用于控制断路器中的间隙的方法技术领域
本公开涉及一种断路器,具体而言,本公开涉及一种用于控制断路器中
的间隙的方法,所述断路器检测事故电流并且使电路中断,所述方法能够通
过检测机构,对于时间延迟操作特性自动设定双金属片和横杆之间的间隙。
背景技术
断路器用于断开或闭合电力变电站或电路线路等的负载,或者用于在发
生如接地故障或短路电流的事故时使电流中断。断路器根据用户的操作将电
路状态转换为“关断”或者“接通”状态。在电路中发生过载和短路电流时,断
路器中断电路以保护负载和电路。
断路器具有限时跳闸特性和瞬时跳闸特性。限时跳闸特性是指具有与过
电流值成反比的操作时间的过电流跳闸特性。而且,限时跳闸特性包括如双
金属片的利用热因数的热磁型,以及使用注油壶(ODP)的断路操作的液压
磁型。
瞬时跳闸特性用于根据大的过电流(如短路电流)而使断路器迅速跳闸。
而且,在大于额定电流的过电流在导线上流动时,限时跳闸特性用于在导线
的温度达到因焦耳热导致的危险状态之前使断路器跳闸。
以下将解释限时跳闸特性。对于断路器来说,在保护方面,迅速操作是
有利的。但是,如电动机的初始驱动电流的过电流以及正常负载电流会在电
路中流动。因此,断路器优选地以在电路的温度未超过容许温度的范围内的
时间延迟操作,从而能够防止断路器因过电流而操作。因此,限时跳闸特性
也被称为延时操作特性。
一旦过电流施加于断路器,则加热器产生热量。由此产生的热被传导到
双金属片,以使双金属片因双金属片的两种构件的热传导的差异而弯曲。由
于双金属片的弯曲,横杆被挤压而旋转。结果,操作开关机构以使电路状态
转换为断开状态,由此中断电路。
在延时操作特性中,确定延时的因素是从双金属片因过电流而开始弯曲
的时刻至因横杆的转动而使开关机构操作的时刻的持续时间。此延时是基于
以下因素而被确定的:双金属片和横杆之间的初始间隙,从双金属片与横杆
形成接触的时点至横杆因双金属片的弯曲负载而旋转的时点的反应弯曲量,
以及直到开关机构因横杆的旋转而开始操作的横杆的旋转距离。
双金属片的旋转度,即,弯曲量是基于以上这些因素而被确定的。横杆
的反应弯曲量和旋转距离受断路器的个体的特点影响。因此,除非替换部件,
否则难以细微调整横杆的反应弯曲量和旋转距离。结果,确定延时操作特性
中的延时的唯一因素为双金属片和横杆之间的间隙。
如果双金属片和横杆之间的间隙太小,则断路器的跳闸时间缩短。这可
能会导致电路,即使在如初始驱动电流的过电流状态下,也会中断。反之,
如果双金属片和横杆之间的间隙太大,则断路器可能会有跳闸时间延迟,或
不会跳闸。这可能导致过电流被提供给电路,造成电路受损。
通常,断路器在相同的结构内有多个额定电流。因此,当考虑到多种类
型的双金属片和加热器时,不可能在单个断路器中实现恒定的间隙并满足对
过电流的时间延迟特性。
一般情况下,根据在过电流流动时加热器产生的热量以及双金属片的弯
曲量,断路器分为几种类型。而且,为了得到精确的延时操作特性,可以在
制造断路器时调整双金属片和横杆之间的间隙。
根据各个额定值对间隙进行不同的控制,且其通常是由操作员进行的。
具体而言,螺丝钉和横杆之间的接触间隙是通过控制与双金属片的上部连结
的螺丝钉的高度而形成的。为此,操作员将间隙量规插入到横杆和螺丝钉之
间,并旋转螺丝钉以使螺丝钉能够附着到间隙量规上。然后,操作员移走间
隙量规,并将螺丝钉固定到横杆上。
通常,需要将间隙精密地控制在0.1mm的范围内。然而,由于上述间
隙控制由手动执行,可能根据每个操作员的不同而出现误差。而且,即使是
同一个操作员进行间隙控制,也有可能根据各个产品的不同而出现误差。断
路器的延时操作特性可能因这样的误差而受到影响,从而可能降低断路器的
品质。
此外,如果手动进行所述过程,则还需要大量的时间进行间隙控制。这
可能降低生产率。
发明内容
因此,详细说明书的一个方案提供了一种用于控制断路器中的间隙的方
法,该方法能够自动地设定双金属片和横杆之间的间隙,该间隙用作确定断
路器的延时操作特性的关键因数。
为了实现这些以及其他的优势,根据本申请的目的,如在此具体表达的
以及宽泛叙述的,提供了一种用于控制断路器中的间隙的方法,所述断路器
配置为:因双金属片的弯曲而通过挤压构件挤压横杆以使横杆旋转,从而通
过使活动接触器与固定接触器分离而中断电路,该方法包括:间隙形成步骤,
其中在挤压构件与连结孔连结从而能够自由移动的状态下,通过施加设定电
流而使双金属片弯曲,所述连结孔形成在双金属片的上部;以及间隙固定步
骤,其中在规定时间已经经过时中断设定电流,并且将挤压构件焊接到双金
属片上。
所述间隙形成步骤可包括附着步骤,其中在挤压构件与连结孔连结从而
能够自由移动的状态下使挤压构件附着到横杆上,所述连结孔形成在双金属
片的上部;以及电流施加步骤,其中在设定时间内施加设定电流,以使双金
属片弯曲,并且在挤压构件附着到横杆上的状态下使挤压构件朝向双金属片
相对移动。
所述间隙固定步骤可包括电流中断步骤,其中在设定时间已经经过时中
断设定电流;以及焊接步骤,其中通过焊接将挤压构件与连结孔连结,所述
连结孔形成在双金属片的上部。
在所述焊接步骤中,所述焊接可通过激光焊接自动进行。在焊接步骤中,
双金属片的弯曲位置是可以通过反射型光学传感器来检查的,并且可进行激
光焊接。
根据本发明的一个实施例,该方法可进一步包括跳闸行程测量步骤,所
述跳闸行程测量步骤测量横杆的旋转位移,要求所述旋转位移能够将活动接
触器与固定接触器分离。
如果在跳闸行程测量步骤中测量到的横杆的旋转位移超过基准值,则可
减小设定电流。另一方面,如果在跳闸行程测量步骤中测量到的横杆的旋转
位移小于基准值,则可增大设定电流。
该方法可进一步包括在间隙固定步骤之后使经加热的双金属片和挤压构
件冷却的冷却步骤。
该方法可进一步包括铆接步骤,其中铆接挤压构件的端部以防止挤压固
件与双金属片的连结孔分离。
本发明具有以下优点。
首先,由于双金属片和横杆之间的间隙以自动的方式而不是手动的方式
被控制而固定,能够提高生产率并且能够节约成本。
其次,由于双金属片和横杆之间的间隙以自动的方式而不是手动的方式
被控制而固定,能够降低出现误差的概率,并且因此能够提高断路器的质量。
通过下文给出的详细描述,本申请进一步的应用范围将变得更加明显。
但是,应当理解的是,由于对于本领域技术人员而言,通过详细的描述,本
发明的精神和范围内的各种变化和改进将变得显而易见,因此虽然示出了本
发明的优选实施例,但是只是通过阐释性的方式给出了详细描述和特定的示
例。
附图说明
为提供对本发明的进一步理解而包括在说明书中并作为本说明书的一部
分的附图示出了本发明的示例性实施例,其与说明书一起用于解释本发明的
原理。
在附图中:
图1是根据本发明的断路器的示意图;
图2是示出根据本发明的一个实施例的用于控制断路器中的间隙的方法
的流程图;
图3是示出根据本发明的另一个实施例的用于控制断路器中的间隙的方
法的流程图;
图4示出了通过根据本发明的用于控制断路器中的间隙的方法控制的检
测机构的前视图和侧视图;
图5示出了图4的检测机构的双金属片的前视图和侧视图;
图6是示出图4的检测机构的挤压构件的各个实施例的示意图;
图7是示出挤压构件和横杆的位置、以及其间的间隙的示意图;以及
图8是示出检测机构的状态的示意图,所述状态是通过根据本发明的实
施方式的用于控制断路器中的间隙的方法控制的。
具体实施方式
现将参考附图给出示例性实施例的详细说明。为了参照附图进行简要描
述,相同或等同的部件将设置为相同的附图标记,且不会重复进行描述。
图1是根据本发明的断路器的示意图。
参考图1,断路器100包括外壳10,外壳10配置为将部件容纳在其中。
该外壳10由绝缘材料模制成型,并配置为使其内部与外部绝缘。这种结构是
常见的,因此,在此省略其详细的描述。
在外壳10中设置有:开关机构20,其配置为用以接通/关断电路;终端
部分50,其包括固定接触器51和活动接触器52,电源和负载分别连接到所
述固定接触器51和活动接触器52上;检测机构30,其配置为用以检测异常
电流和事故电流,如过电流;灭弧装置40,其配置为用以熄灭在电路中断时
等情况下在活动接触器52和固定接触器51的触头之间产生的电弧。
终端部分50包括:固定接触器51,其连接到输入电源侧并且固定到外
壳10上;以及活动接触器52,其连接到负载侧,并且可旋转地安装在外壳
10上,从而与固定接触器51接触或者分离。
活动接触器52机械地连接到开关机构20,并通过操作杆手动驱动。或
者,活动接触器52通过由检测机构30操作的开关机构20驱动。
在事故电流发生时通过使活动接触器52与固定接触器51分离这样的跳
闸操作而保护电路的情况下,会出现处于高温等离子体状态的电弧,这是由
于因触头之间的电流而不再能实现空气中的绝缘状态。此外,由于周围的绝
缘材料等因电弧而熔化所产生的气体导致可能出现电弧压。通过灭弧装置40
来分散和冷却这样的电弧,并且释放这样的电弧压。
检测机构30具有这样的配置:在检测到大于额定电流的过电流时,实现
延时操作以中断电路。在图4和图8中更详细地描述了这种检测机构30。
参考图4和图8,检测机构30包括:加热器34,其配置为用以在发生过
电流时产生适量的热;双金属片31,其连接到加热器34,并且在从加热器吸
收适量的热时向一侧弯曲;挤压构件32,其突出以与双金属片的端部连结;
以及横杆33,其沿挤压构件32的突出方向面对双金属片。
在具有不同热膨胀系数的两种金属彼此接触时形成了双金属片31,并且
在吸收热时双金属片31弯向一侧。
图5详细示出了双金属片31,且图8示出了在弯曲状态下的双金属片31。
参考图5,双金属片31具有长方形板的形状。用于连结挤压构件32的
连结孔35(将在下文中解释)设置在双金属片31的上部。用于连结挤压构
件32的分接头(tap)36(将在下文中解释)可以设置在连结孔35附近。
双金属片31形成为基于连结孔35左右相互对称。可在双金属片31的上
部采用标识手段。例如,可以在双金属片的上部涂覆白色颜料以便于标识。
但本发明并不限于此。可以通过光学传感器实现标识功能,从而能够很容易
地检查双金属片的位置。
双金属片可具有经刮削加工过的上部。双金属片31的形状和加工如此实
现:以使得能够使用光学传感器来精确且自动地检查双金属片的位置,以用
于在自动调节双金属片和横杆之间的间隙时(将在下文中解释)进行激光焊
接。
图6和图7更详细地示出了挤压构件32,且图8示出了用于使挤压构件
32与双金属片31连结的过程。特别地,图6示出了挤压构件32的各个实施
例。
如图6所示,与形成在双金属片31的上部处的连结孔35连结的挤压构
件32具有各种实施例。图6A示出了简单的柱形的挤压构件。在这种情况下,
挤压构件32设置有柱形主体部分37,主体部分37穿透连结孔35。挤压构件
32的一端可以经过曲面处理以与横杆33(将在下文中解释)相接触。
参照图6B,挤压构件具有铆钉形状。这种挤压构件32包括穿透连结孔
35的主体部分37,以及形成在主体部分的一端处的防分离部分38,并且防
分离部分38具有比连结孔35的内径大的半径。在此,防分离部分38在主体
部分37的一端处且在横杆33的一侧形成。
参考图6A和图6B,挤压构件的主体部分37的外径比连结孔35的内径
小。其原因是,由于在自动调节双金属片和横杆之间的间隙时,挤压构件32
应当为起初以能够自由移动的状态与连结孔35连结。然而,这仅仅是示例性
的。在挤压构件32和横杆33之间的间隙(D)已经通过施加规定电流而被
确定之后,挤压构件32与连结孔35接合。
如图7所示,主体部分37的长度(L2)大于在横杆33和双金属片31
之间的初始间隙(L1)。原因是为了防止在挤压构件已经与双金属片的连结
孔连结而能够自由移动的初始状态下,挤压构件依次与连结孔和双金属片分
离。
参照图6C,用以铆接挤压构件的铆接凹槽39可以形成在主体部分37
的另一端处。所述的另一端是指主体部分的与主体部分的横杆侧一端相反的
一端。在此结构下,挤压构件与连结孔连结,然后在铆接凹槽处铆接。这能
够防止挤压构件依次与连结孔和双金属片分离。
安装到外壳10上从而面对双金属片31的横杆33与挤压构件32间隔开
规定间隙(D),所述挤压构件32连结到双金属片31的上部。这种状态是指
在挤压构件已经被焊接到双金属片以防止自由移动之后的状态。
横杆33与上述开关机构20相互作用。也就是说,由于开关机构20通过
横杆33的旋转而操作,活动接触器52与固定接触器51分离。
在横杆33与挤压构件32已经接触之后,横杆33因双金属片31的弯曲
而被挤压。由此,横杆具有用以操作开关机构的旋转力。
在图2中图示出了根据本发明的一个实施例的用于控制断路器中的间隙
的方法。参照图2,该方法包括跳闸行程测量步骤(S50)、间隙形成步骤
(S100)、间隙固定步骤(S200)和冷却步骤(S300)。
跳闸行程测量步骤(S50)是指在与双金属片的上部连结的挤压构件和
横杆之间形成间隙(D)的前面的步骤。在S50中,测量用以将活动接触器
52与固定接触器51分离所需的旋转位移度。
横杆的旋转位移具有基准值。在自动化的生产过程中需要这样的基准值,
基准值是根据施加到断路器的各个额定值而被预先确定的。
如果在S50中测量到的横杆的旋转位移超过了基准值,则减小为了在双
金属片和横杆之间形成间隙(D)所施加的设定电流。另一方面,如果在S50
中测量到的横杆的旋转位移小于基准值,则增大设定电流。
间隙形成步骤(S100)是指在挤压构件32已经与连结孔35连结从而能
够自由移动的状态下,通过施加设定电流而使双金属片31弯曲的步骤,所述
连结孔35形成在双金属片的上部。图8示出了间隙形成步骤(S100)的应
用。
参考图2和图8,间隙形成步骤(S100)包括附着步骤(S110)和电流
施加步骤(S120)。附着步骤(S110)是指在挤压构件32已经与连结孔35
连结从而能够自由移动的状态下,使挤压构件附着(紧密依附)到横杆的步
骤,所述连结孔35形成在双金属片的上部。并且,电流施加步骤(S120)
是指在挤压构件已经附着到横杆上的状态下通过在设定时间内施加设定电流
而使双金属片弯曲且由此使挤压构件朝向双金属片相对移动的步骤。
如图8A所示,在S110中,在挤压构件32已经与连结孔35连结从而能
够自由移动的状态下,挤压构件32附着到横杆上,所述连结孔35形成在双
金属片的上部。也就是说,挤压构件32不是固定连结到双金属片31上。
如图8B所示,在S120中,通过在设定时间内施加设定电流而使双金属
片弯曲。由此,挤压构件在附着于横杆的状态下朝向双金属片相对移动。在
此,在自动化的生产过程中需要规定时间,所述规定时间是根据施加到断路
器的各个额定值而被预先确定的。
如前所述,设定电流是指考虑到在S50中测量到的横杆的旋转位移而确
定的电流。由于设定的电流为过电流,其具有能显示出延时操作特性的数值。
如果横杆的旋转位移超过基准值,则减小为了在与双金属片的上部连结的挤
压构件和横杆之间形成间隙(D)而施加的设定电流。另一方面,如果横杆
的旋转位移小于基准值,则增大设定电流。
间隙(D)是通过在挤压构件32已经附着到横杆的状态下使挤压构件32
朝向双金属片31相对移动而形成的。
图8C示出了在挤压构件已固定到双金属片之后的状态,其示出了挤压
构件32的端部和横杆33之间的间隙(D)。
间隙固定步骤(S200)是指当设定时间已经经过时使设定电流中断并且
将挤压构件32焊接到双金属片31的步骤。
参照图2,间隙固定步骤(S200)包括电流中断步骤(S210)和焊接步
骤(S220)。S210是在规定时间已经经过时使设定电流中断的步骤。并且,
S220是通过焊接使挤压构件与形成在双金属片的上部的连结孔连结的步骤。
电流中断步骤S210是指通过在规定时间已经经过时使设定电流中断,
并且通过在图8B的状态下停止挤压构件32朝向双金属片31的相对运动而
使得间隙(D)不变的步骤。
焊接步骤S220是指通过焊接将挤压构件32与形成在双金属片的上部的
连结孔35连结的步骤。也就是说,S220是指在图8B的状态下使间隙(D)
固定的步骤。
在S220中,自动进行激光焊接。在S220中,通过反射型光学传感器来
检查双金属片的弯曲位置,并且进行激光焊接。
更具体而言,双金属片31形成为基于连结孔35左右相互对称。在双金
属片31的上部采用标识手段,并且双金属片31具有经刮削加工过的上部。
例如,为了便于识别,可以在双金属片的上部涂覆白色颜料。为了使用光学
传感器精确地且自动地检查双金属片的位置,实施这样的配置。
图8C示出了在冷却步骤(S300)中冷却的检测机构。冷却步骤(S300)
是指在间隙固定步骤之后,冷却经加热的双金属片31和挤压构件32的步骤。
在S300中,可以使用自然冷却方法或其他冷却方法。
图3是示出根据本发明的另一个实施例的用于控制断路器中的间隙的方
法的流程图。
所述方法可进一步包括铆接步骤(S70),其中铆接挤压构件的端部,从
而防止挤压构件32与双金属片的连结孔35分离。
参照图3,S70可以在S100之前进行。在S100之前,由于挤压构件处
在能够在连结孔35中自由移动的状态下,挤压构件可以与双金属片的连结孔
35分离。为了防止这种情况,在形成于挤压构件32的主体部分37的另一端
的铆接凹槽39处进行铆接。S70可以在间隙(D)已经在间隙固定步骤(S200)
中被固定之后进行。
上述的实施方式和优势仅是用于示例性的说明,而不应被考虑为限制本
发明。本文的教导可以很容易地应用到其他类型的设备。此说明书旨在说明
解释而不是限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员来说,许多替代、
修改和变化都是显而易见的。在此所述的示例性实施方式的特征、结构、方
法和其他特点可以以不同的方式结合以得到其他的和/或代替的示例性实施
例。
由于现有的技术特征可以在不脱离其实质特点的情况下以多种形式来实
施,因此还应理解的是,除非另有说明,上述的实施例并不限于任何前文说
明书中的具体细节,而是应当在所附权利要求书所限定的范围内做广义地解
释,因此,落在权利要求的界限和范围内或者这些界限和范围的等同界限和
范围之内的所有变化和修改都视为包含在所附的权利要求中。