真空斷路器機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、工作原理及優(yōu)化

廉潔

摘 要：真空斷路器是指能關(guān)合、承載、開斷運(yùn)行回路正常電流，也能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)關(guān)合、承載及開斷規(guī)定的過載電流（包括短路電流）的開關(guān)設(shè)備。真空斷路器具有小開距，小體積，輕量化，壽命長(zhǎng)，維修少，無火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展很快，特別是在中壓領(lǐng)域內(nèi)使用廣泛。操作機(jī)構(gòu)作為真空斷路器的核心組成部分，具有至關(guān)重要的作用，文章就操作機(jī)構(gòu)的工作原理及部分優(yōu)化進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的闡述。

關(guān)鍵詞：真空斷路器；操作機(jī)構(gòu)；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TM561.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）23-0050-02

Abstract： Vacuum circuit breaker （VCB） is a kind of switchgear which can close， load and break the normal current of the operating circuit， and the overload current （including short-circuit current） in the specified time. Vacuum circuit breaker has the advantages of small opening distance， small volume， light weight， long life， less maintenance， no fire and explosion hazards， so it develops rapidly， especially in the field of medium voltage widely used. As the core part of vacuum circuit breaker， the operating mechanism plays a very important role. This paper briefly expounds the working principle and partial optimization of the operating mechanism.

Keywords： vacuum circuit breaker； operating mechanism； optimization

引言

斷路器根據(jù)滅弧原理可分為多油、少油、真空和六氟化硫等類型，真空斷路器是指觸頭在真空中關(guān)合和開斷的斷路器。操做機(jī)構(gòu)保障斷路器正常地合、分閘，操作機(jī)構(gòu)自身的優(yōu)化是保障真空斷路器整體可靠性的關(guān)鍵所在。

1 操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

操作機(jī)構(gòu)有儲(chǔ)能、合閘、分閘、合閘保持單元，輸出大軸，及控制電器輔助單元。

（1）儲(chǔ)能單元包括儲(chǔ)能電機(jī)，齒輪組，儲(chǔ)能軸及合閘簧。儲(chǔ)能軸一端連接合閘簧，另一端連接凸輪，凸輪與儲(chǔ)能軸存在離合關(guān)系。電機(jī)儲(chǔ)能可以電動(dòng)也可以手動(dòng)。

（2）合閘單元有合閘電磁鐵，合閘板，合閘摯子，連扳。

（3）分閘單元有分閘電磁鐵，分閘板，脫扣摯子，連扳。

（4）機(jī)構(gòu)輸出大軸包括主軸，輸出拐臂，緩沖拐臂，連接分閘簧的拐臂以及固定主軸的軸承，軸承套設(shè)在機(jī)構(gòu)側(cè)板上。

（5）合閘保持單元包括合閘保持摯子及小扣板，小扣板僅能單向旋轉(zhuǎn)并能復(fù)位。合閘保持摯子套設(shè)在儲(chǔ)能軸上可轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)輸出大軸上的拐臂有滾子，大軸旋轉(zhuǎn)到合閘位置軸承會(huì)頂?shù)叫】郯鍌鬟f力到合閘保持摯子使其靠停靠分閘摯子上。并且該機(jī)構(gòu)合閘、分閘彈簧共軸；合閘、分閘驅(qū)動(dòng)板共軸，合閘、分閘摯子共軸，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔。

2 操作機(jī)構(gòu)的工作原理

2.1 儲(chǔ)能

儲(chǔ)能的方式分為電動(dòng)儲(chǔ)能和手動(dòng)儲(chǔ)能兩種，電動(dòng)儲(chǔ)能和手動(dòng)儲(chǔ)能都是通過操作儲(chǔ)能電機(jī)來完成。電動(dòng)儲(chǔ)能是指通過儲(chǔ)能電氣回路使儲(chǔ)能電機(jī)工作完成儲(chǔ)能過程，當(dāng)儲(chǔ)能完成時(shí)通過連鎖切斷儲(chǔ)能電氣回路，電機(jī)停轉(zhuǎn)從而完成儲(chǔ)能結(jié)束。手動(dòng)儲(chǔ)能是通過手動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能電機(jī)，以和電動(dòng)儲(chǔ)能同樣的機(jī)械傳動(dòng)方式完成合閘簧的儲(chǔ)能過程。無論是電動(dòng)儲(chǔ)能或手動(dòng)儲(chǔ)能都需要設(shè)有離合裝置，即當(dāng)完成儲(chǔ)能時(shí)，儲(chǔ)能軸于其上上套設(shè)的凸輪需要離合，從而可以防止儲(chǔ)能到位后儲(chǔ)能電氣回路一旦出現(xiàn)故障未能切斷，或手動(dòng)儲(chǔ)能到位后操作不當(dāng)仍強(qiáng)行操作，電機(jī)持續(xù)工作堵轉(zhuǎn)燒損壞機(jī)構(gòu)。

2.2 合閘

機(jī)構(gòu)的合閘過程如圖1所示，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于已儲(chǔ)能分閘狀態(tài)，凸輪停靠在支點(diǎn)2上，儲(chǔ)能保持摯子套設(shè)在脫扣軸上，另一端通過連板與合閘驅(qū)動(dòng)板相連組成四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)合閘驅(qū)動(dòng)板在外力F1的作用下通過四連桿使儲(chǔ)能保持摯子轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪從支點(diǎn)2脫離，凸輪在合閘簧的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)輸出軸上的一套四連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)滅弧室中的動(dòng)觸頭垂直向上動(dòng)作從而完成斷路器合閘動(dòng)作。

2.3分閘

機(jī)構(gòu)的分閘過程如圖2所示，此時(shí)斷路器處于合閘狀態(tài)，當(dāng)分閘驅(qū)動(dòng)板在圖示外力F1的作用下通過四連桿使合閘保持摯子轉(zhuǎn)動(dòng)，合閘保持摯子從支點(diǎn)1脫離順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，下方合閘保持摯子扣板與滾子軸承脫離，從而合閘保持失效，輸出軸在分閘簧的帶動(dòng)下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過輸出軸上的四連桿機(jī)構(gòu)拉動(dòng)滅弧室動(dòng)觸頭垂直向下動(dòng)作，從而完成斷路器的分閘，固定在輸出軸上的一組拐臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)撞擊在油緩沖上使分閘動(dòng)作停止，該油緩沖同時(shí)起到了限位和吸收多余分閘能量的作用，減小分閘反彈使斷路器分閘更加可靠。

3 操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

為了提高操作機(jī)構(gòu)的可靠性，通過對(duì)機(jī)構(gòu)局部改進(jìn)就可以有效地增加機(jī)構(gòu)的性能，如圖3所示對(duì)合閘保持中的一個(gè)環(huán)節(jié)優(yōu)化不僅能夠保證合閘狀態(tài)的可靠性又能有利于可靠分閘。

該合閘保持環(huán)節(jié)，輸出軸上固定的拐臂停靠在扣板上，在分閘簧力的作用下拐臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)停靠在扣板上并通過扣板將力傳遞給合閘保持摯子使其被合閘脫口板頂住。 此時(shí)圖3中各環(huán)節(jié)處于靜止?fàn)顟B(tài)也就是合閘狀態(tài)，為了保證了合閘可靠并能可靠的分閘，進(jìn)行優(yōu)化。外力作用下能夠使合閘脫扣板輕松順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使合閘保持摯子的頂部脫離，合閘保持摯子在分閘簧力的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成分閘。外力用來克服合閘脫扣板與合閘保持摯子接觸時(shí)的摩擦力，該摩擦力的大小決定了外力的大小。摩擦力過大需要克服它的外力偏大分閘困難，在斷路器的實(shí)際工作中可能導(dǎo)致分閘操作電壓低于額定電壓時(shí)分不了閘，不可靠（當(dāng)分閘操縱電壓大于額定的百分之六十五時(shí)斷路器要能夠可靠分閘）。而該摩擦力過小，則會(huì)在任何偶然的狀態(tài)下比如外界震動(dòng)、百分之三十額定操作電壓以下使斷路器分閘，導(dǎo)致合閘保持不可靠。因此，如圖中示摩擦力的大小在摩擦系數(shù)不變的情況下取決于力F2，而F2的大小有取決于F1的力矩，分閘簧不變的情況下F1不變，力矩=力F1X力臂L，因此改變力臂L可以改變力矩，從而改變F2作用下的摩擦力大小。力臂L的大小可以通過合閘保持摯子扣板下端的圓弧中心的位置、圓弧半徑進(jìn)行調(diào)整。在該操作機(jī)構(gòu)中通過調(diào)整計(jì)算當(dāng)L在5mm左右時(shí)摩擦力大小適中，合閘保持可靠并且分閘時(shí)作用力最優(yōu)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)真空斷路器操作機(jī)構(gòu)基本原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，為保證性能的可靠性對(duì)操作機(jī)構(gòu)其中一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并改進(jìn)，不足之處望指正批評(píng)。

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