轴和活动触点可进行移动，所述第一和第二弹簧还锚 固在第二枢轴和接合装置上，并沿活动触点的臂的两个相对侧面进行 布置，所述第二枢轴与所述第一凸轮状表面在功能上相互作用，以便 在短路情况下，在工作面与固定触点分离阶段的至少一部分期间，产 生一个与活动触点的转动方向相匹配的机械力矩。\n这样，本发明的断路器具有很大优越性，在短路时相互接触的部 分分离期间，产生一个力矩，便于活动触点的工作面从相应的固定触 点移开，防止其跳动，避免或减少电弧再触发的可能性。\n附图说明\n参照附图和非限制性实施例，本发明断路器的其它特征和优点将 得到更好的理解。\n附图如下：\n图1是由触点支承轴、具有一个单臂的活动触点及一个固定触点 构成的组件的第一实施例的平面图，该组件可用于本发明的断路器， 处在断路器闭合和触点连接的位置；\n图2是由触点支承轴、具有一个单臂的活动触点及一个固定触点 构成的组件的第二实施例的平面图，该组件可用于本发明的断路器；\n图3至5是图1所示活动触点在发生短路后、工作面与固定触点 分离期间的连续位置的平面图；\n图6是特性图，示出在短路引起的触点分离期间，本发明断路器 中作用于活动触点的扭矩随所述活动触点相对触点支承轴的转动角度 的变化；\n图7是用于双触点断路器的由活动触点、触点支承轴及固定触点 构成的组件的另一个实施例的平面图；\n图8是用于双触点断路器的由活动触点和触点支承轴构成的组件 的另一实施例的立体图。\n具体实施方式\n为简明起见，下文仅涉及断路器的一个电极，这绝非限制本发明 的范围，因为这种解决方法可以用于一个具有任何数量的电极的低压 断路器的所有电极。此外，在不同的附图中，相同的标号表示相同或 技术上等效的构件。\n如图所示，本发明的低压断路器的一个电极一般包括至少一个第 一固定触点1，第一固定触点1通过一个适当配置的导体2同用于连 接到一个电路上的一个端子进行电连接，这种实施例是现有技术中众 所周知的，因此不予详述。电极还包括一个旋转活动触点10和一个旋 转触点支承轴20，为简明起见，触点支承轴20在图1至5中以截面 示出，触点支承轴20与活动触点10和一个断路器操纵机构进行功能 性连接。所述操纵机构一般包括一个弹簧控制的动力机构，使触点支 承轴20与断路器的一个手动操纵杆进行功能性连接。操纵机构的实 施、以及与手动操纵杆和触点支承轴20的功能性连接方法是现有技术 中众所周知的，因此，在附图中未示出。\n如图1至5所示，转动轴20具有一个支座21，一个第一枢轴22 布置在所述支座21上，所述枢轴刚性固定在所述轴上。\n活动触点10具有一个呈一定构形的中央主体11，至少一个第一 臂12从中伸出。一个第一工作面13、例如一个接触板或垫布置在所 述臂的端部，随着所述活动触点10的转动，可以与固定触点1进行电 连接/电分离。此外，一个孔14和至少一个第一凸轮状表面15在中央 主体11上形成。\n有利的是，在本发明的断路器中，活动触点10布置成中央主体 11接纳在支座21中，臂12朝外横向于所述支座伸出，并且通过将孔 14连接到枢轴22上与轴20进行功能性连接。此外，至少一个第二枢 轴24和一个接合件布置在轴20上。所述第二枢轴布置成可以相对于 轴20和活动触点10本身进行活动，并适于同第一凸轮状表面15进行 功能性相互作用，接合件最好是一个第三枢轴23，固定在轴20上， 其目的将在下文予以说明。如活动触点10的侧视图所示，所述枢轴 23和24相对于枢轴22和所述活动触点的主体布置在彼此相对的侧 面。\n尤其是在图1所示的实施例中，第二枢轴24连接到轴20上，并 相对于所述轴20进行滑动，其端部插入到轴20上的槽25(图1仅示 出其中之一)中，在所示的实施例中，槽25具有一条直轴线26，轴线 26相互平行。在变型实施例中，所述槽可以进行不同的布置和/或具有 不同的构形，例如呈一条曲线。\n图2所示的第二实施例使用一个附加的第四枢轴33，所述第四枢 轴33以第一枢轴22为基准，固定到轴20上相对于第三枢轴23基本 对称的位置；第二枢轴24通过两个连接件28(图2仅示出其中之一) 连接到第四枢轴33上，连接件28沿活动触点10的两个彼此基本平行 的相对侧面布置在轴20的支座21上。\n在触点支承轴20上布置有至少两个弹簧，所述弹簧与活动触点 10进行功能性连接，适于确保当断路器闭合时，在工作面13和相应 的固定触点1之间具有足够的接触压力。特别是，本发明的断路器最 好使用至少两个拉力弹簧8(图1至5仅示出其中之一)，每个弹簧都固 定在第二枢轴24和第三枢轴23上，相对于活动触点10的臂12布置 在彼此相对的侧面。\n应当指出，在各种实施例中，固定枢轴23(或者在图2所示的情 况下，还有第四固定枢轴27)可以以完全等效的方式由接合件取代， 以功能上类似于单个固定枢轴23提供的功能的方式接合弹簧8的端 部；例如，可以使用两个在结构上彼此独立的并固定到轴上的较小的 枢轴，或者两个与轴连接的连接件，或者两个位于其上的适于固定弹 簧8的端部的支座，或者其它构件，只要这些构件与本发明兼容即可。\n现在参照图1和3至5来说明本发明断路器的电极在短路时、触 点分离期间的工作情况。\n如图1所示，在断路器闭合、触点连接的情况下，第二枢轴24 在与之相连的相应的弹簧作用下，紧靠凸轮状表面15的壁，并且通过 与之相互作用，产生一种由箭头A示出的力，这种力产生一个力矩， 使活动触点10的工作面13与固定触点1保持连接。这样，工作面13 紧压在固定触点1上。在这种情况下，作用于活动触点10的力矩相当 于图6中示出的点C。短路时，有电流通过的电气部件产生的电动排 斥力使活动触点10在枢轴24的制约下进行转动。尤其是，在图1和 3至5所示的实施例中，枢轴24在槽25中滑动，与之相连的弹簧8 伸长。而在图2所示的实施例中，与弹簧8相连的枢轴24在使之与相 应的枢轴27相连的一对连接件28的制约下沿圆弧进行移动。在这两 种情况下，在图3所示的该初始阶段，枢轴24在弹簧作用下与凸轮状 表面15相互作用，在其上保持直接接触，接触的部件彼此滑动。这导 致力A的方向变化，其杆臂30相对于枢轴22逐渐降低，因此，如图 6所示，作用于活动触点10的阻止其转动的力矩减小。随着转动继续 进行，力A的作用线通过枢轴，使相应的杆臂30降为零，从而使施 加在触点10上的力矩降为零，这种情况如图6中点D所示。因此， 如图4和5所示，枢轴-凸轮的相互作用使力A的作用线相对于枢轴 22位于中心之下，因此，杆臂30相对于初始阶段具有相反的符号。 因此，在该第二区域，即图6中点D和点E之间的部分，存在一个与 触点10的转动方向一致的力矩。\n这提供了很大的优越性，使至少一部分触点分离操纵机构上具有 一个力矩，使活动触点的工作面与固定触点脱离接触，阻止所述活动 触点跳动，防止发生电弧再触发。此外，该力矩有助于始终保持触点 10处于其所到达的位置，如图5所示，不必采用附加的锁紧系统。\n上述用于单触点断路器的方法很容易用于双触点断路器，且同样 有效。在这种情况下，实际上基本足以相对于转动轴对称地重复实施 本发明的形状和功能部件。\n图7和8示出这方面的实施例。如图7所示，断路器配有一个第 一固定触点1和一个第二固定触点3，这两个固定触点通过适当配置 的导体2连接到用于与一个电路相连接的端子上。活动触点10具有一 个呈一定构形的中央主体11，两个臂12从所述中央主体11伸出。所 述臂相对于所述中央主体因而相对于转动轴基本对称，两个工作面13 布置在所述臂的端部，位于彼此相对的侧面。所述工作面可以随着所 述活动触点10的转动相对于相应的固定触点1和3进行连接/分离。 在该实施例中，在具有一定构形的中央主体11上最好布置两个凸轮状 表面15，所述凸轮状表面15位于彼此相对的侧面，相对于转动轴因 而相对于孔14基本对称。因此，相对于单触点方法来说，两个附加的 枢轴还布置在轴20上：以枢轴22为基准，一个第四枢轴33在相对于 第三枢轴23基本对称的位置固定到轴20上，一个第五枢轴34相对于 第二枢轴24基本对称地加以布置，并且可以相对于所述轴20和所述 活动触点10进行移动。两个附加的弹簧8固定到两个枢轴33和34 上，也布置在相对于第二臂12彼此相对的侧面。第五枢轴34与轴20 连接成可以相对于轴20进行滑动，其端部插入到槽25中，通过与第 二凸轮状表面15的相互作用，也有助于以同上述在枢轴24和第一凸 轮状表面15之间的相互作用完全相同的方式，产生一个与活动触点的 转动方向一致的力矩。\n可以进行类似的改动，从单触点断路器变成图2所示的双触点断 路器。在这种情况下，如图8所示，第五枢轴34实际上相对于枢轴 22同第二枢轴24基本对称地进行布置，通过一对附加的连接件28连 接到第三枢轴23上。此外，两个附加的拉力弹簧8固定到第四枢轴 33和所述第五枢轴34上，沿活动触点10的两个相对的侧面加以布置。 在这种情况下，第五枢轴34与相应的凸轮状表面15相互作用，有助 于以同上述在枢轴24和第一凸轮状表面15之间的相互作用完全相同 的方式，产生一个与活动触点的转动方向一致的力矩。\n在这些实施例中，固定枢轴23和33基本起弹簧8的接合件的作 用，可以用功能上等效的接合件加以取代。\n实际上，本发明的断路器完全达到预期的目的，相对于现有技术 具有一系列显著优点。\n除了上述一些优越性之外，本发明的断路器还具有简单但在功能 上有效的结构，既可以用作标准的断路器，也可以用作限流器。特别 是，从结构角度来看，选用一种穿孔的活动触点10，将相应的枢轴22 固定到转动轴20上，这在生产及装配方面都具有优越性。另外，无需 间置任何附加组件，根据一种在功能上理想的方法，使活动枢轴25(及 34)直接与凸轮状表面相互作用，还可以进一步大大简化结构。作为变 型，也可以采用一种结构方案，即在一个活动枢轴和相应的凸轮型面 之间间置一个组件、例如一个小滚轮。\n最后，如果一个活动触点具有两个臂，则通过有间隙地连接孔14 和枢轴22，将触点10装配在轴20上。这样，可以限制所述活动触点 的径向行程，通过枢轴和弹簧的特殊布置，使触点10自适应于固定触 点，使活动触点的工作面施加在相应的固定触点上的机械压力均衡分 布。这样，可以有效地补偿触点的不均匀磨损，在断路器的导电性方 面以及在耐用性和可靠性方面都具有优越性。\n如此设计的断路器可以进行许多修改和变化，而这些均在本发明 的范围内。所有零件还可以用技术上等效的其它零件加以替代。实践 中，所采用的材料及尺寸可以根据需要和现有技术加以确定。