李鵬　齊瑞強(qiáng)　劉振強(qiáng)　孔勝

摘要：針對(duì)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)，主要探討了雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制系統(tǒng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)和其他相關(guān)結(jié)構(gòu)?？偨Y(jié)了CB級(jí)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)過程和電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)控制系統(tǒng)的基本工作原理。結(jié)果表明，CB級(jí)電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)依舊有其獨(dú)特的作用。

關(guān)鍵詞：雙電源;交流;自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān);電力系統(tǒng)分析

引言

自上世紀(jì)初，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)誕生以來，在國外已經(jīng)有了幾十年的歷史。雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)廣泛應(yīng)用在低壓配電的作業(yè)等方面，是保證重要的設(shè)備連續(xù)供電的關(guān)鍵設(shè)備。經(jīng)過進(jìn)幾十年的發(fā)展，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的性能和使用要求都在不斷的提高。但我國是自2002年起，我國才開始了雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的起步工作，并且制定了GB/T14048. 11國家標(biāo)準(zhǔn)，以此來規(guī)范我國的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。正因?yàn)殡p電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)廣泛的應(yīng)用型和使用效果，所以各個(gè)國家對(duì)于雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)都非常重視，不惜投入巨資在雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)開發(fā)上。

1 CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的原理

1.1雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的分類

雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)是可以分為兩大類，一種是CB級(jí)，一種是PC級(jí)的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。PC級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，主要分為兩種不同的結(jié)構(gòu)，一種是帶有隔離開關(guān)的雙電源自主功能轉(zhuǎn)換;一種是一體化的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。不同于CB級(jí)的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，這種設(shè)計(jì)不能承受短路電流，所以其功能不如CB級(jí)的應(yīng)用范圍廣，但是其自動(dòng)化程度非常高，所以目前研究的主要方向還是PC級(jí)的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。CB級(jí)的雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，隨著幾十年技術(shù)的發(fā)展也演變出很多種形式。其中，聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的方式也是五花八門，CB級(jí)采用的仍然是傳統(tǒng)的塑殼式斷路器控制常用和備用的電源電路。

1.2 CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制結(jié)構(gòu)

CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的特點(diǎn)是用于切換三相的交流電源，使得供電的電源做到一備一用。同時(shí)，CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)還可以用于單相交流電機(jī)，所以控制系統(tǒng)還包括對(duì)于電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的控制模塊設(shè)計(jì)。

1.3 CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)械連鎖與操作機(jī)構(gòu)

CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的機(jī)械聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)分類很多主要分為，齒輪齒條型機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)和凸輪式機(jī)械聯(lián)鎖操作機(jī)構(gòu)。如圖1.1就是齒輪與齒條組合的機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。齒輪齒條型的機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)主要包括四個(gè)主要的零件，分別是單相交流電機(jī)，齒輪，齒條和操作機(jī)構(gòu)。其工作原理是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)的齒輪帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)，從而撥動(dòng)手柄進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其原理和開合普通的斷路器一樣，只不過其運(yùn)動(dòng)部件改成手動(dòng)旋轉(zhuǎn)或者由電機(jī)旋轉(zhuǎn)操作兩臺(tái)斷路器。配置的兩臺(tái)斷路器與普通的斷路器的結(jié)構(gòu)也是一樣的，所以其開合原理并沒有本質(zhì)的區(qū)別。

凸輪式機(jī)械聯(lián)鎖操作機(jī)構(gòu)，其主要的零件是電機(jī)，電機(jī)的大齒輪，盤形齒輪，電機(jī)的小齒輪，左側(cè)操作機(jī)構(gòu)，右側(cè)操作機(jī)構(gòu)和手柄。從本質(zhì)上講，齒輪齒條型機(jī)械聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)和凸輪式機(jī)械聯(lián)鎖操作機(jī)構(gòu)改變的只是開關(guān)閉合手柄的方式的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其工作原理是由電機(jī)帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，有大齒輪帶動(dòng)盤形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)Ⅲ，而盤形齒輪與左右操作杠桿相連，由左右杠桿帶動(dòng)操作手柄運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電路的轉(zhuǎn)換。

2 CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的脫扣設(shè)計(jì)和再扣設(shè)計(jì)

2.1

CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的脫扣設(shè)計(jì)

雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的開關(guān)主要是依靠主觸頭的開合完成的，一般情況下是機(jī)械聯(lián)鎖裝置開合，在短路等特殊情況下也有可能自動(dòng)閉合。低壓斷路器的自動(dòng)脫鉤機(jī)構(gòu)是連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)主觸頭閉合時(shí)，自動(dòng)脫鉤機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將主觸頭固定在此位置。當(dāng)整個(gè)電路發(fā)生發(fā)故障時(shí)，脫扣器會(huì)帶動(dòng)自由脫扣結(jié)構(gòu)發(fā)生脫扣的動(dòng)作，從而時(shí)整個(gè)電路發(fā)生短路，進(jìn)而保護(hù)整個(gè)電路的安全，如圖所示為CB級(jí)低壓斷路器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖[2]。

2.2

CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的的再扣設(shè)計(jì)

有自由脫扣機(jī)構(gòu)的再扣是通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和觸頭一起運(yùn)動(dòng)，由手柄的操作完成整個(gè)開啟與閉合操作，但是脫扣后，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就與觸頭就沒有關(guān)聯(lián)了。斷路器的再扣形式主要分為兩種，一種是自動(dòng)再扣的情況，一種是非自動(dòng)再扣脫口。自動(dòng)再扣是由彈簧的作用和手柄自身的重量，共同作用下完成再扣，不需要人的參與。這種方式多用于萬能式斷路器，通關(guān)手柄的儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)合閘之前，這種結(jié)構(gòu)的口片和連桿緊密相貼，當(dāng)合閘后，連個(gè)零件分開，蓄能后實(shí)現(xiàn)死二次的再扣合閘。CB級(jí)低壓斷路器采用的是塑殼式斷路器，并不適合采用自動(dòng)再扣的形式，所以采用的是非自動(dòng)再扣的形式。非自動(dòng)再扣的原理是在再扣的時(shí)候，五桿的機(jī)構(gòu)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗臈U機(jī)構(gòu)。此時(shí)在閉合彈簧過死點(diǎn)后，有一對(duì)可折的連桿會(huì)挺直從而會(huì)讓觸頭快速的閉合。但是這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是再扣的時(shí)候的力度比較大，所以這也就限制了電磁設(shè)備的應(yīng)用。

3斷路器觸頭氧化對(duì)斷路器的影響

在CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計(jì)中，斷路器觸頭常用的材料有銀化鎢和銀鎢鎳的化合物，每次分?jǐn)嚅_關(guān)后都會(huì)產(chǎn)生Ag203的氧化物，而由于這種氧化膜的存在導(dǎo)致每次關(guān)斷斷路器，出頭得電阻都會(huì)增大10左右。所以在設(shè)計(jì)觸頭的設(shè)計(jì)和計(jì)算的過程中，我們是需要考慮觸頭的電阻大小的。在設(shè)計(jì)斷路器的觸頭時(shí)，我們通常引入界面電阻這個(gè)量來衡量其電阻的大小。斷路器的觸頭在接觸的時(shí)候會(huì)發(fā)生，電流集中的問題，此時(shí)產(chǎn)生的電阻值為束流電阻。束流電阻與界面電阻之和，稱之為觸頭的接觸電阻，其大小為：

式中，Rj為接觸電阻;Kf為接觸材料表面情況的影響因素;m為接觸形式有關(guān)的系數(shù);P為接觸的壓力。觸頭的壓力越大，其Rj的值越小。

4結(jié)論

1）對(duì)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)計(jì)的脫扣裝置和相關(guān)的機(jī)械聯(lián)鎖的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的分類。

2）深入探討了CB級(jí)雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的發(fā)展過程與其在使用中觸頭氧化的問題，為以后的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

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作者簡介：

李鵬，男，1991-，碩士，工程師，主要研究方向機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)