一种直流断路器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种直流断路器。本发明提供了一种防冲击振动的快速斥力脱扣机构以及斥力补偿结构一体化的方法。本发明的直流断路器能有效耐受颠簸振动等机械冲击，误脱扣几率极小，正常工作时可靠性高。同时，本发明利用斥力盘作为脱扣机构的反应装置，并且利用斥力盘能量分闸，从而明显地提高直流断路器的动作速度，大大缩短了断路器的固有分闸时间。此外，本发明的直流断路器利用动触头导杆的结构，在合闸工作时将用于分闸的驱动弹簧弹力转换为动、静触头之间的保持力，保证在大的短路电流下，动触头不被斥开，提高了直流断路器的短时耐受能力。
【专利说明】一种直流断路器
【技术领域】
[0001]本发明属于直流断路器领域，特别涉及一种利用斥力盘原理和防冲击振动的快速脱扣机构，并且采用斥力补偿提高短时耐受能力的直流断路器。
【背景技术】
[0002]由于直流供电系统所具有的独特优越性，人们对于直流系统的研究越来越重视，直流供电系统与日常生活的联系也越来越紧密。目前我国的城市无轨电车、地铁、冶炼、化工、太阳能发电、轧材、船电、矿山等许多重要的行业中均采用了直流供电系统。
[0003]直流断路器是直流供电系统安全运行的保证，具有切断回路故障电流的保护功能，是直流系统中最为重要的保护元件。随着人们对供电系统可靠性的要求越来越严格，直流用电负荷容量持续的增加，又引发了对直流断路器性能的要求不断提高。而操动机构和脱扣系统是断路器工作的核心组成部分之一，断路器的可靠性必须建立在机构和脱扣器可靠工作的基础之上，特别是在船舶、机车等应用场合，必须具备很强的抗冲击振动和抗倾斜的能力，不能在外界环境作用下发生误脱扣。并且出于保护配合的要求，对于发电机出口侧之类的断路器，需要断路器能够承受一定时间短路电流而不至于被电动斥力斥开。同时由于直流短路电流分断能量巨大，对机构和脱扣装置的设计还必须提出快速性的要求，及时熄灭电弧切断故障电流，从而减小对触头的烧蚀和对灭弧室的破坏，也能降低故障电流的热动效应对整个系统的危害。然而，机构的快速性与可靠性之间是一对矛盾，而且为了满足热动稳定性的要求是的机构运动部分的质量较大，这也会造成机构的快速运动难以实现。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于:针对上述直流断路器的设计难点，本发明提供了一种利用脱扣能量快速驱动的分闸操动机构，并且提出了机构防冲击振动和电动斥力补偿的方法，实现了脱扣分闸的一体化设计。解决了直流断路器弹簧操作机构无法满足快速可靠分断设计要求的问题，同时也解决了高速电磁斥力装置在使用过程中斥力盘能量无法有效利用的技术问题。提供了一种能有效利用斥力盘运动能量，同时满足快速脱扣与触头高速分闸的要求，提高断路器开断性能，减小电弧对断路器触头系统的烧蚀的方法。
[0005]本发明公开了如下一种直流断路器，其特征在于:
[0006]所述直流断路器包括上母排、下母排、静触头、动触头、动触头导杆、限位轴、上连接轴、下连接轴、上连接杆、下连接杆、上驱动弹簧、下驱动弹簧、连接杆套筒、拨叉、锁扣顶杆、锁扣保持扭簧、斥力推杆、金属斥力盘、斥力盘线圈、增磁块、导电块、软连接、脱扣拐臂、脱扣转换块、绝缘机架，其中:
[0007]所述上、下母排与所述机架固定连接，作为电流进出端；
[0008]所述静触头固定安装于上母排，与固定安装于动触头导杆的动触头作为电接触触点对；所述动触头导杆不同高度位置分别穿过上、下连接轴，并由上、下连接杆分别转动连接固定在上、下连接轴上，上连接杆另一端安装于固定在所述机架的连接杆套筒中，连接杆套筒内径稍大于上连接杆半径，上连接杆能够沿着连接杆套筒所限制的方向运动，下连接杆安装在所述机架上，所述机架在与下连接杆连接位置处设计有导向孔，以使下连接杆沿着水平方向运动，并进而使得动触头导杆可绕上、下连接轴自由转动；
[0009]所述上、下连接杆与连接杆套筒、所述机架间装有预压缩的上、下驱动弹簧，动触头导杆与导电块用软连接相连，由于电流在导电块和动触头导杆间电流流向相反，会在动触头上产生电动斥力，同时由于下驱动弹簧的弹力通过上连接轴，以动触头导杆为杠杆转换为一定的动静触头的压力，这个斥力和压力转换为对触点的保持力，所述对触点的保持力用于补偿直流断路器的电动斥力；
[0010]所述斥力盘线圈、金属斥力盘、斥力推杆、脱扣拐臂、脱扣转换块、上驱动弹簧、下驱动弹簧共同构成直流断路器的脱扣机构；
[0011]所述锁扣顶杆安装于动触头导杆上，锁扣顶杆可绕其固定轴旋转，锁扣顶杆由锁扣保持扭簧的一端提供用于锁扣顶杆的保持力，锁扣保持扭簧另一端固定在动触头导杆上，锁扣顶杆用于防止因意外冲击振动导致拨叉旋转解锁，脱扣机构误脱扣几率极小；
[0012]所述斥力推杆与金属斥力盘固定连接，斥力推杆包含一个细小前端和凸台，斥力推杆运动时可带动脱扣拐臂以及脱扣转换块同步旋转运动，该结构的斥力推杆在向动触头导杆运动过程中，首先由细小前端与锁扣顶杆碰撞，解锁脱扣机构，再带动动触头导杆运动，在斥力推杆和上、下驱动弹簧共同作用下完成快速分闸；所述增磁块由铁磁材料制成凹形固定于动触头导杆上，导电块、软连接、动触头导杆构成的导电回路处于U形导电形式，导电块和动触头导杆电流流动方向相反，这两个相反流向的电流能够产生电动斥力，在断路器流过短路电流时该斥力通过上连接轴成为触头压力为电动斥力提供补偿，动触头导杆流过电流时，会在周围产生磁场，由于铁磁材料的存在，大部分磁感应线会从凹形增磁块中穿过，用于加强对直流断路器的电动斥力补偿效果；
[0013]所述限位轴穿过动触头导杆上的异型孔，限位轴与机架固定，限制动触头导杆的运动范围，并在接触异型孔后起到转轴的作用；
[0014]所述拨叉与断路器合闸机构连接，可水平方向在合闸位置和分闸位置平动，以及绕左方连接轴一定幅度从水平位置顺时针旋转运动，拨叉上方为凸起结构，凸起结构与上连接轴高度一致，合闸时凸起推动连接轴完成合闸过程；
[0015]所述斥力盘线圈与金属斥力盘正对放置，固定与机架上，并外接晶闸管控制的电容放电电路，由外部电路控制驱动金属斥力盘运动；
[0016]所述机架固定于断路器安装地面，机架上安装有限位卡扣，限位卡扣保证动触头导杆、金属斥力盘、脱扣拐臂、脱扣转换块不致运动超出设计范围。
[0017]本发明的效果体现在:
[0018]1、本发明的直流断路器利用锁扣顶杆结构能够有效耐受颠簸振动等机械冲击，锁扣顶杆在合闸时保证断路器不会因为外部振动发生误脱扣，误动作几率极小。
[0019]2、本发明设计有两种斥力补偿方式:(I)U形导电回路，利用导电回路产生的电磁力对触点电动斥力进行补偿；(2)利用闭合状态下动触头导杆的杠杆作用，用驱动弹簧的弹力对电动斥力补偿，这两种斥力补偿结构可以极大的提高了合闸工作时可靠性，提高断路器的额定同流能力。
[0020]3、本直流断路器还采用斥力盘作为脱扣响应器件和动触头运动驱动器件。斥力盘线圈由外界晶闸管控制的专用放电电路驱动，故斥力盘的运动过程不受短路电流不同而改变，每次操作的时间误差很小，便于控制。由于斥力盘起动快、速度高、推力大等特点，该装置脱扣速度快，有效地提高了直流断路器的动作速度，进而大大缩短了断路器的固有分闸时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是一种直流断路器合闸连接关系构造图；
[0022]图2是电磁斥力机构模型图；
[0023]图3是斥力推杆示意图；
[0024]图4是一种直流断路器分闸连接关系构造图；
[0025]其中:1为上母排；2为下母排；3为静触头；4为动触头；5为动触头导杆；6为限位轴；7为上连接轴；8为下连接轴；9为上连接杆；10为下连接杆；11为上驱动弹簧；12为下驱动弹簧；13为连接杆套筒；14为拨叉；15为锁扣顶杆；16为斥力推杆；17为金属斥力盘；18为斥力盘线圈；19为增磁块；20为导电块；21为软连接；22为脱扣拐臂；23为脱扣转换块；24为机架。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明进行进一步的解释说明。
[0027]参照附图1，本发明的优选实例为具有防冲击振动的快速斥力脱扣机构以及斥力补偿的直流断路器，包括支架、导电回路、电动斥力补偿、防冲击振动、快速脱扣等关键模块构成。机架24起到固定各个模块及其它部件的作用。导电回路由上母排1、静触头3、动触头4、、动触头导杆5、软连接21、导电块20、下母排2构成。上母排I为水平放置的扁形铜排，固定与机架24上，并在一段下部突出安装静触头3，静触头3上安装有银基材料的静触点。
[0028]断路器合闸锁扣状态时，导电回路接通，此时断路器处于正常工作状态，正常工作状态为:限位轴6处于动触头导杆5中间位置，拨叉14处于合闸位置，顶住上连接轴7，此时下驱动弹簧12处于压缩状态，对动触头导杆5以上连接轴7为轴产生力矩，此力矩对合闸提供触头压力。下母排2伸出导电块20作为软连接21的基座，并与动触头导杆5连接，保证动触头导杆5在运动过程中有良好的通流能力。由于拨叉14受到锁扣顶杆15的限制，无法顺时针转动，此时断路器锁扣，即使收到外界严重的冲击振动等机械冲击时，也能防止断路器的意外脱扣，极好地保证在该状态下锁扣保持的可靠性。
[0029]由于导电部分的导电块20、软连接21、动触头导杆5处于U形导电形式，导电块20和动触头导杆5电流流动方向相反。当断路器所在系统发生短路故障时，断路器的导电回路会流过短路电流，短路电流在下母排，这两个相反流向的电流能够产生电动斥力，因为增磁块19的存在会使磁场更加集中，加强电动斥力，这个电动斥力通过上连接轴7附加到动静触电之间，提高了触头压力。电流斥力和前述的驱动弹簧弹力合力所产生的触头压力能够抵消由短路电流引起的动静触电之间电动斥力，此时动静触头紧密闭合。
[0030]直流断路器在出现短路故障情况下将做分闸操作，参见附图2、3。分闸过程操作过程为:当系统发生短路故障时，控制器检测到短路电流信号，并产生晶闸管的触发信号，从而触发晶闸管VT导通。晶闸管VT导通之后，已经储能的电容器C将迅速向斥力盘线圈18放电，产生一个脉冲电流；基于电磁感应涡流原理，金属斥力盘17将产生去打的电磁斥力F以推动斥力推杆16快速运动。斥力推杆16包含一个细小前端和凸台，斥力推杆16在向左运动的过程中，首先由细小前端与锁扣顶杆15接触，推动锁扣顶杆15逆时针方向旋转，锁扣顶杆15旋转一定角度之后便失去对拨叉14的锁扣，此时拨叉14只受水平力的作用，不发生旋转运动，断路器不会因此脱扣，断路器处于解锁状态。斥力推杆14继续运动至上端凸台与脱扣拐臂22接触，脱扣拐臂22顺时针旋转带动脱扣转换块23转动，脱扣转换块23转动过程中左端下压拨叉14，拨叉14旋转，上连接轴7脱出，断路器处于脱扣状态。处于脱扣状态的断路器动触头导杆5在上、下驱动弹簧11、12的弹力作用下向左运动，并且运动方向受到限位轴6、连接杆套筒13限位，断路器开始分闸，此时斥力推杆16继续运动，前端较粗部分与动触头导杆5碰撞，加速动触头导杆5的运动，直到达到最大开距。由于金属斥力盘17运动速度很高，该过程可以明显地减小直流断路器固有分闸时间。
[0031]参见图4，直流断路器完成一次快速分闸操作后，在各个复位弹簧的作用下，各个部件复位，拨叉14由外部机构带动运动至分闸位置，以便进行合闸动作和下一次分闸操作。合闸过程具体为:拨叉14由外部机构带动下向右运动，推动上连接轴7运动，此时动触头导杆5以限位轴6为转轴转动，待动静触头接触后锁扣顶杆15受到扭簧作用回至原位。
[0032]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定专利保护范围。
【权利要求】
1.一种直流断路器，其特征在于: 所述直流断路器包括上母排、下母排、静触头、动触头、动触头导杆、限位轴、上连接轴、下连接轴、上连接杆、下连接杆、上驱动弹簧、下驱动弹簧、连接杆套筒、拨叉、锁扣顶杆、锁扣保持扭簧、斥力推杆、金属斥力盘、斥力盘线圈、增磁块、导电块、软连接、脱扣拐臂、脱扣转换块、绝缘机架，其中: 所述上、下母排与所述机架固定连接，作为电流进出端； 所述静触头固定安装于上母排，与固定安装于动触头导杆的动触头作为电接触触点对；所述动触头导杆不同高度位置分别穿过上、下连接轴，并由上、下连接杆分别转动连接固定在上、下连接轴上，上连接杆另一端安装于固定在所述机架的连接杆套筒中，连接杆套筒内径稍大于上连接杆半径，上连接杆能够沿着连接杆套筒所限制的方向运动，下连接杆安装在所述机架上，所述机架在与下连接杆连接位置处设计有导向孔，以使下连接杆沿着水平方向运动，并进而使得动触头导杆可绕上、下连接轴自由转动； 所述上、下连接杆与连接杆套筒、所述机架间装有预压缩的上、下驱动弹簧，动触头导杆与导电块用软连接相连，由于电流在导电块和动触头导杆间电流流向相反，会在动触头上产生电动斥力，同时由于下驱动弹簧的弹力通过上连接轴，以动触头导杆为杠杆转换为一定的动静触头的压力，这个斥力和压力转换为对触点的保持力，所述对触点的保持力用于补偿直流断路器的电动斥力； 优选的，所述斥力盘线圈、金属斥力盘、斥力推杆、脱扣拐臂、脱扣转换块、上驱动弹簧、下驱动弹簧共同构成直流断路器的脱扣机构； 所述锁扣顶杆安装于动触头导杆上，锁扣顶杆可绕其固定轴旋转，锁扣顶杆由锁扣保持扭簧的一端提供用于锁扣顶杆的保持力，锁扣保持扭簧另一端固定在动触头导杆上，锁扣顶杆用于防止因意外冲击振动导致拨叉旋转解锁，脱扣机构误脱扣几率极小； 所述斥力推杆与金属斥力盘固定连接，斥力推杆包含一个细小前端和凸台，斥力推杆运动时可带动脱扣拐臂以及脱扣转换块同步旋转运动，该结构的斥力推杆在向动触头导杆运动过程中，首先由细小前端与锁扣顶杆碰撞，解锁脱扣机构，再带动动触头导杆运动，在斥力推杆和上、下驱动弹簧共同作用下完成快速分闸；所述增磁块由铁磁材料制成凹形固定于动触头导杆上，导电块、软连接、动触头导杆构成的导电回路处于U形导电形式，导电块和动触头导杆电流流动方向相反，这两个相反流向的电流能够产生电动斥力，在断路器流过短路电流时该斥力通过上连接轴成为触头压力为电动斥力提供补偿，动触头导杆流过电流时，会在周围产生磁场，由于铁磁材料的存在，大部分磁感应线会从凹形增磁块中穿过，用于加强对直流断路器的电动斥力补偿效果； 所述限位轴穿过动触头导杆上的异型孔，限位轴与机架固定，限制动触头导杆的运动范围，并在接触异型孔后起到转轴的作用； 所述拨叉与断路器合闸机构连接，可水平方向在合闸位置和分闸位置平动，以及绕左方连接轴一定幅度从水平位置顺时针旋转运动，拨叉上方为凸起结构，凸起结构与上连接轴高度一致，合闸时凸起推动连接轴完成合闸过程； 所述斥力盘线圈与金属斥力盘正对放置，固定与机架上，并外接晶闸管控制的电容放电电路，由外部电路控制驱动金属斥力盘运动； 所述机架固定于断路器安装地面，机架上安装有限位卡扣，限位卡扣保证动触头导杆、金属斥力盘、脱扣拐臂、脱扣转换块不致运动超出设计范围。
【文档编号】H01H71/42GK104201068SQ201410394594
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】吴翊, 杨飞, 韩书谟, 胡杨, 钟建英, 袁端磊, 荣命哲, 满家健 申请人:西安交通大学, 平高集团有限公司