一种短路电流分级控制脱扣的参量断路器的制造方法_2

文档序号:9377662阅读:来源:国知局
,另一端与电流输入端7相连,所述螺线圈4的另一个端口与电流输出端相连,所述磁阻体3优选为长条状的合金磁阻体,当所述磁阻组件I通过励磁电流时,所述磁阻组件I产生磁阻进而限流,并且电磁铁的动铁芯8动作撞击脱扣机构10,所述脱扣机构10完成脱扣的同时,使动触头11与静触头12由接触状态变为分离状态。
[0031]本实施例中,所述磁阻体3和螺线圈4之间设置有隔热材料,所述隔热材料为陶瓷、玻璃、云母、聚苯硫醚塑料或聚四氟乙烯。
[0032]本实施例中,利用控制器和电流传感器来控制电磁铁的动作,所述电流传感器检测通过磁阻组件I的电流,当检测到的电流信号为预设的励磁电流值时,所述控制器控制电磁铁的动铁芯8动作撞击脱扣机构10。
[0033]优选地,所述单相或三相参量断路器的主分支电路中均串联设置有磁阻组件1,断路器的分类有很多,有空气断路器或真空断路器,或者有微型断路器、塑壳断路器或框架断路器。
[0034]将本发明的磁阻组件I应用于交流电压为220V、额定电流为32A的微型断路器开关中,所述微型断路器开关包括电流传感器、具有电磁铁线圈9和动铁芯8的电磁铁、灭弧装置、静触头12和设置有动触头11的脱扣机构10,所述电流传感器具有上述磁阻组件,并用于限制流入断路器中的电流,电流由磁阻体3 —端流入,由螺线圈4的第二端口 6流出,所述第二端口 6与电磁铁线圈9相连,所述磁阻组件限制电源电流时,所述动铁芯8撞击脱扣机构10完成脱扣,同时动触头11与静触头12由接触变为分离状态,所述灭弧装置用于在磁阻组件限制电源电流时弹跳灭弧。其中,所述灭弧装置包括用于熄灭静触头12和动触头11之间产生的电弧的灭弧栅13。
[0035]为了在短路电流达到1200A时阻止短路电流增大(选择1200A的原因是在用户终端,短路电流小于1200A,电网电压不出现闪变),选择磁场强度448000A/m阻值变化的铁磁阻体3,电阻率P =0.32 Ω ?mmVm,Δ P =70.65 Ω ^mm2Zm,磁阻体电阻可以根据R= P L/s计算。首先,该实施例中的螺线圈4的长度设计为20mm,最大外直径为10mm,额定电流为32A,按照每平方毫米5A计算,不发热截面为32/5=6.4_2,留出安全系数则选择截面为7_2的尺寸,将其换算成圆,直径为3mm,长度为32mm,符合安全。
[0036]根据公式,可以计算出磁阻体常态电阻为R= P L/s=0.32 X 0.020/ (3/2)2 Ji =0.0064/7.065=0.0009058 Ω ,磁阻体变化电阻为 Λ R= P L/s=70.65 X 0.020/(3/2)2 JT =1.413/7.065=0.2 Ω,具体地,所述励磁电流的大小与所述螺线圈4的匝数成反比,根据磁场强度公式:H = NXI/ Le,其中,H是磁场强度,I是励磁电流,Le是有效磁路长度,可以计算出:448000=NX 1200/0.020,则推出 N=LH/I=0.020X448000/1200 ?7。
[0037]螺线管材料为铜,载流截面每毫米平方截面按照6A计算,32A额定电流截面不小于5.3mm2,换算成原材料直径尺寸为2.6mm,留出安全系数直径选择3_。螺线圈4的规格为内直径不小于3mm,有效长度20mm,螺线管材料每圈宽度尺寸20/7=2.86mm,选择使用2X3扁形铜线材绕制螺线管,外直径尺寸约9mm,符合技术要求。
[0038]螺线管内部磁场强度基本不变,环境磁场、电磁场对磁阻体电阻影响极小可以忽略不计,只有在短路电流通过螺线管产生的高磁场才能引起磁体组发生变化。本发明磁阻电阻值正常下电阻值由0.00090587欧姆,当发生短路故障,短路电流增加到1200A,螺线管磁场磁阻体阻值迅速变化到0.2欧姆,短路电流被限制在1200A值,达到保护线路发生不发生闪变、不越级跳闸断电事故。
[0039]利用断路器分断准电路的通道,实现电流自行限制是本发明的发明点:电流产生磁场、磁场影响合金体磁阻、磁阻限制电路电流形成闭环控制,控制短路电流平稳的性能,具有同步响应速度。
[0040]I)磁阻体阻值的变化依赖于磁场、磁场依赖于电流,短路电流大小依赖于线路阻抗和电压器容量,这种变化响应速度即是电子速度。因此磁阻变化体限流是目前理想的元件。
2)如果电路中电流在间隔很短的时间内发生连续瞬态峰值电流,使用双触头开关或者电弧限流技术都不可能跟随变化,如果一旦发生跟随变化,那将发生电路开断,无法恢复到稳定的工作状态,所以无法发挥限流作用;
某些特殊合金导电材料的电阻值在一定条件下会随外加磁场变化而变化这一原理,可利用该导电材料的特性来限制电流的变化。当特殊合金导电材料处于磁场中时,特殊合金导电材料的载流子将受洛仑兹力的作用发生偏转,在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场,若霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消,那么大于或小于该速度的载流子将发生偏转,因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少,电阻增大。如图1所示,若将图1中A端和B端短路,则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小,由于电阻的相对变化率正比于电阻率的相对改变量,因此也可以用电阻的相对改变量来表示磁阻效应的大小。当金属或半导体处于较弱磁场中时,一般电阻相对变化率正比于磁感应强度的平方,而在强磁场中电阻相对变化率与磁感应强度呈线性关系。图1中为处于磁场中的磁阻组件和一个外接电阻2串联,接在恒流源的分压电路中,通过对R’的调节可以调节磁阻组件中电流的大小,电压表联接a或b可以分别监测外接电阻2的电压和磁阻组件的电压。
[0041]实施例二:
本发明提供了一种短路电流分级控制脱扣的参量断路器,包括磁阻体3和环绕在磁阻体3上的螺线圈4,所述螺线圈4具有两个端口,所述两个端口分别为第一端口 5和第二端口 6,所述磁阻体3的一端与螺线圈4的第一端口 5相连,另一端与电流输入端7相连,所述螺线圈4的第二端口 6与电流输出端相连。所述螺线圈4的匝数N由H = N X I / Le确定,其中,H是磁场强度,I是励磁电流,Le是有效磁路长度,所述合金磁阻体为长条状,所述合金磁阻体和螺线圈之间设置有隔热材料,所述隔热材料为聚苯硫醚塑料。
[0042]本实施例中,所述电磁铁的电磁铁线圈9与螺线圈4上连接电流输出端的端口相连,当所述磁阻组件I通过的电流达到预设的励磁电流时,电磁铁的动铁芯8发生动作进而撞击脱扣机构。
[0043]将本发明的磁阻组件应用于交流电压为220V、额定电流为100A的三相断路器开关中,所述二相断路器开关包括电流传感器、具有电磁铁线圈9和动铁芯8的电磁铁、灭弧装置、静触头12和设置有动触头11的脱扣机构10,所述电流传感器具有上述磁阻组件,并用于限制流入断路器中的电流,电流由磁阻体3 —端流入,由螺线圈4的第二端口 6流出,所述第二端口 6与电磁铁线圈9相连,所述磁阻组件限制电源电流时,所述动铁芯8撞击脱扣机构10完成脱扣,同时动触头11与静触头12由接触变为分离状态,所述灭弧装置用于在磁阻组件限制电源电流时弹跳灭弧。其中,所述灭弧装置包括用于熄灭静触头12和动触头11之间产生的电弧的灭弧栅13。
[0044]为了在短路电流达到2.2kA时阻止短路电流增大,选择磁场强度448000A/m阻值变化的铜磁阻体3材料,电阻率P=0.32Ω ?mmVm , Δ P =70.65 Ω.mmVm,磁阻体电阻可以根据R=P L/s计算。首先,该实施例中的螺线圈4的长度设计为30_,最大外直径为15_,额定电流为100A,按照每平方毫米5A计算,不发热截面为100/5=20mm2,将其换算成圆,直径为5mm,长度为30mm,符合安全。
[0045]根据公式,可以计算出磁阻体常态电阻为R= P L/s=0.32 X 0.030/ (5/2)2 Ji =
0.008/19.625=0.00048917 Ω ,磁阻体变化电阻为 Λ R= P L/s=70.65 X 0.030/(5/2)2 =1.76625/19.625=0.108 Ω,根据磁场强度公式 H = NXI/ Le 可以计算出:448000=ΝΧ 2200/0.030,则推出 N=LH/I=0.030X448000/2200 ?6。
[0046]螺线管材料为纯铜,载流截面每毫米平方截面按照6A计算,100A额定电流截面不小于17mm2,换算成原材料直径尺寸为4.6mm,留出安全系数直径选择5_。螺线圈4的规格为内直径不小于5mm,有效长度30mm,螺线管材料每圈宽度尺寸30/6=5mm,选择使用5 X 4扁形铜线
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