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        真空滅弧室的擴(kuò)展應(yīng)用

        2020-04-30 15:45:34
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年3期
        關(guān)鍵詞:雙穩(wěn)態(tài)雙電源真空管

        (浙江明暉智能電氣有限公司,浙江 嘉興 314019)

        0 引言

        美國是世界上最早開始生產(chǎn)和使用真空開關(guān)的國家,目前,生產(chǎn)真空滅弧室的廠家主要有通用電氣(GE)、西屋(WH)、庫柏(Cooper)和杰寧(Jenning)公司,其中,GE 是全球最早開始系統(tǒng)研究真空開關(guān)和真空電弧理論的公司。40 余年來,我國真空滅弧室的設(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,目前已開始大批量供應(yīng)。

        真空滅弧室電器產(chǎn)品在國內(nèi)和國外主要包括兩大類:真空接觸器和高壓真空斷路器。上述兩類產(chǎn)品具備良好的開斷性能和穩(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

        說明:單相切換原理[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。所述鐵芯移動(dòng)的距離(行程)X=K+C,其中K 為真空管的觸頭開距,C 為觸頭壓力超程。滑動(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,無損真空管的導(dǎo)向套,延長真空管的使用壽命。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)該三相換相開關(guān)裝置(虛線框)集三相負(fù)載切換于一個(gè)開關(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一閉且互鎖,因此,電氣性能穩(wěn)定可靠。4)開關(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

        該文闡述了一種真空滅弧室的新用法,并說明了新用法的依據(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,必須先拉開動(dòng)觸頭使其處于常開狀態(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)簡化,控制簡單,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,國內(nèi)、外尚無該用法的專項(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。

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