一种用于低压断路器的双断点触头系统的制作方法

本发明属于低压断路器技术领域，主要涉及一种用于低压断路器的双断点触头系统。

背景技术：

目前，现有的低压断路器的触头系统中，触头系统的终压力一般均靠着触头弹簧给出，这样对触头弹簧的要求很高，尤其在强度、疲劳寿命、对材料的耐高温等方面提出了很高的要求。另一方面，在出现短路时，当短路电流到来后，低压断路器先靠着电动斥力将动导电桥斥开。斥开后是绝对不允许动触头再次跌落，动触头如再次跌落时，断路器就断不开，造成负载端设备的烧毁。因此需要设置相应的机构保证动触头不出现再次跌落。但是现有的动触头电动力斥开机构，多结构复杂、装配困难，且当电动斥力消失时，动触头可能又回到原来的闭合位置，从而造成安全隐患。

中国专利文件CN 201898106 U提出了一种单断点断路器动触头系统，该技术方案是：单断点断路器动触头系统包括动触头，轴，滚轮，支持件，弹簧和转轴。动触头的一端通过转轴与支持件固定，轴将滚轮和动触头的另一端串连在一起。弹簧一端固定在支持件上，另一端挂在轴的突出端。弹簧将滚轮拉紧，使滚轮在支持件的工作面上滑动。支持件工作面的上端设有圆弧，当滚轮滑动到圆弧处时，卡在圆弧内。在支持件的后端，圆弧的相对一侧设有三角形卡口。当动触头在通过大电流时受到电动斥力的作用后可以分开到触头的开断位置，并且能够停在动触头支持件的圆弧处不动，避免了电动斥力消失时动触头又回到原来的闭合位置。动触头支持件的三角形卡口作为限位之用，防止该件转动过量。因此，上述技术方案在一定程度上可以化解动触头再次跌落的问题。

然而，上述技术方案也存在着两个重要问题：第一、支持件工作面的上端圆弧结构设计势必增大了加工的难度和工艺的要求，万一加工精度不够，很难将动触头卡住；第二、断路器长时间的使用势必会使工作面磨损，磨损到一定的程度也不能将触头卡住，这样就造成了二次跌落的隐患。同时，该结构要在支架上进行专门的三角形卡口限位设计，增加了加工的难度和工艺的要求。而且该技术方案中触头系统的终压力仍然靠着触头弹簧提供，无法解决对触头弹簧要求高的问题。

技术实现要素：

本发明目的是：为了进一步保证动触头不出现再次跌落，减少对加工的难度和工艺的要求，改变触头系统的终压力的提供方式，提供一种用于低压断路器的双断点触头系统。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的：一种用于低压断路器的双断点触头系统，包括第一静导电桥、第二静导电桥、支架、中心轴和绕着中心轴转动的动导电桥，支架与中心轴固连并随中心轴一起转动，第一静导电桥和第二静导电桥上分别设置有静触点，动导电桥设于支架内，其两端穿出支架，并在两端分别设有与第一静导电桥和第二静导电桥上的静触点相配合的动触点，在动导电桥的两端还设有触头弹簧轴和相应的触头弹簧，触头弹簧的一端挂在触头弹簧轴上、另一端挂在支架上，每个触头弹簧轴两侧各有一个弹簧轴套，通过触头弹簧的拉伸使得弹簧轴套始终与支架边缘保持相切接触，动导电桥转动时通过低压断路器的中盖的阻挡限位。

上述技术方案的原理是：当低压断路器合闸时，支架通过触头弹簧轴套和触头弹簧轴将动导电桥向下“压”，当动触点和静触点接触时，支架和中心轴继续转动产生超程，从而产生终压力。当有短路电流到来时，通过电动斥力快速地将动导电桥斥开。由于触头弹簧一直处于拉伸状态，使得触头弹簧轴套始终与支架边缘保持相切接触，这样弹簧的拉力始终指向法向，没有切向力，所以动导电桥不会再次跌落，确保负载设备以及人身的安全，从而无需在支架上设置卡住动导电桥的结构。动导电桥被电动斥力斥开后，直接通过低压断路器的中盖的阻挡进行限位，也不再需要在支架上设计专门的限位结构。

上述技术方案中，所述支架包括上支架和下支架，上支架和下支架与中心轴铆接。

上述技术方案中，所述动导电桥的两端分别设有长圆孔，触头弹簧轴位于相应的长圆孔内。

本发明的有益效果如下：与现有技术相比，一方面，本发明改变了触头系统的终压力的来源，通过支架和中心轴的超程转动产生终压力，从而降低了对触头弹簧的高要求，由于终压力很大，断路器的本体温升就很低，提高了断路器本身的性能。另一方面，本发明触头轴套始终与支架相切，弹簧的拉力始终指向法向，无切向力，保证了动导电桥不会跌落；本发明靠着中盖给动导电桥限位，无需在支架上进行专门的限位设计，降低了加工的难度和工艺的要求。

附图说明

图1是本发明的触头系统的侧视图；

图2是本发明的触头系统正视图；

图3是本发明的上支架前视图；

图4是本发明的下支架前视图；

图5是电动斥力将本发明的动导电桥斥开的示意图；

图6是本发明的动导电桥复位的示意图；

图7是本发明的动导电桥的示意图；

图中的标号：1——第一静导电桥1，2——静触点，3——动触点，4——动导电桥，5——触头弹簧轴，6——触头弹簧轴套，7——触头弹簧，8——上支架，9——中心轴，10——第二静导电桥，11——下支架，12——低压断路器的中盖。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，主要由第一静导电桥1和第二静导电桥10、静触点2、动触点3、动导电桥4、触头弹簧轴5、触头弹簧轴套6、触头弹簧7、上支架8、中心轴9、下支架11、低压断路器的中盖12组成，如图1和图2所示。

静触点2分别设置在第一静导电桥1和第二静导电桥10上。上支架8和下支架11用铆合与中心轴9铆接起来，并且与中心轴9一起转动。动导电桥4设于上支架8和下支架11内，绕着中心轴9转动，其两端穿出上支架8和下支架11，并分别设有与静触点2相配合的动触点3。

触头弹簧轴5与触头弹簧轴套6安装在动导电桥4上。如图7所示，动导电桥4的两端分别设有长圆孔(图7的A处和B处)。触头弹簧轴5在长圆孔里面滑动。一根触头弹簧轴5两侧各有一个弹簧轴套6，触头弹簧7一端挂在触头弹簧轴5上，一端挂在上支架8或者下支架11上。上支架8或者下支架11两侧的触头弹簧完全对称。无论处于何种工作状态，触头弹簧7一直出于拉伸状态，从而保证弹簧轴套6始终与上支架8或者下支架11的边缘保持相切接触，这样使得弹簧的拉力始终指向法向，没有切向力。上支架8和下支架11的边缘与弹簧轴套6相切接触曲线分别如图3和图4所示，两条曲线完全中心对称。

当低压断路器合闸时，上支架8和下支架11通过触头弹簧轴套6和触头弹簧轴5将动导电桥4向下“压”，当动触点3和静触点2接触时，上支架8和下支架11和中心轴9继续转动产生超程，从而产生终压力。

当有短路电流到来时，通过电动斥力快速地将动导电桥4斥开。斥开后，如前所述，由于触头弹簧7的弹力一直指向法向，切向没有分力，所以动导电桥4不会再次跌落，这样就能决定保证了负载设备以及人身的安全。

动导电桥4被电动斥力斥开后，靠断路器的中盖12的阻挡进行限位，如图5所示。因此，不需要在支架上设计专门的限位结构。当机构跳闸时，动导电桥4复位，如图6所示。

以下通过仿真计算说明本实施例的技术效果：

低压断路器从储能位置合闸过程中，动触点3和静触点2刚接触时是没有压力的。当上支架8和下支架11通过弹簧轴套6和触头弹簧轴5将动导电桥4向下“压”时，就产生了超程，因此动触点3和静触点2之间就产生了终压力。为了验证其效果，可以在三维软件UG里面建立系统的三维模型，导入到ADAMS里面，在ADAMS里面定义材料、约束关系、接触关系，在ADAMS里面创建弹簧，加载载荷，进行仿真计算。计算结果表明，当超程为2.5mm时，终压力可达80N。

在低压断路器正常使用过程时，遇到过载或者短路电流时，仅靠机构的自由脱扣是来不及的，此时，需要靠电磁产生的电动斥力快速地将动导电桥斥开，电动斥力主要有霍姆力F_H(Holm force)和洛伦兹力F_L(Lorentz force)这两个部分组成，霍姆力是由动、静触头接触点引起的电流线收缩造成的，而洛伦兹力则由于动导电桥和静导电桥通过过载(或者短路)电流后相互作用产生的。其中，霍姆力F_H的计算公式为：

$F_H=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}{I}^{2}ln\frac{B}{b}=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}{I}^{2}ln\sqrt{\frac{{\mathrm{\ξH\πB}}^2}{F_k}}---\left(1\right)$

式中：

μ₀——真空磁导率；

I——流经收缩区导体的电流(A)；

ξ——跟触头表面接触状况有关的系数，其范围在0.3-0.6之间；

H——材料的布氏硬度(N/mm²)；

F_k——接触力(N)；

B——接触导体的截面半径。

如果对于银钨材料AgW(50)，式中H可取900N/mm²，ξ取0.45。这样，当有20000A到来时，产生的霍姆力约为150N。

设导体中传导电流密度为J，磁感应强度矢量为B，载流导体的体积为V，则作用在导体上的总的洛伦兹力F_L为：

F_L＝∫_VJ×BdV (2)

经过ANSYS和ADAMS联合仿真计算，结果表明在满足超程2.5mm和终压力80N的前提下，电动斥力能够把触头在0.0015s时间内斥开，并且不会再次跌落，行程为23.68mm，保证了设备的安全。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。