一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置

技术领域

本发明涉及一种脱扣保护系统的触发部件，具体涉及一种用于直流断路器的整定可调的逆向瞬动电磁脱扣装置。

背景技术

断路器作为保护电路的保护电器，在某些对电流流向有要求的电路中出现逆向电流时，断路器能自动切断电路，从而保护线路设备和人员的安全。断路器中响应故障电流并触发操作机构动作而切断电路功能模块为脱扣装置

现有技术中常将数字处理芯片用于断路器的电子式脱扣器，电子式脱扣器用于控制二次电源与分励脱扣器通断，进一步实现断路器的逆向保护。数字处理芯片将采集主回路上的电流、电压进行计算和判断，当达到设定的动作条件后，输出触发信号，由执行机构（分励脱扣器）驱动断路器操作机构，使断路器切断故障电路

电子式脱扣器的工作电源需要外部提供二次电源；此外由于电子式脱扣器采用了数字处理芯片，故电磁兼容问题也制约了电子式脱扣器的使用场合。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种不需要依靠外部控制电源的直流断路器用整定值可调的逆向瞬动保护电磁脱扣装置，结构简单，可靠性高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置，包括绝缘材料加工而成的前壳和后壳，所述前壳和后壳之间形成的空腔内设置有轭铁，所述的轭铁上设置有导体，导体穿过所述轭铁的让位孔，轭铁下方分别设置有固定片和整定片，电磁脱扣装置的整定值调节是通过调节固定片和整定片之间的气隙实现，所述的轭铁与固定片和整定片之间形成一个可以容纳静铁芯一、反力弹簧、感应线圈和动铁芯的方形空腔，主感应线圈的中央通孔内设置有反力弹簧，所述的静铁芯一和动铁芯相对的一端分别插入中央通孔并与反力弹簧抵靠；所述的轭铁上方具有一个用于放置副感应线圈、静铁芯二和静铁芯三的大小相同的空腔，副感应线圈的中央通孔内设置有静铁芯二和静铁芯三；作为电流感测元件的主感应线圈、副感应线圈和二极管通过辅助触点电气连接有作为执行器件的磁脱扣器，主感应线圈和副感应线圈串联组成感应线圈组，然后和辅助触点串联，再与二极管和磁脱扣器并联；当动铁芯为初始位置时，所述辅助触点为断开状态，当动铁芯吸合时，辅助触点为闭合状态。

所述的一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置，其固定片相对于轭铁固定，而整定片可以沿着轭铁相对于固定片移动。

所述的一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置，其前壳下方设置有整定杆，整定杆上设置有调整齿轮，所述整定片下部设置有与调整齿轮啮合的齿条，实现当转动调整齿轮时，整定片能沿着轭铁下部相对于固定片平行移动。

所述的一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置，其主感应线圈和副感应线圈的尺寸大小、绕线方式和匝数均相同，在轭铁内部流过的磁通大小相等、变化率相同，磁通的方向相反，以感生大小相等、方向相反的感应。

所述的一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置，其静铁芯一和静铁芯二的结构相同。

所述的一种直流断路器用瞬动保护电磁脱扣装置，其前壳、后壳和导体的接触表面均设有绝缘材料，将内部零部件与一次回路进行隔离。

本发明的有益效果是：

当导体上流过电流为设定的反向电流且电流上升，且电流值大于电磁脱扣装置的整定值时，动铁芯克服反力弹簧向着静铁芯一得方向动作，由于动铁芯的相对主感应线圈运动时，主感应线圈的磁通会突变，进一步感应线圈组内部的感应电动势不平衡，即主感应线圈感生的感应电动势大于副感应线圈感生的感应电动势，由于辅助触点状态由断开转变成闭合，且感应线圈组输出感应电压施加二极管两端为反向电压，二极管不导通，进一步感应线圈组、磁脱扣器的的线圈形成闭合回路，进一步在磁脱扣器的线圈中会有电流流过使其动作。

导体上有电流流过时在轭铁内部会形成感应磁场，感应磁场在轭铁下部分成两条磁路：轭铁→静铁芯一→空气（主感应线圈8中间通孔的空间）→动铁芯→轭铁→静铁芯三→空气（副感应线圈16中间通孔的空间）→静铁芯三→轭铁形成磁路一，以及轭铁→固定片→空气→整定片→轭铁→静铁芯三→空气→静铁芯三→轭铁形成磁路二，通过调节其中一条磁路的磁阻实现了电磁脱扣装置整定值的调整。

由于感应线圈组为电流感测元件，磁脱扣器为执行元件，并且感应线圈组与磁脱扣器之间是通过电气连接，即感测元件与执行元件之间是通过电气传输，没有中间机械环节，使所述电磁脱扣装置实现逆向保护同时还能实现快速脱扣的功能，减小了断路器在分闸时的固有动作时间。

当动铁芯不动时，主感应线圈和副感应线圈中都会产生感应电流，由于两个线圈的参数相同，磁场环境相反，产生的感应电动势相反，对外不输出；当动铁芯运动时，主感应线圈磁路中的磁通变化率比副感应线圈磁路中的磁通变化率要快，进一步在主感应线圈中形成感应电动势大于副感应线圈形成的感应电动势，进一步对外输出感应电动势，输出的感应电动势正负极由导体中流过电流变化的斜率及方向决定；通过二极管和辅助触点实现所述电磁脱扣装置的逆向瞬动保护功能。本发明为断路器实现逆向瞬时保护的电磁脱扣装置提供了一种可靠地、便于调节地实现逆向瞬动保护的电磁脱扣装置，装置结构简单、不依靠外部电源稳定工作。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为本发明的剖视图；

图3 为本发明轭铁的等效磁路图；

图4 为本发明整定片的结构图；

图5 为本发明当电流为逆向短路电流、电流增大且大于整定值时感应线圈组的电路图；

图6 为本发明当电流为逆向短路电流、电流增大且小于整定值时感应线圈组的电路图；

图7 为本发明当电流为正向短路电流、电流增大且大于整定值时感应线圈组的电路图；

图8 为本发明当电流为正向短路电流、电流增大且小于整定值时感应线圈组的电路图；

图9 为本发明当电流为正向短路电流、电流减小且大于整定值时感应线圈组的电路图；

图10 为本发明当电流为正向短路电流、电流减小且小于整定值时感应线圈组的电路图；

图11 为本发明应用于多级断路器的示意图。

各附图标记为：1—整定杆，2—前壳，3—固定片，4—调整齿轮，5—整定片，6—静铁芯一，7—反力弹簧，8—主感应线圈，9—动铁芯，10—辅助触点组件，101—辅助触点支撑件，102—辅助触点，11—磁脱扣器，12—轭铁，13—导体，14—后壳，15—二极管，16—副感应线圈，17—静铁芯二，18—静铁芯三。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。所述实施例的图示在附图中示出，相同的标号表示相同或类似的元件或者具有相同或类似功能的元件。下面描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，不能理解为对本发明的限制。

实施例1

本发明公开了一种直流断路器用整定可调的逆向瞬动保护电磁脱扣装置，具体实现是提供一种新的不依靠外部电源且稳定地解决方案，所提供的电磁脱扣装置结构简单。作为一个基本的实施例，参照图1和图2所示，本实施例给出了由绝缘材料并由模具加工而成的前壳2和后壳14，所述前壳2和后壳14之间合拢形成的空腔用于放置轭铁12，由图1所示，前壳2和后壳14中间通孔用于套在导体13上，且导体13与前壳2、后壳14之间具有围护，避免导体13与脱扣装置内部零部件接触。轭铁12有让位孔，所述的让位孔用于套在导体13上。

参照图3和图4所示，轭铁12的下部（表示图中所示的位置）有一方形的空腔，所述的下部方形空腔是由轭铁12与固定片3、整定片5形成，用于放置静铁芯一6、反力弹簧7、主感应线圈8、动铁芯 9等部件；在轭铁12的上部有一个与下部相同大小的空腔，所述的上部方形空腔是由轭铁12与固定片3、整定片5形成，用于放置副感应线圈16、静铁芯二17、静铁芯三18部件。动铁芯9的一端容纳于所述主感应线圈8的中央通孔内；静铁芯一6的一端容纳于所述主感应线圈8的中央通孔内，用于为动铁芯9和静铁芯一6提供相互斥开方向的驱动力的反力弹簧7位于主感应线圈8的中央通孔内，反力弹簧7一端定位在所述的静铁芯一6上，另一端定位在动铁芯9上。静铁芯二17的一端容纳于所述副感应线圈16的中央通孔内；静铁芯三18的一端容纳于所述感应线圈16的中央通孔内。

固定片3和整定片5将静铁芯一6、反力弹簧7、感应线圈8和动铁芯9包裹在轭铁12方形空腔内部，其中固定片3相对于轭铁12固定，而整定片5可沿着轭铁12相对于固定片3平行移动，用于调节在固定片3与整定片5之间的气隙，进一步对磁路中的磁阻进行调解，进一步调节磁路中的磁通，进一步实现在导体13上流过相同的电流时静铁芯一6对动铁芯9的电磁吸力的调节，进一步实现所述电磁脱扣装置整定值的调节。

只有当导体13上电流为设定的反方向且电流增大到整定值时，在感应线圈组中产生感应电流并对外输出是本专利电磁脱扣装置的关键过程。

参照图5所示，当导体13上流过电流为设定的逆向电流且电流上升，且电流值大于电磁脱扣装置的整定值时，动铁芯9克服反力弹簧7向着静铁芯一6的方向动作，由于动铁芯9相对主感应线圈8运动时，主感应线圈8的磁通会突变，进一步感应线圈组内部的感应电动势不平衡，即主感应线圈8感生的感应电动势大于副感应线圈16感生的感应电动势，由于辅助触点102状态由断开转变成闭合，且感应线圈组输出感应电压施加二极管15两端为反向电压，二极管15不导通，进一步感应线圈组、磁脱扣器11的线圈形成闭合回路，在磁脱扣器11的线圈中会有电流流过使其动作。

此时动铁芯9为初始状态且不动作，此时辅助触点102为断开状态，进一步感应线圈组和磁脱扣器11的线圈不能形成闭合回路，进一步磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作；若最终电流值大于电磁脱扣装置的整定值，当电流值增大到整定值时动铁芯9开始动作，感应线圈组内部的感应电动势不平衡，即主感应线圈8感生的感应电动势E1_8大于副感应线圈16感生的感应电动势E1_16，此时感应线圈组输出感应电动势E1=E1_8-E1_16，由于辅助触点102状态由断开转变成闭合，且E1施加二极管15两端电压为反向电压，二极管15不导通，进一步感应线圈组、磁脱扣器11的线圈形成闭合回路，进一步在磁脱扣器11的线圈中会有电流流过使其动作。

参照图6所示，当导体13上流过电流为设定的逆向电流且电流上升时，若最终电流值小于电磁脱扣装置的整定值，此时动铁芯9为初始状态且不动作，此时辅助触点102为断开状态，进一步感应线圈组和磁脱扣器11的线圈不能形成闭合回路，进一步磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作；若最终电流值大于电磁脱扣装置的整定值，当电流值增大到整定值时动铁芯9开始动作，感应线圈组内部的感应电动势不平衡，即主感应线圈8感生的感应电动势E1_8大于副感应线圈16感生的感应电动势E1_16，此时感应线圈组输出感应电动势E1= E1_8-E1_16，由于辅助触点102的状态由断开转变成闭合，且E1施加二极管15两端电压为反向电压，二极管15不导通，进一步感应线圈组、磁脱扣器11的线圈形成闭合回路，进一步在磁脱扣器11的线圈中会有电流流过使其动作，进一步使断路器完成分闸动作。

当导体13上流过电流为设定的逆向电流且电流下降时，若最终电流值小于电磁脱扣装置的整定值，此时动铁芯9为初始状态且不动作，此时辅助触点102为断开状态，进一步感应线圈组和磁脱扣器11的线圈不能形成闭合回路，进一步磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作。

所述的辅助触点102通过辅助触点支撑件101安装在静铁芯一6上，辅助触点102及辅助触点支撑件101构成辅助触点组件10。

图7为正向短路电流、电流增大且大于整定值时感应线圈组的电路图。

参照图8所示，当导体13上流过电流为设定正向且电流上升时，若最终电流值小于电磁脱扣装置的整定值，此时动铁芯9为初始状态且不动作，此时辅助触点102的状态为断开状态，进一步感应线圈组和磁脱扣器11的线圈不能形成闭合回路，进一步磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作；若最终电流值大于电磁脱扣装置的整定值，电流值增大到电磁脱扣装置整定值时动铁芯9开始动作，感应线圈组内部的感应电动势不平衡，即主感应线圈8感生的感应电动势E_8大于副感应线圈16感生的感应电动势E2_16，此时感应线圈组输出感应电动势E2=E2_8-E2_16，由于辅助触点102的状态由断开转变成闭合, 且此时E2施加在二极管15的两端且电压为正向电压，此时二极管15导通，进一步感应线圈组、二极管15形成闭合回路，磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作。

图9为本发明当电流为正向短路电流、电流减小且大于整定值时感应线圈组的电路图。

图10 为本发明当电流为正向短路电流、电流减小且小于整定值时感应线圈组的电路图。

当导体13上流过电流为设定正向且电流下降时，若最终电流值小于电磁脱扣装置的整定值，当电流值减小到整定值时动铁芯9释放开始动作，此时辅助触点102的状态由闭合转变成断开，进一步感应线圈组和磁脱扣器11的线圈不能形成闭合回路，进一步磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作；若最终电流值大于电磁脱扣装置的整定值，此时动铁芯9还是吸合状态且不动作，由于感应线圈组的主感应线圈8、副感应线圈16产生的感应电动势大小相等、方向相反，进一步感应线圈组对外无输出，进一步磁脱扣器11的线圈无输入，磁脱扣器11不动作。

由于作为电流感测元件的感应线圈组（主感应线圈8、副感应线圈16）与作为执行元件的磁脱扣器11之间是通过电气传输，没有中间机械环节，实现所述电磁脱扣装置的逆向保护功能的同时还实现了快速脱扣的功能，减少断路器在分闸时的固有动作时间。

动铁芯9不动作时，感应线圈组的主感应线圈8、副感应线圈16感生的感应电动势大小相等、方向相反。由于感应线圈8、副感应线圈16所处的磁场方向相反，故要求主感应线圈8、副感应线圈16结构尺寸大小、绕线方式、匝数相同，在轭铁12内部的相对位置相同，流过的磁通大小相等、变化率相同，但磁通的方向相反；同时静铁芯一6的结构与静铁芯二17相同，且分别放置在主感应线圈8、副感应线圈16内部通孔的相对位置一致；静铁芯三18放置在副感应线圈16内部通孔的相对位置与动铁芯9吸合时放置在主感应线圈8内部通孔的相对位置一致，且置于线圈内部通孔的结构也一致。

实施例2

是在实施例1的基础上进一步的实施例，当导体13上有电流流过时，此时在轭铁12内部会形成感应磁场。所述的感应磁场在在轭铁12下部分成两条磁路（图3给出所述电磁脱扣装置的一种磁路等效图），其中一条磁路是：轭铁12→静铁芯一6→空气（主感应线圈8中间通孔的空间）→动铁芯9→轭铁12→静铁芯三18→空气（副感应线圈16中间通孔的空间）→静铁芯二17→轭铁12形成的磁路一；另外一条磁路是：轭铁12→固定片3→空气→整定片5→轭铁12→静铁芯三18→空气（副感应线圈16中间通孔的空间）→静铁芯二17→轭铁12形成的磁路二。

通过调节固定片3和整定片5之间的气隙实现调节磁路二的气隙磁阻，进而实现调节磁路二的磁通，进一步实现在导体13上流过相同的电流时磁路磁通的调节，进一步实现在相同电流条件下静铁芯一6与动铁芯9的电磁吸力的调节，进一步实现所述的电磁脱扣装置整定值的调整。

所述的电磁脱扣装置整定值可调节的功能是通过整定片5的沿着轭铁12相对于固定片3平行移动实现，为实现所述的电磁脱扣装置整定可调，需进一步实现整定片5沿着轭铁12水平移动。

实施例3

是在实施例2基础上进一步实施例，其中整定片5是可沿着轭铁12左右直线运动。在整定片5的下部具有齿条（图4所示整定片5的外形结构图），并与调整齿轮4配合，实现当转动调整齿轮4时，整定片5能直线运动。其中所述调整齿轮4是通过整定杆1实现转动。整定杆1的前端能插入到调整齿轮4的内部，当转动整定杆1时，调整齿轮4会跟着一起转动，进一步使整定片5沿着轭铁12的进行直线运动。

见图 5，在多极断路器的每一极上都安装有图 1和图 2所示的本发明的电磁脱扣装置，多个脱扣装置的感应线圈组（主感应线圈8、副感应线圈16）并联，与磁脱扣器11串联形成回路。无论哪一极产生短路电流，则由安装于此极的感应线圈组都能给磁脱扣器11提供感应电流，感应电流触发磁脱扣器11，由磁脱扣器11向外提供能量，实现短路保护功能。

所述的前壳2、后壳14和导体13的接触表面均设有绝缘材料，将内部零部件与一次回路进行隔离。

图11 为本发明应用于多级断路器的示意图；本发明不依靠外部电源、不受环境影响能快速、可靠地切断短路电流/逆向故障电流或过载电流，所述的电磁脱扣装置无电子元器件，可在一些电磁干扰环境下工作；所述的电磁脱扣装置无双金属片，不受环境温度的影响，启动性能好，不会产生误动作脱扣，所述电磁脱扣装置可靠，结构简单紧凑。

实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。