[发明专利]具有物理打开式触点结构和故障安全保护的电子断路器

说明书

本发明提供了一种断路器，该断路器包括多个主触点，这些主触点可在闭合和打开位置之间活动，使得接线端和负载端分别电气通信或电隔离。跳闸线圈连接至这些触点，响应于跳闸电流导致这些触点从闭合位置移动至打开位置，从而使断路器跳闸。提供常闭继电器，常闭继电器具有继电器激活电路和开关电路，开关电路电连接至跳闸线圈。监控电路电连接至继电器激活电路，只要作出断路器在可接受的参数范围之内操作的判定，监控电路将激活电力供应至继电器激活电路；并且一旦作出断路器不在可接受的参数范围之内操作的判定，监控电路停止将激活电力供应至继电器激活电力，从而使断路器跳闸。

技术领域

本发明涉及一种电子控制的断路器，该断路器包括机械触点机构，同时最大限度地提高断路器的故障安全等级以确保能够提供需要的电路保护。

背景技术

传统交流电(AC)断路器采用多种机电装置以提供保护来防止电流过载和冲击。类似地，交流电(AC)断路器采用电子电路，以检测断路器，并在检测到接地故障和/或电弧故障时，使断路器跳闸，该断路器通常还包括机电装置以提供保护来防止电流过载和冲击。在这些断路器中，电子器件通常并不提供断路器对电流过载或冲击的监控或防护性控制。因此，如果防护接地故障和/或电弧故障的电子电路系统失效，断路器将仍保持对过载电流和过大的冲击电流的保护。

理想化地，这样的断路器还将能够使用单独使用的电子电路系统或与接地故障和/或电弧故障保护相结合的电子电路系统，以监控电流过载和冲击电流，由此在过载电流或冲击电流过大时使断路器跳闸。其中的电子器件将能够被严格地编程，以提供精确的保护来防止过载电流和冲击电流。仅使用电子电路系统来提供断路器的防护性能的问题在于，如果电子电路系统失效，断路器在过载期间可能会保持在“接通”(连接)状态，从而导致危险的、不可接受的情况。

采用热双金属构造或液压磁性的构造来提供对电流过载和冲击的保护的机电断路器并不能完全防止故障，而是设计成尽可能是防故障的。因此，电子控制断路器的任何设计都需要与传统的机电断路器设计中固有的防故障结构类似的结构。

在使用任何完全依靠固态微处理器控制的电子器件来提供保护，而无需在跳闸(即，切断)状态期间使物理触点打开的AC电子断路器时，安全性就成为一个主要因素。而且，现有的仅使用固态微处理器控制的电子器件来切换高压AC电源的电路保护技术导致高成本和显著的散热问题。最实用和安全的方法为将基于微处理器的电子器件与机械触点机构相结合，其中电子器件用来监控所需的电路保护参数，机械触点机构会在打开(即，切断)位置提供物理触点间隙。

已经尝试提供AC电子断路器，该断路器完全依赖于固态微处理器控制的电子器件以在除了防护接地故障和/或电弧故障之外，提供对电流过载和冲击电流的防护。然而，这些尝试没有任何一个使得断路器设计能够提供与传统的机电断路器设计中固有的防故障结构类似的结构。

例如，Engel等人的美国第4,331,999号专利和Wilson等人的美国第4,338,647号专利公开了一种具有数字控制单元(154)的电路断流器，该数字控制单元能够响应于不同的感应状况导致脱扣线圈(22)脱扣。然而，这两篇参考文献讨论的都是使用开关场效应晶体管(192)以响应来自数字控制单元(154)的信号来控制流过脱扣线圈(22)的电流。因此，在数字控制单元(154)和/或晶体管(192)内部失效的情况下，晶体管(192)可能会阻断在非导电状态，从而致使脱扣线圈(22)不起作用，导致潜在的危险情况。

因此，在工业中仍存在一种未被满足的需求，即一种包含机械触点机构、同时最大限度地提高断路器的故障安全水平以确保能够提供需要的电路保护能力的电子控制断路器。

发明内容

概括而言，本发明提供了一种电子可编程的AC断路器，该断路器具有保护配置，以在电子监控电路失效时使得断路器不可操作。电子断路器采用电磁继电器或固态继电器电路，如果电子保护电路或继电器本身失效，该继电器电路的配置将导致断路器不可操作。