毛海鋒 徐惠興 樓銘達(dá)

（蘇州未來電器有限公司，江蘇 蘇州 215144）

儲能式電動操作機(jī)構(gòu)是目前國際上普遍使用、技術(shù)上較為先進(jìn)的電動操作機(jī)構(gòu)，相對于電機(jī)驅(qū)動的電動操作機(jī)構(gòu)，其主要優(yōu)點是由儲能機(jī)構(gòu)的預(yù)儲能來推動塑殼斷路器的合閘具有快速合閘的特性，一般合閘時間小于 100ms，普通的電機(jī)驅(qū)動的電動操作機(jī)構(gòu)合閘時間一般大于1000ms。

1 設(shè)計新一代的儲能式電動操作機(jī)構(gòu)要重點解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是

1.1 儲能電動操作裝置的儲能系統(tǒng)

傳統(tǒng)的儲能電動操作裝置中的儲能系統(tǒng)一般采用兩種方式。

第一種，采用拉簧直接作用在與塑殼斷路器手柄相抵接的滑塊上，通過鎖扣來儲能和釋放操作，目前西門子的儲能電動操作裝置采用該結(jié)構(gòu)。這種儲能系統(tǒng)要求彈簧壓縮行程比較大，影響拉簧的壽命；由于拉簧拉住儲能電動操作裝置的滑塊，滑塊就無法隨手柄移動，影響對儲能電動操作裝置的狀態(tài)指示機(jī)構(gòu)的設(shè)計。

第二種，用直列式壓簧壓縮儲能往復(fù)運(yùn)動的儲能電動操作機(jī)構(gòu)，目前施耐德、三菱的儲能電動操作裝置采用該結(jié)構(gòu)。這種儲能系統(tǒng)的壓簧大致垂直地設(shè)置在儲能電動操作裝置中，使整個儲能電動操作裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也相對較貴。

我們現(xiàn)在設(shè)計了一種儲能電動操作裝置的儲能系統(tǒng)（圖1），包括：支撐座及其上的操作機(jī)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)，儲能機(jī)構(gòu)和釋能機(jī)構(gòu)。儲能機(jī)構(gòu)和釋能機(jī)構(gòu)使儲能電動操作裝置在儲能和釋能兩種狀態(tài)之間切換。儲能機(jī)構(gòu)包括凸輪和彈簧，凸輪設(shè)置在支撐座上并可以轉(zhuǎn)動，凸輪上偏心設(shè)有軸，軸與設(shè)置在支撐座上的軸之間連接有彈簧，當(dāng)儲能電動操作裝置處于儲能狀態(tài)時，兩個軸處于近距離位置，彈簧呈壓縮狀態(tài)，當(dāng)儲能電動操作裝置處于釋能狀態(tài)時，兩個軸處于遠(yuǎn)距離位置，彈簧呈釋放狀態(tài)。

圖1

1.2 帶動手柄的滑塊與儲能機(jī)構(gòu)的脫離結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的儲能電動操作機(jī)構(gòu)的滑塊通常與儲能機(jī)構(gòu)連在一起，滑塊不能隨塑殼斷路器手柄自由滑動，導(dǎo)致無法實現(xiàn)通過由塑殼斷路器的手柄來標(biāo)識塑殼斷路器三個不同的工作狀態(tài)。尤其是當(dāng)塑殼斷路器從合閘狀態(tài)切換到脫扣狀態(tài)時，滑塊必須隨塑殼斷路器手柄自由滑動，即滑塊與儲能機(jī)構(gòu)之間應(yīng)有一定的位移，目前現(xiàn)有的滑塊傳動機(jī)構(gòu)都存在這樣的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，我們設(shè)計了一種簡單可靠的用于操作塑殼斷路器手柄的滑塊傳動裝置。包括：導(dǎo)柱和滑塊，滑塊沿導(dǎo)柱往復(fù)移動，滑塊驅(qū)動塑殼斷路器的手柄用以使塑殼斷路器在合閘、分閘、脫扣3個狀態(tài)之間切換。儲能電動操作機(jī)構(gòu)的主軸固定連接有一凸輪并帶動凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪上偏心設(shè)置有一個滾輪，滾輪驅(qū)動滑塊往復(fù)移動，且當(dāng)塑殼斷路器從合閘狀態(tài)切換到脫扣狀態(tài)時，滾輪與滑塊之間有相對位移（圖2）。

圖2

該設(shè)計的有益效果主要體現(xiàn)在：通過由塑殼斷路器的手柄狀態(tài)實現(xiàn)了塑殼斷路器3個不同的工作狀態(tài)的表示，結(jié)構(gòu)簡單可靠。

1.3 解決電機(jī)沖擊問題的離合器結(jié)構(gòu)

當(dāng)儲能操作完成、機(jī)構(gòu)需停止動作時，電機(jī)很難立即停下，其殘余的動能會通過減速機(jī)構(gòu)傳遞到與鎖扣連接的凸輪機(jī)構(gòu),導(dǎo)致鎖扣與凸輪摒死。要解決該問題，就要在電機(jī)和鎖扣機(jī)構(gòu)之間加一個離合裝置，當(dāng)儲能完成、分閘到位時，電機(jī)和鎖扣機(jī)構(gòu)脫離。

目前，國內(nèi)外同類儲能式的電動操作裝置的離合系統(tǒng)大多采用利用行星輪和棘輪組合系統(tǒng)來實現(xiàn)離合功能。采用利用行星輪系統(tǒng)來實現(xiàn)離合功能，通過主軸轉(zhuǎn)動帶動凸輪打擊棘齒使母輪可以轉(zhuǎn)動或鎖定，從而使主動輪帶動行星輪時使母輪空轉(zhuǎn)或帶動母盤一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)離合的功能。該結(jié)構(gòu)制造復(fù)雜，成本高，所需占用空間大等缺點。

要解決上述技術(shù)問題，我們設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本較低的操作塑殼斷路器的儲能電動操作裝置中的離合系統(tǒng)（圖3、圖4）。包括：支撐座1及設(shè)置在支撐座上的帶引導(dǎo)作用的凸臺的齒輪2，和異形齒輪配合的齒輪3固定在回轉(zhuǎn)板4，以及使回轉(zhuǎn)板4和固定在回轉(zhuǎn)板4上的齒輪3回復(fù)到和齒輪2嚙合作用的彈簧5。實現(xiàn)了齒輪2和3的自動離合。

圖3

圖4

1.4 儲能電動操作機(jī)構(gòu)的互鎖裝置

現(xiàn)有的儲能電動操作機(jī)構(gòu)的互鎖裝置中只有“手動”和“電動”兩個控制狀態(tài)，整個互鎖裝置結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。例如中國專利 ZL99106331揭示了一種儲能閉合式開關(guān)設(shè)備的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，包括螺旋壓縮閉合彈簧，它通過搖臂連接于凸輪構(gòu)件以保持彈簧縱向力，凸輪構(gòu)件有加載凸輪，帶有壓縮閉合彈簧的加載輪廓，以及驅(qū)動凸輪構(gòu)件以實現(xiàn)儲能的可控釋放，從而閉合設(shè)備觸頭的閉合輪廓，由彈簧偏壓至非鎖閉位置的閉合支座由彈鍵組件鎖閉，將閉合彈簧固定在加載狀態(tài)，彈鍵組件由與閉合支座分開的復(fù)位桿復(fù)位，閉合支座則在加載中由凸輪構(gòu)件的轉(zhuǎn)動復(fù)位。當(dāng)觸頭閉合或起動跳閘松釋時，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)防止閉合彈簧松釋。

為解決上述技術(shù)問題，我們設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單可靠的用于電動操作機(jī)構(gòu)在不同操作狀態(tài)下對操作起相應(yīng)限定作用的互鎖裝置。通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種儲能電動操作機(jī)構(gòu)的互鎖裝置，包括用于手動分合閘的分合閘按鈕，用于手動儲能的手柄，用于聯(lián)通電動分合閘電路的微動開關(guān)，用于起到掛鎖作用的鎖板，還包括一個可往復(fù)運(yùn)動的滑板，滑板分別在手動檔、電動檔、掛鎖檔3個位置間滑動，滑板上設(shè)有一組鎖舌，鎖舌分別與所述分合閘按鈕、手柄、微動開關(guān)和鎖板配接（圖5）。

圖5

2 結(jié)論

儲能電操是一個系統(tǒng)的工程，除上述問題外還涉及其他的一些關(guān)鍵技術(shù)的解決和思考如①如何保證鎖扣儲能的可靠鎖住和可靠釋放；②驅(qū)動儲能電操的電機(jī)力是普通電操的2～2.5倍，這樣就涉及在規(guī)定空間中電機(jī)的選擇和開關(guān)電源的設(shè)計；③由于每個操作循環(huán)的合閘操作都會由一定的沖擊振動，如何來提高電操的機(jī)械壽命；④使儲能電操更好的滿足智能電網(wǎng)的配套需求。