（浙江明暉智能電氣有限公司，浙江 嘉興 314019）

0 引言

美國(guó)是世界上最早開(kāi)始生產(chǎn)和使用真空開(kāi)關(guān)的國(guó)家，目前，生產(chǎn)真空滅弧室的廠家主要有通用電氣（GE）、西屋（WH）、庫(kù)柏（Cooper）和杰寧（Jenning）公司，其中，GE 是全球最早開(kāi)始系統(tǒng)研究真空開(kāi)關(guān)和真空電弧理論的公司。40 余年來(lái)，我國(guó)真空滅弧室的設(shè)計(jì)理論、制造工藝、質(zhì)量水平都有了質(zhì)的飛躍。各種成熟技術(shù)的綜合應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出大量的12 kV、 24 kV、40.5 kV、低壓0.38 kV～1.14 kV各種參數(shù)的真空滅弧室，產(chǎn)品涉及高、中壓領(lǐng)域。小型化、固封極柱真空滅弧室可稱為第五代產(chǎn)品，目前已開(kāi)始大批量供應(yīng)。

真空滅弧室電器產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)和國(guó)外主要包括兩大類(lèi)：真空接觸器和高壓真空斷路器。上述兩類(lèi)產(chǎn)品具備良好的開(kāi)斷性能和穩(wěn)定可靠的電壽命，廣泛應(yīng)用在工作條件比較苛刻的重要場(chǎng)所。真空滅弧室受波紋管和大氣壓力產(chǎn)生的合力是常閉狀態(tài)，應(yīng)用真空滅弧室的電器產(chǎn)品必須有配合克服其自閉力的設(shè)置，使觸頭保持常開(kāi)狀態(tài)。如果，在利用真空滅弧室的電器產(chǎn)品中不必另設(shè)置克服自閉力的機(jī)構(gòu)，有望實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展真空滅弧室的應(yīng)用范圍、縮小產(chǎn)品體積、減小動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、提高產(chǎn)品的可靠性、降低產(chǎn)品成本的目的。

1 真空滅弧室擴(kuò)展應(yīng)用原理

1.1 單相切換原理

說(shuō)明：?jiǎn)蜗嗲袚Q原理[4]如圖1 所示，2 個(gè)同型號(hào)的真空管以及2 個(gè)真空管之間的雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4，其中沿雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4 的鐵芯41 軸心貫穿有絲桿1，所述絲桿與鐵芯間隙配合，所述絲桿1 的兩端部均套設(shè)有壓力彈簧2，并且與真空管的動(dòng)觸頭3 相抵觸，其中所述絲桿的一端部設(shè)有與真空管的動(dòng)觸頭螺紋連接的第一螺紋，另一端部設(shè)置了與另一個(gè)真空管的動(dòng)觸頭螺紋連接的第二螺紋，所述第一螺紋與第二螺紋方向相反，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿上的調(diào)節(jié)螺母時(shí)，可以帶動(dòng)2 個(gè)真空管的動(dòng)觸頭相對(duì)移動(dòng)，用于調(diào)節(jié)絲桿1 兩側(cè)的真空管動(dòng)觸頭的距離H，使得滿足H ＝L-K，其中L 為兩側(cè)的真空管靜觸頭的距離，K 為真空管的觸頭開(kāi)距。其中所述鐵芯移動(dòng)的距離X=K+C，其中K 為真空管的觸頭開(kāi)距，C 為觸頭壓力超程，所述壓力超程為壓力彈簧對(duì)動(dòng)觸頭與靜觸頭緊密接觸施加一定壓力所需行程，調(diào)節(jié)彈簧壓力螺母44，可改變彈簧的初壓力，使得真空管的動(dòng)觸頭3 和靜觸頭閉合時(shí)，符合觸頭終壓力要求。當(dāng)改變線圈43 的電流方向后，所述鐵芯41 會(huì)朝另一側(cè)移動(dòng)，使得該側(cè)的真空管閉合，兩側(cè)的真空管受永磁 電磁鐵組件4 驅(qū)動(dòng)，始終處在一合一閉狀態(tài)并互鎖而使產(chǎn)品性能可靠。只要改變線圈43 所用直流電的電流方向即可簡(jiǎn)單控制雙相之間切換，轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷不間斷。

圖1 單向切換原理

1.2 雙相切換原理

圖2 雙向切換原理

說(shuō)明：雙相切換原理[5]，如圖2 所示，上述工作原理圖內(nèi)有雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4 以及2 組或4 組同型號(hào)的真空管，還包括同步驅(qū)動(dòng)框45 以及貫穿在同步驅(qū)動(dòng)框上若干個(gè)絲桿1，所述絲桿與同步驅(qū)動(dòng)框間隙配合；所述雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4 的鐵芯41 的兩端部分別穿出同步驅(qū)動(dòng)框且通過(guò)螺母44 緊固。每個(gè)絲桿的兩端部分別與相對(duì)應(yīng)的真空管的動(dòng)觸頭螺紋連接，所述絲桿的中端設(shè)有長(zhǎng)度調(diào)節(jié)螺母1，并使調(diào)節(jié)后的絲桿和相對(duì)應(yīng)2 個(gè)動(dòng)觸頭的總長(zhǎng)度H=L-K.其中L為2 只真空管靜觸頭的間距，K 是一個(gè)真空管的開(kāi)距；每個(gè)絲桿的兩端部均套設(shè)有壓力彈簧2，所述壓力彈簧的一端部抵觸在同步驅(qū)動(dòng)框上，另一端部抵觸在真空管的動(dòng)觸頭引線夾6 上，當(dāng)線圈通電后，會(huì)驅(qū)使鐵芯41 帶動(dòng)同步驅(qū)動(dòng)框朝一側(cè)移動(dòng)，壓縮該側(cè)的壓力彈簧，使得壓力彈簧帶動(dòng)該側(cè)的真空管的動(dòng)觸頭與靜觸頭閉合，同時(shí)絲桿會(huì)帶動(dòng)另一側(cè)相對(duì)應(yīng)的真空管的動(dòng)觸頭與靜觸頭斷開(kāi)。所述鐵芯移動(dòng)的距離（行程）X=K+C，其中K 為真空管的觸頭開(kāi)距，C 為觸頭壓力超程?；瑒?dòng)調(diào)節(jié)引線夾6，可改變壓力彈簧2的初壓力，使觸頭閉合時(shí)符合其終壓力要求。另有手動(dòng)設(shè)置部位5 ，通過(guò)撥動(dòng)杠桿拉動(dòng) 雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵的鐵芯實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換目的。

2 擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)施例

2.1 真空管式雙電源 （ATSE ） PC級(jí)產(chǎn)品

該產(chǎn)品技術(shù)特征如圖3 所示。1）該產(chǎn)品的真空管不受自閉力影響，而使產(chǎn)品整體驅(qū)動(dòng)力減小，整體積減小。2）真空管有穩(wěn)定可靠的電壽命性能，每組2 只真空管始終一開(kāi)一閉且互鎖。3）真空管的觸頭終壓力由永磁操作機(jī)構(gòu)和觸頭壓力彈簧提供，不受大氣壓力影響，因此該產(chǎn)品使用環(huán)境的海拔高度不限。4）產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保，可用于防爆、粉塵等多種惡劣環(huán)境。5）驅(qū)動(dòng)力的方向與真空管的軸向始終一致，無(wú)損真空管的導(dǎo)向套，延長(zhǎng)真空管的使用壽命。6）動(dòng)力操作機(jī)構(gòu)采用雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵，可加大真空管的剛分速度，提高分?jǐn)嗄芰Α?）開(kāi)關(guān)切換時(shí)間極小，可實(shí)現(xiàn)負(fù)載不停。8）有非自動(dòng)狀態(tài)手動(dòng)切換設(shè)置。9）電路控制簡(jiǎn)單，抗干擾強(qiáng)，有通信接口，可遠(yuǎn)程控制。10）該產(chǎn)品所用的真空管和雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵均為通用元件，有利于自動(dòng)化規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制。

2.2 真空管式三相不平衡調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)

圖3 真空管式雙電源（ATSE）

圖4 真空管式三相不平衡調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)（初始位）

該產(chǎn)品技術(shù)特征如圖4 所示。1）該三相換相開(kāi)關(guān)裝置（虛線框）集三相負(fù)載切換于一個(gè)開(kāi)關(guān)體內(nèi)，每相負(fù)載可以在三相中任意轉(zhuǎn)換。2）產(chǎn)品使用環(huán)境的海拔高度不限，因?yàn)橛|頭的終壓力可通過(guò)調(diào)節(jié)觸頭壓力彈簧預(yù)設(shè)置。3）該產(chǎn)品的一組真空管始終一開(kāi)一閉且互鎖，因此，電氣性能穩(wěn)定可靠。4）真空滅弧室是系列產(chǎn)品，因此，該開(kāi)關(guān)可用于多種電流規(guī)格。5）動(dòng)力操作機(jī)構(gòu)采用雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵，開(kāi)關(guān)切換時(shí)間極小，可實(shí)現(xiàn)三相之間切換負(fù)載不停。6）主機(jī)智能控制器集采樣、運(yùn)算、通信、相序切換等功能于一體，并可通過(guò)單片機(jī)程序設(shè)置實(shí)現(xiàn)智能控制。

2.3 高壓真空管式雙電源互投裝置

產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和切換程序如圖5 所示。

該產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合高壓雙電源互投裝置的隔離和切換的技術(shù)要求并具有以下技術(shù)特征，如圖5 所示。1）該產(chǎn)品的真空管不受自閉力影響，而使產(chǎn)品整體驅(qū)動(dòng)力減小，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化[1]。2）真空管的觸頭終壓力由永磁操作機(jī)構(gòu)和觸頭壓力彈簧提供，不受自閉力影響，因此產(chǎn)品使用環(huán)境的海拔高度不限。 3）該產(chǎn)品的每組真空管始終一開(kāi)一閉且互鎖，因此，電氣性能穩(wěn)定可靠。4）節(jié)能環(huán)保，可用于各種惡劣環(huán)境。5）開(kāi)關(guān)切換時(shí)間極小，可實(shí)現(xiàn)相間切換，負(fù)載不停[2]。

2.4 具有保護(hù)功能的高壓真空管式雙電源互投裝置

圖5 高壓真空管式雙電源互投裝置

圖6 具有保護(hù)功能的高壓真空管式雙電源互投裝置

產(chǎn)品機(jī)構(gòu)和切換程序如下：該產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合高壓雙電源互投裝置的隔離和切換的技術(shù)要求并具有以下技術(shù)特征，如圖6 所示。1）該產(chǎn)品的真空管不受自閉力影響，而使產(chǎn)品整體驅(qū)動(dòng)力減小，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。2）該產(chǎn)品不受使用環(huán)境的海拔高度限制。3）該產(chǎn)品的一組真空管始終一開(kāi)一閉且互鎖，因此，電氣性能穩(wěn)定可靠。4）開(kāi)關(guān)切換時(shí)間極小，可實(shí)現(xiàn)相間切換，負(fù)載不停。 5）通過(guò)改變控制器內(nèi)單片機(jī)的程序，可增加各種智能保護(hù)功能[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

該文闡述了一種真空滅弧室的新用法，并說(shuō)明了新用法的依據(jù)及其工作原理。真空滅弧室具有良好的開(kāi)斷性能和穩(wěn)定可靠的電壽命，廣泛應(yīng)用在工作條件比較苛刻的重要場(chǎng)所。真空滅弧室的觸頭是常閉狀態(tài)，其用于電器產(chǎn)品，必須先拉開(kāi)動(dòng)觸頭使其處于常開(kāi)狀態(tài)，為此需要設(shè)置一套拉力機(jī)構(gòu)。新的用法：不必專設(shè)拉力機(jī)構(gòu)，而使產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制簡(jiǎn)單，整體積減小，性能提高。只要改變控制程序，即可實(shí)現(xiàn)智能控制。從上述列舉的幾項(xiàng)實(shí)施例看，目前，國(guó)內(nèi)、外尚無(wú)該用法的專項(xiàng)論述及其應(yīng)用產(chǎn)品。真空滅弧室的擴(kuò)展應(yīng)用，有待進(jìn)一步充實(shí)完善。