专利名称：电开关设备、断路器以及中断电源电路的过电流的方法
技术领域：
本发明总体涉及电开关设备，更具体地，涉及断路器，例如，航空器或宇航断路器。
本发明还涉及中断电源电路的过电流的方法。
背景技术：
断路器用于保护电路免于受到由过电流条件(例如过载条件或相对高电平的短 路或故障条件)引起的损害。在用于家用的轻便商业应用的通常称为小型断路器的小的断 路器中，典型地由热-磁跳闸装置提供这样的保护。该跳闸装置包括双金属器件，该双金属 器件响应于持续性过电流条件而发热和弯曲。该双金属器件又解开弹簧传动的操作机构， 该弹簧传动的操作机构打开断路器的可分离接触，从而中断受保护的电力系统中的电流流 动。
已知提供与双金属器件联合操作的悬臂式环境补偿双金属器件。当被加热时，该
双金属器件使绝缘滑梭(shuttle)移动，该滑梭牵引环境补偿双金属器件，该环境补偿双
金属器件又附接到跳闸闩锁构件。环境温度条件的升高或降低使得双金属器件的自由端和
环境补偿双金属器件的自由端沿着相同方向移动，从而在两个双金属器件端部之间保持合
适的间隙，以消除环境温度的改变的影响。在过电流条件下，双金属器件和绝缘滑梭牵引环
境双金属器件，该环境双金属器件使得跳闸闩锁构件移动以跳闸打开操作机构。 例如，将超小型断路器用于航空器或宇航电气系统，其中这些超小型断路器不仅
提供过电流保护，而且用作用于开启和关断设备的开关。这样的断路器必须很小以适应短
路器面板的高密度布局，该短路器面板使得用户可使用用于众多电路的断路器。例如，航空
器电气系统通常包括几百个断路器，每一个断路器都通过推拉手柄用于电路保护功能以及
电路断开功能。 通常，超小型断路器已提供对抗持续性过电流的保护，该保护是通过由响应于由 过电流引起的I力发热的双金属器件触发的闩锁而实现的。提供额外的保护日益引起关注， 并且，最重要的是电弧故障保护。 在偶发的电弧故障条件期间，由于故障电流的均方根(RMS)值太小而不能启动自 动跳闸电路，断路器的过载能力将不起作用。向断路器添加电弧故障探测能力会增加喷 溅电弧保护所需的元件之一 一 理想情况下，电弧故障探测电路的输出直接使断路器跳闸 并由此打开断路器。例如，参见美国专利6，710，688 ;6,542,056 ;6,522,509 ;6,522,228 ; 5， 691， 869 ;以及5， 224， 006。 美国专利6， 864， 765、6， 813， 131、6， 710， 688、6， 650， 515和6， 542， 056公开了包括 三种不同跳闸模式的断路器，所有这三种跳闸模式都采用跳闸闩锁以启动操作机构且使可
分离的接触跳闸打开。这三种跳闸模式包括(1)由双金属器件检测过电流条件(热跳闸)， 该双金属器件通过滑梭和环境补偿双金属器件来启动跳闸闩锁；(2)由电子电路检测电弧 故障(和/或接地故障)条件，其中电子电路激励跳闸电动机以启动跳闸闩锁；以及(3)相 对高电流条件(瞬间跳闸)也引起跳闸闩锁。
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美国专利7， 170， 376公开了一种小型线圈组件，其包括由电弧故障检测电路和柱 塞(plunger)控制的线圈。细长的环境温度补偿双金属器件被内部连接到环境温度滑块， 从而部分地通过环境温度补偿双金属器件控制该滑块的横向移动。柱塞被耦合到环境温度 滑块，以与滑块一起实现电弧故障跳闸功能。 如果断路器操作机构不能相对快速地打开可分离的接触，则会损坏断路器的内部 部件。例如，已知如果过电流或故障条件持续太长时间，则可分离的接触会熔接为闭合的。 此外，当可分离的接触使电源电路断开时，过长的跳闸时间会产生碳。该碳会在故障之后引 起电介质击穿，且会在打算打开断路器时允许载流路径。并且，安装的断路器会被腐蚀、粘 住或以其他方式被损坏。这可引起断路器的保护对应的电源电路免受热过载的能力的主要 改变。 —种已知的断路器包括熔断丝(fusible link)，其用于防止可分离的接触的熔合 以及从而防止不能断开电源电路。如果可分离的接触溶解或者如果发生电介质击穿，则该 熔断丝打开。 在诸如断路器的电开关设备中存在改进的空间。 在中断电源电路的过电流的方法中也存在改进的空间。
发明内容
通过本发明的实施例可满足这些以及其他需求，本发明的实施例采用热过载机构 来响应于由流过可分离的接触的电流引起的热故障而启动操作机构闩锁。电磁器件与热过 载机构协作来响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁。处理器反复地确定流过所述 可分离的接触的电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器 件。所述电磁器件对所述闩锁的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生， 以縮短跳闸打开所述可分离的接触的时间。 根据本发明的一个方面，一种电开关设备包括外壳；可分离的接触；操作机构， 其包括闩锁，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以 及跳闸机构，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸 机构包括热过载机构，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障 而启动所述闩锁；电磁器件，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而 启动所述闩锁；以及处理器，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判 断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件。 所述电开关设备可具有额定电流，并且所述预定值可以为所述额定电流的约十二 倍。 作为本发明的另一方面，一种断路器包括外壳；可分离的接触；操作机构，其包 括闩锁，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以及跳 闸机构，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸机构 包括热过载机构，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障而启 动所述闩锁；电磁器件，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动 所述闩锁；以及处理器，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判断所 述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件，以使对所述闩锁的启动与通过
6所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以縮短跳闸打开所述可分离的接触的时间。
所述处理器还被构造为周期性地测量电压且确定流过所述可分离的接触的电流 的峰值。 作为本发明的又一方面，一种中断流过电源电路的电流的方法包括读出流过所 述电源电路的所述电流；反复地确定流过所述电源电路的所述电流的值；判断所述值是否 超过预定值多次，并响应性地激励电磁器件；响应于被激励的所述电磁器件而启动闩锁； 同时，响应于与流过所述电源电路的电流操作地相关联的热故障而启动所述闩锁；以及响 应于被启动的所述闩锁而打开可分离的接触。 所述方法还采用第一预定值作为所述预定值；响应于超过所述第一预定值的值而 将第二预定值加到累加器；以及当所述累加器超过第三预定值时激励所述电磁器件。
所述方法还周期性地从所述累加器减去第四预定值。 在第一预定时间之后，当所述值超过所述第一预定值时，所述方法将所述第二预 定值加到所述累加器；并且在第二预定时间之后，从所述累加器减去所述第四预定值。
所述方法还从所述累加器减去所述第四预定值，而不管所述值是否超过所述第一 预定值。
当结合附图阅读之后，可通过对优选实施例的以下描述获得对本发明的完全理 解，在附图中 图1是根据本发明的实施例的断路器的框图；
图2是图1的断路器的操作机构的截面视图； 图3是图2的操作机构的包括热过载机构的一部分的垂直正视图；以及
图4是通过图1的微控制器执行的固件的流程图。
具体实施例方式
如在此所采用的，术语"数"应表示一或者大于一的整数(即，多个)。 如在此所采用的，两个或多个部分被"连接"或"耦合"在一起的表述应表示这些
部分被直接接合在一起或者通过一个或多个居间部分而接合在一起。此外，如在此所采用
的，两个或多个部分被"附接"的表述应表示这些部分被直接接合在一起。 如在此所采用的，术语"热故障"应表示热过载电流条件或其它过电流条件。 与航空器或宇航电弧故障断路器相关联地对本发明进行描述，但本发明可适用于
电开关设备的宽广范围，例如，适于检测宽广范围的故障(例如电源电路中的电弧故障和/
或接地故障)的断路器。 参考图1，电弧故障断路器1被连接在电力系统11中，该电力系统11具有线路导 线(L)13和中性导线(N)15。断路器1包括可分离的接触17，该接触17被电连接在线路导 线13上。通过操作机构19打开和闭合可分离的接触17。除了通过手柄(未示出)手动操 作之外，也可通过跳闸组件21来启动操作机构19以打开可分离的接触17。该跳闸组件21 包括常规的双金属器件23，该双金属器件23由于持久性过电流而被加热且弯曲，从而启动 操作机构19而打开可分离的接触17。虽然不是必要的，但可通过由非常高的过电流产生的
7大的磁力而吸引跳闸组件21中的电枢25，从而也启动操作机构19，提供瞬时跳闸功能。
断路器1还具有电弧故障检测器(AFD) 27。通过监测通过引线31加在双金属器件 23两端的相对于局部接地基准47的电压，AFD 27读出电力系统11中的电流。该电压代表 流过可分离的接触17的电流。如果AFD27在电力系统11中检测到电弧故障，则产生跳闸 信号35，该跳闸信号开启开关(例如可控硅整流器)37以激励跳闸线圈39。当被激励时， 跳闸线圈39启动操作机构19以打开可分离的接触17。与跳闸线圈39串联的电阻器41限 制线圈电流，并且电容器43保护SCR 37的门极免受电压尖峰和由噪声引起的假跳闸。可 替代地，不需要采用电阻器41 。 AFD 27与操作机构19协作以响应于电弧故障条件而跳闸打开可分离的接触17。 AFD 27包括有源整流器和增益级45，其整流且适当放大通过引线13和局部接地基准47加 在双金属器件23两端的电压。有源整流器和增益级45在输出51上输出代表双金属器件 23中的电流的整流信号49。通过峰值检测电路53和微控制器(ii C)55而输入整流信号 49。 有源整流器和增益级45和峰值检测电路53形成适于基于在电力系统11中流动 的电流而确定整流的交流脉冲的峰值振幅59。通过峰值检测电路53来存储该峰值振幅59。
iiC 55包括模数转换器(ADC)61、微处理器(y P) 63和比较器65。 y P 63包括一 个或多个电弧故障算法67和跳闸程序100 (图4) 。 ADC 61通过ii P 63将整流的交流脉冲 的模拟峰值振幅59转换为用于输入的对应数字值。yP 63、电弧故障算法67和ADC 61形 成第二电路69，该第二电路69适于判断电流脉冲的峰值振幅是否大于预定振幅。而算法 67响应性地采用该峰值振幅来确定电力系统11中是否存在电弧故障条件。
ii P 63包括适于使峰值检测电路59复位的输出71。第二电路69还包括比较器 65，该比较器65用于基于从合适的基准73(例如，稍微大于零的合适的正值)上方或下方 (或从上方到下方)平移的整流信号49而确定在电力系统11中流动的电流的交流脉冲的 状态的改变(或者负(即，负向)零相交)。响应于该负零相交，如由比较器所判断的，pP 63使得ADC 61将峰值振幅59转换为对应的数字值。 AFD 27所采用的示例性的电弧故障检测方法为"事件驱动"，因为其在直到由比较 器65所检测的电流脉冲发生为止为非活化的(例如，停滞的)。当这样的电流脉冲发生时， 算法67记录由峰值检测电路53和ADC61确定的电流脉冲的峰值振幅59以及由计时器(未 示出)联合yP63测量的从最后的电流脉冲发生起所经过的时间。然后，电弧故障检测方 法使用该算法67来处理电流振幅和时间信息，以判断是否存在危险电弧故障条件。虽然示 出了示例性的AFD方法和电路，但本发明适用于宽范围的AFD方法和电路。参见，例如，美 国专利6， 710， 688 ;6， 542， 056 ;6， 522， 509 ;6， 522， 228 ;5， 691， 869 ;以及5， 224， 006。
ii C 55的ii P 63的数字输出79包括跳闸信号35。 y C 55的模拟输入81接受用 于ADC 61的峰值振幅59。因此，ii P63测量双金属器件23的电压，确定流过可分离的接触 17的电流的值，并产生跳闸信号35。 如下面将要结合图2讨论的，诸如螺线管的电磁器件(例如，微型线圈组件98)包 括由y P63控制的跳闸线圈39和柱塞102。操作机构19包括闩锁20 (图2)且被构造为响 应于闩锁20的启动而打开可分离的接触17。 yP 63和微型线圈组件98与操作机构闩锁 20协作而跳闸打开可分离的接触17。特别地，柱塞102 (当ii P输出79激励跳闸线圈39时
8该柱塞102移动)被耦合到环境温度补偿双金属器件190 (图2)和环境温度滑块182 (图 2)，以利用其实现跳闸功能。因此，这跳闸打开可分离的接触17(图1)(图3的170、 172)。 双金属器件23 (图1)提供热过载机构(包括图2的双金属器件184和环境温度补偿双金 属器件190)，该热过载机构被构造为响应于由流过可分离的接触17的电流引起的热故障 而启动闩锁20。 如下面将要结合图2和4讨论的，微型线圈组件98与环境温度补偿双金属器件 190协作以响应于被P P输出79激励的跳闸线圈39而启动闩锁20。特别地，y P程序 IOO(图4)被构造为反复地确定流过可分离的接触17的电流的值，判断该值是否超过预定 值多次，并且响应性地激励跳闸线圈39。这与通过双金属器件184 (图2)对闩锁20的启动 同时地启动该闩锁20，以縮短跳闸打开可分离的接触17的时间。 参考图2，断路器1包括外壳112，在外壳112上具有一对端子114和116，这对端 子从外壳112的外部延伸，以分别电连接到电源和负载。带螺纹的导电套管118从外壳112 的外部延伸，以导引柱塞组件121的手动操作机构。与螺母(未示出)连接的套管118为 面板(未示出)上的断路器1提供安装和导电连接机构。 手动操作机构120优选设置有跳闸指示器122。手动操作机构120和跳闸指示器 122能够相对于套管118轴向滑动。手动操作机构120设置有中心部分124，该中心部分 124具有延伸其长度的约一半的中心槽126。 U形夹或热闩锁部件136设置有闩锁表面138和从动部分 (d印endingportion)140。通过销142枢轴地支撑U形夹136，该销142可在插槽(未示出) 中相对于手动操作机构120移动。销142的端部被夹持在中心壳体112中的沟槽(未示 出)内，所述沟槽导引其轴向移动。 通过销142枢轴地支撑机械闩锁部件146(在图2中仅仅示出了一个闩锁部件 146)，并且该机械闩锁部件146被容纳在手动操作机构120中的插槽126中。闩锁部件146 设置有闩锁表面148 (在图2中仅仅示出了一个闩锁表面148)，该闩锁表面148适于使协同 操作的闩锁表面150接合在套管118上。枢轴闩锁部件146被构造为接合闩锁表面150，直 到启动闩锁20为止。 在机械闩锁部件146中具有凸轮孔151 (仅仅示出了一个孔151)，该凸轮孔151限 定凸轮表面152(仅仅示出了一个凸轮表面152)，所述凸轮表面152相对于手动操作机构 120的往复运动轴成锐角地设置，从而实现对断路器1的手动打开。两个下凸轮表面154(仅 仅示出了一个凸轮表面154)相对于手动操作机构120的往复运动轴基本成直角地设置，以 提供对断路器1的强制联锁。中心部分124承载凸轮销156，该凸轮销156延伸跨过插槽 126，且穿过机械闩锁部件146的凸轮孔151，以与其操作接合。 弹簧162被设置为相对于套管118向上地弹性偏置手动操作机构120、U形夹136 和闩锁部件146。 在接触柱塞组件165的可移动接触托架或柱塞164中具有用于容纳U形夹136的 中心开口 166。接触托架164承载着接触桥168(示于图3中)，该接触桥168具有位于其 上的一对可移动的接触170 (在图3中仅仅示出一个接触170)。可移动的接触170可与固 定接触172(图3)接合，以完成从端子114经过断路器1的电流响应双金属器件184到端 子116的电路，如将要描述的。螺旋形线圈柱塞回位弹簧174(图2)的一端与外壳112的弹簧承座部分175端接，另一端与可移动接触托架164端接，以使接触托架164通常相对于 外壳112向上偏置。 在接触托架164中具有用于容纳热或过载滑块180和环境温度滑块182的横向延 伸的插槽178。过载滑块180在细长的电流响应双金属器件184的作用下在接触托架164 的内部可移动，该电流响应双金属器件184通过在其每一端处的端部支撑185而被保持在 外壳112内。 U形夹导引组件(例如，由陶瓷制成)186将过载滑块180耦合到双金属器件184 且使其与金属片184绝缘。过载滑块180具有插槽188，该插槽容纳U形夹136且与U形夹 136紧密协作，以响应于滑块180的横向移动(例如，关于图2向右移动)实现对闩锁20的 启动和对U形夹136的释放。这又释放闩锁部件146，以打开接触170、172。
环境温度滑块182位于过载滑块180之下且在细长的环境温度补偿双金属器件 190的作用下在接触托架164的内部可移动，该环境温度补偿双金属器件190是环境补偿组 件192的一部分，该环境补偿组件192包括可调节螺旋导向装置193、校准螺杆194和补偿 弹簧195。 环境温度补偿双金属器件190被联锁到环境温度滑块182，从而通过该双金属器 件190而部分地控制该滑块182的横向移动。环境温度滑块182具有插槽196，当断路器1 处于接触闭合位置(如图所示)时，该插槽196容纳U形夹136的弯钩端从动部分140。在 接触闭合位置中，U形夹136的闩锁表面138利用由弹簧174提供的向上弹性偏置所确定 的压力而接合位于插槽196的周缘附近的环境温度滑块182的上表面。
作为本发明的一个重要方面，响应于过载滑块180而释放U形夹136，并且将环境 温度滑块182构造为当y P输出79(图1)激励跳闸线圈39时，响应于柱塞102而同时地 释放U形夹136，以縮短跳闸打开可分离的接触17(图1)的时间。 图3示出流经图2的断路器1的电流路径。当可分离的接触17(接触170、 172)闭 合时，通过接触组件216来建立电流路径，包括线路端子114和第一固定接触172A，第一可 移动的接触170到接触桥168到第二可移动的接触170(未示出)，第二可移动的接触170 到第二固定接触172B，通过第一柔性导体218而从第二固定接触172B到双金属器件184的 第一支路(未示出)，经过双金属器件184到其第二支路(未示出)到第二柔性导体220， 并且到负载端子116。
实例1 图4示出程序100，其由图1的ii P 63执行。响应于y C 55的周期性计时中断， 中断服务程序始于200。这允许ii P 63周期性地(例如，非限制性地，每隔约1. 25毫秒) 确定流经可分离的接触17的电流的峰值。接下来，在202，从ADC 61读出该峰值电流，其 中该ADC 61转换由峰值检测电路53所存储的整流的交流脉冲的峰值强度59。接下来，在 204，判断在202处测量的峰值电流是否超过预定值(Kl)(例如，非限制性地，约为断路器 1 (图1)的额定电流的十二倍)。如果峰值电流超过预定值(Kl)，则在206，响应性地将预 定值(K2)(例如，非限制性地，五)加到累加器。由于程序100周期性运行，因此当峰值电 流超过预定值(Kl)时，该步骤周期性地将预定值(K2)加到累加器。接下来，在208，判断 累加器是否超过预定值(K3)(例如，非限制性地，20)。如果累加器超过预定值(K3)，则在 210，通过使跳闸信号35(图1)输出经过yP输出79，使断路器l跳闸。这响应于被激励的微型线圈组件98而启动闩锁20(图2)。同时，该闩锁20还响应于与流过电源电路11的电 流操作地相关的热故障而被双金属器件184(图2)启动。而可分离的接触17又响应于被 启动的闩锁20而被打开。 如果测试在204或208处为否，则从累加器减去预定值(K4)(例如，非限制性地， 一)。由于程序100周期性运行，因此该步骤周期性地从累加器减去预定值(K4)。在212 之后，在214，中断服务程序返回到p P 63的背景程序(未示出)。可替代地，如果测试在 204处为否，则可跳过步骤212，并且在214使中断服务程序返回。
实例2 断路器1检测流经双金属器件23的负载电流，该双金属器件23与线路导体13串 联，由此与负载导体14串联。当yP 63判断所读出的电流超过额定电流的约十二倍(12X) 合适的发生次数时，其将跳闸信号35输出到跳闸线圈39，这使得可分离的接触17打开。因 此，程序100允许ii P63通过双金属器件23两端的电压检测快速电流尖峰，并且响应性地 启动跳闸线圈39。
实例3 例如，yC 55(例如，非限制性地，由Microchip Technology Inc. ofChandler， Arizona出售的外设中断控制器(PIC) 16F684Microcontroller)每隔约1. 25mS(例如，非限 制性地，与400Hz的120VAC线路循环的每次零相交(正或负)同步)地从双金属器件23 对峰值电流采样。如果采样的峰值电流大于断路器额定电流的十二倍，则pP 63填充累加 器(存储桶)。例如，累加器的跳闸阈值被设定为例如大于20个单位。对于采样的峰值电 流大于断路器额定电流的十二倍，yP 63每个隔半循环(例如，每隔1.25mS)增加五个单 位。并且，每隔一个循环(例如，2.5mS)， yP 63减去一个单位。由此，在五个示例性半循 环(例如，6. 25mS)之后，iiP 63已减去两个单位(因为仅仅经过了 2. 5个全循环)，且已 增加25个单位(每半循环五个单位乘以五个半循环)，得到23个单位(=25个单位-2个 单位)的净增长，这超过了跳闸阈值。 这是用于打开可分离的接触17的冗余机制，并且通常能够提供相对更快的跳闸 时间，以防止内部部件损坏。并且，如果可分离的接触17被接合在一起，或者，如果操作机 构19由于毛剌或外来残渣而被挂住，则微型线圈组件98将"捶打"接触17而用螺线管力 打开。 实例4 ii P 63可以采用与示例性跳闸程序100 (图1和4)联合的任何数目的已知或合适
的电弧故障跳闸算法。
实例5 在额定电压下最大可能的短路电流的过电流的情况下，通过用微型线圈组件 98(例如，非限制性地，跳闸螺线管)的柱塞102来扳动(例如，非限制性地，关于图2向左) 环境温度补偿双金属器件190， ii P 63快速打开操作机构19，同时，双金属器件23(图2的 双金属器件184)由于受热而向相反方向偏转。由于两种移动的联合作用，这縮短了跳闸时 间(例如，縮短通过电_机械辅助而脱离弹簧加载的闩锁20的时间)。
实例6 所公开的断路器1提供防故障装置和冗余机构，用以起动跳闸和中断电流流动。如果双金属器件23(热过载机构184、 190)或操作机构19受损且无法(例如，非限制性地，机械跳闸机构由于毛剌和/或外来残渣而被挂住)使操作机构19热跳闸，则防故障装置/冗余机构可靠地启动跳闸。这提供了额外的安全性而没有额外的熔丝成本。这通过确保快速、可重复的跳闸时间而保护断路器1的双金属器件23。这减轻了对断路器1、飞机布线系统和外围设备的损坏。
实例7 虽然公开了可分离的接触17、170、172，但可以采用合适的固态可分离的接触。例如，所公开的断路器1包括合适的断路器机构，例如通过操作机构19打开或闭合的可分离的接触17，但本发明适用于宽广范围的断路机构(例如，非限制性地，固态或FET开关；接触器接触)和/或基于固态的控制/保护装置(例如，非限制性地，驱动器；软起动器)。
虽然详细描述了本发明的特定实施例，但本领域技术人员将理解，根据本公开的总体教导，可以发展对这些细节的各种修改和替代物。因此，所公开的具体设置仅仅是示例性的，而不限制本发明的由所附权利要求的整个范围及其任何和全部等同替代所给出的范围。
权利要求
一种电开关设备(1)，包括外壳(112)；可分离的接触(170，172)；操作机构(19)，其包括闩锁(20)，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打开所述可分离的接触；以及跳闸机构(27)，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所述跳闸机构包括热过载机构(184，190)，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；电磁器件(98)，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及处理器(55)，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的电流的值，判断所述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件。
2. 根据权利要求l的电开关设备(l)，其中所述外壳包括闩锁表面(150);并且其中所 述闩锁包括枢轴闩锁构件(146)、U形夹构件(136)以及U形夹导引机构(186)，所述枢轴 闩锁构件(146)被构造为接合所述闩锁表面直到启动所述闩锁为止，所述U形夹构件(136) 被从所述枢轴闩锁构件枢轴地设置，所述U形夹导引机构(186)被构造为释放所述U形夹 构件和启动所述闩锁。
3. 根据权利要求2的电开关设备(l)，其中所述热过载机构包括与所述可分离的接 触串联电连接的双金属器件(184);并且其中所述U形夹导引机构(186)包括过载滑块 (180)，所述过载滑块(180)被耦合到所述双金属器件且可通过所述双金属器件移动，所述 过载滑块被构造为释放所述U形夹构件。
4. 根据权利要求3的电开关设备(l)，其中所述热过载机构还包括环境补偿双金属器 件(190)以及环境温度滑块(182)，所述环境温度滑块(182)被耦合到所述环境温度补偿双 金属器件且可通过所述环境温度补偿双金属器件移动，所述环境温度滑块被构造为释放所 述U形夹构件。
5. 根据权利要求4的电开关设备(l)，其中所述处理器包括输出(79);其中所述电磁 器件包括被构造为通过所述处理器的输出而被激励的线圈(39)以及被构造为当所述线圈 被激励时移动的柱塞(102);并且其中所述柱塞被耦合到所述环境温度滑块，以在所述处 理器的输出激励所述线圈时跳闸打开所述可分离的接触。
6. 根据权利要求5的电开关设备(l)，其中，当响应于所述过载滑块而释放所述U形夹 构件时，所述环境温度滑块被构造为在所述处理器的输出激励所述线圈时响应于所述柱塞 而同时释放所述U形夹构件时，以縮短跳闸打开所述可分离的接触的时间。
7. 根据权利要求6的电开关设备(l)，其中所述热过载机构包括与所述可分离的接触 串联电连接的双金属器件(184);其中所述双金属器件包括跨过其两端的电压，所述电压 代表流过所述可分离的接触的所述电流；并且其中所述处理器包括模数转换器(ei)，所述 模数转换器被构造为测量所述电压且确定流过所述可分离的接触的所述电流的值。
8. 根据权利要求l的电开关设备(l)，其中所述电开关设备具有额定电流；并且其中所 述预定值为所述额定电流的约十二倍。
9. 根据权利要求l的电开关设备(l)，其中所述电磁器件是螺线管(98)。
10. —种断路器(l)，包括外壳(112);可分离的接触(170,172);操作机构(19)，其包括闩锁(20)，所述操作机构被构造为响应于所述闩锁的启动而打 开所述可分离的接触；以及跳闸机构(27)，其与所述操作机构的所述闩锁协作以跳闸打开所述可分离的接触，所 述跳闸机构包括热过载机构(184，190)，其被构造为响应于由流过所述可分离的接触的电流引起的热 故障而启动所述闩锁；电磁器件(98)，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述 闩锁；以及处理器(55)，其被构造为反复地确定流过所述可分离的接触的所述电流的值，判断所 述值是否超过预定值多次，并响应性地激励所述电磁器件，以使所述电磁器件对所述闩锁 的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以縮短跳闸打开所述可分离的 接触的时间。
11. 根据权利要求10的断路器(l)，其中所述断路器具有额定电流，；并且其中所述预 定值(Kl)为所述额定电流的约十二倍。
12. 根据权利要求10的断路器(l)，其中所述热过载机构包括与所述可分离的接触串 联电连接的双金属器件(184)，所述双金属器件包括跨过其两端的电压，所述电压代表流过 所述可分离的接触的所述电流；并且其中所述处理器被进一步构造(202)，以测量所述电 压且确定流过所述可分离的接触的所述电流的值。
13. 根据权利要求12的断路器(1)，其中所述处理器被进一步构造(202)，以周期性测 量所述电压且确定流过所述可分离的接触的所述电流的峰值。
14. 根据权利要求13的断路器(1)，其中所述处理器被进一步构造(202)，以周期性地 每隔约1. 25毫秒确定流过所述可分离的接触的所述电流的峰值。
15. —种中断流过电源电路(11)的电流的方法，所述方法包括 检测(23， 45， 53， 61)流过所述电源电路的所述电流； 反复地确定(202)流过所述电源电路的所述电流的值；判断(204)所述值是否超过预定值(Kl)多次，并响应性地激励电磁器件(98); 响应于被激励的所述电磁器件而启动(102， 190， 182)闩锁(20); 同时，响应于与流过所述电源电路的所述电流操作地相关联的热故障而启动(184)所 述闩锁；以及响应于被启动的所述闩锁而打开可分离的接触(17)。
16. 根据权利要求15的方法，还包括 采用第一预定值(Kl)作为所述预定值；响应于超过所述第一预定值的所述值而将第二预定值(K2)加到(206)累加器；以及 当所述累加器超过第三预定值(K3)时激励(208,210)所述电磁器件。
17. 根据权利要求16的方法，还包括采用二十作为所述第三预定值(K3)。
18. 根据权利要求16的方法，还包括 周期性地从所述累加器减去(212)第四预定值(K4)。
19. 根据权利要求18的方法，还包括 采用五作为所述第二预定值(K2);以及 采用一作为所述第四预定值(K4)。
20. 根据权利要求18的方法，还包括在第一预定时间之后，当所述值超过所述第一预定值(Kl)时，将所述第二预定值加到 (206)所述累加器；以及在第二预定时间之后，从所述累加器减去(212)所述第四预定值(K4)。
21. 根据权利要求20的方法，还包括从所述累加器减去(212)所述第四预定值(K4)，而不管所述值是否超过所述第一预定 值(Kl)。
全文摘要
一种断路器(1)包括外壳(112)、可分离的接触(170，172)、以及包括闩锁(20)的操作机构(19)。所述操作机构响应于所述闩锁的启动而打开所述接触。跳闸机构(27)与所述闩锁协作以跳闸打开所述接触。所述跳闸机构包括热过载机构(184，190)，其响应于由流过所述接触的电流引起的热故障而启动所述闩锁；螺线管(98)，其与所述热过载机构协作以响应于被激励的所述电磁器件而启动所述闩锁；以及处理器(55)，其反复地确定(202)流过所述接触的电流的值，判断(204，208)所述值是否超过预定值(K1)多次，并响应性地激励(208，210)所述螺线管，以使所述螺线管对所述闩锁的启动与通过所述热过载机构对所述闩锁的启动同时发生，以缩短跳闸打开所述接触的时间。
文档编号H01H71/40GK101755319SQ200880100023
公开日2010年6月23日 申请日期2008年7月23日 优先权日2007年7月24日
发明者J·M·麦考密克, K·D·根涅, P·W·米尔斯, R·G·本肖夫 申请人:伊顿公司