[其他]低压开关的触头灭弧装置

说明书

本实用新型属低压开关的触头灭弧装置。

在电器控制中，低压开关有各种型号和规格，但其结构可分为三部分：电磁系统、触头系统和触头灭弧装置。触头在分断时，因触头间的电流电压大于某一最小起弧电流电压时，由气体的游离而产生电弧。交流电弧的特点是在电流过零时熄灭，在下一个半周内重燃而继续出现；在直流电路中，弧隙中的游离和消游离处于动平衡，只有消游离速度超过游离速度才使电弧熄灭。无论对交流或直流电弧，拉长电弧并使其迅速冷却，提高弧柱的电位梯度和介质恢复速度，成为加速灭弧的主要手段。由此设计出了低压开关的灭弧室结构，常用形式有：纵向窄缝、多纵缝、纵向曲缝、横向绝缘栅片和横向金属栅片等，有的灭弧室还采用复式结构。由于电弧的高温作用，灭弧室往往用陶瓷和耐弧塑料等来制造。

触头间的电弧在灭弧室中被熄灭的方式从某种意义上说是一种被动的灭弧方式，对触头有烧蚀作用。本实用新型的目的在于提出一种触头灭弧结构，足以在电弧产生前将其能量移出，从而抑制电弧的产生。

开关在接通和切断负载时触头间产生的电弧以后者严重。在主触头上并联一电容器，当主触头开始断开的一瞬间，由于电流电压不能突变，电能以电流的形式向电容充电，随着主触头间距离的增大和能量的转移，电弧产生已不可能。当负载一定时，充电电流由电容器的容量决定。这样选择电容器的容量被认为是合理的：在开关断开时、触头间建立不起引燃电弧的电流电压。电容器还是与一辅助触头串联成一支路后再与主触头相并联的，在电容器上还并联一电阻（见图1、图2）。辅助触头应有这样的功能：先于主触头接通，后于主触头断开（见图3）。于是，当开关接通和切断负载时，其过程是：接通时电流经辅助触头、电容器、负载而成回路，进而主触头接通将电容器和辅助触头短路从而完成开关接通；断开时主触头首先断开，进而辅助触头断开。

本实用新型是将产生电弧的电磁场能量以电流的形式储存于电容器中，从而抑制电弧的产生，即是一种所谓主动灭弧方式。

图1是三相低压开关的其中一相的主触头灭弧装置电原理图。

图2是图1的另一种电路图。

图3是辅助触头实现先于主触头接通、后于主触头断开功能的结构示意图。

图1、图2的灭弧原理一致，仅在电容器的选择上有区别。图1所用的是无极性电容器，图2是用有极性电容器（如电解电容器），考虑到电解电容器〔2〕的极性问题，必须接有二极管〔5〕。在交流电路中，还要将两个由二极管〔5〕与电解电容器〔2〕串联的支路反向并联。辅助触头〔3〕的功能是这样来实现的：主触头〔1〕由动触头〔6〕、静触头〔7〕组成，辅助触头〔3〕由动触头〔8〕、静触头〔9〕组成。由于静触头〔9〕至静触头〔7〕有一定距离，在静触头〔9〕上设有弹簧〔10〕，从而保证了辅助触头〔3〕的动、静触头〔8〕〔9〕先于主触头〔1〕的动、静触头〔6〕〔7〕接触和后于脱离。电阻〔4〕与电容器〔2〕并联，以泄放电容器〔2〕上储存的电场能量。电容器〔2〕是触头灭弧装置的核心元件。当辅助触头〔3〕接通时，电流经电容〔2〕、负载成回路，电容充电，电阻〔4〕阻值较大，可视为开路，次后主触头〔1〕闭合时，其动、静触头〔6〕〔7〕间的电压较没有电容器〔2〕时小，无疑对抑制开关接通时的电弧是有利的，开关断开时，主触头〔1〕的动、静触头〔6〕〔7〕先行脱离，在这同时，电路进入过渡过程，负载上的电磁场能量立即以电流的形式经辅助触头〔3〕向电容器〔2〕充电，随着能量的转移和主触头〔1〕的动、静触头〔6〕〔7〕距离的增大，在动、静触头〔6〕〔7〕间已不可能建立产生电弧的电压和电流，如果电容器〔〔2〕的容量选择合适的话。次后，辅助触头〔3〕脱离，完成开关断开过程。同样，电容器〔2〕上的电场能量经电阻〔4〕释放。由上所述，在主触头〔1〕断开时，一方面负载中的电磁场能量经电容器〔2〕充电，另一方面，电源经电容器〔2〕，辅助触头〔3〕接通负载，二个过渡过程同时发生。当负载、电源电压、额定电流一定时，可计算出电容器〔2〕的容量，然后经试验确定。例如：当负载为三相异步电动机时，角形联接，电源线电压220伏，星形连接，线电压为380伏，额定电流40安，选用WG－60A交流接触器，电容器〔2〕的容量为10μF时，在主触头〔1〕的动、静触头〔6〕〔7〕间无电弧发生。我国低压开关标准规定，每小时应动作1200次，即开关接通、断开的周期为3秒，即接通和断开时间各须限制在1.5秒以内，而接通和断开都存在一次电容〔2〕向电阻〔4〕的放电过程，因而电阻〔4〕的阻值确定原则是：在国家标准规定的时限内，由开关的不同结构所分配的放电时间和电容器〔2〕的容量来决定。

在上述例子中，电阻〔4〕为150千欧。为方便起见，所说的触头灭弧装置是与开关制造成一体的。