劉國榮    (新會電氣控制設備廠有限公司 )

1    引言

在中壓開關領域中,用于真空斷路器的彈簧 儲能操作機構,由于有多年的設計,、制造,、運行和 維護經(jīng)驗,技術成熟,功能齊全,性能可靠,價格 低廉,已經(jīng)得到廣泛的應用。

儲能操動機構的彈簧是機構中進行能量轉 換功能的重要零件。   目前儲能操動機構的彈簧 均是螺旋彈簧,且絕大多數(shù)合閘彈簧,、分閘彈簧 是分開的,。該結構存在以下弊病:彈簧尺寸大, 造成機構體積龐大;在合閘過程中合閘彈簧不但 要完成合閘動作,還要對分閘彈簧進行儲能,機 構操作功大,沖擊大;合閘彈簧剛度大,合閘結束 時剩余的能量會對儲能裝置造成傷害;合閘彈簧 釋能時轉角小于 180o,變直裝置復雜等,。

新研制的采用平面渦卷彈簧作為儲能元件 的儲能操動機構基本上克服了螺旋彈簧儲能操 動機構的上述缺陷,。  該機構的基本原理是,利用 渦卷彈簧剛度小,  釋能轉角大,儲能、釋能同向 旋轉的特點,實現(xiàn)儲能操動機構的基本功能。  一 只渦卷彈簧儲能后按程序分段釋放,既是分閘彈 簧又是合閘彈簧,結構簡單,體積小,性能可靠,。

與其它類型的斷路器的操動機構相比,真空 斷路器的操動機構的特點是:

小,則操動機構行程和輸出拐臂的轉角也小,。

滅弧室的自 閉力,操動機構的輸出力矩特性具 有很大的瞬間突變性。  突變性的受力會給傳動 件和支持件造成彈性變形和塑性變形,而變形給 斷路器在力,、速度和行程等方面造成的損失量是

無法用簡單的數(shù)學模型來表征的,。

由于上述特點,良好的特性配合必須通過優(yōu) 化的手段對傳動系統(tǒng)進行設計,并通過反復的試 制驗證。

圖 1    渦簧結構

卷彈簧) ,其內,、外端有鉤環(huán),分別與主軸和彈簧 盒連接,。 彈簧盒的外圓有齒輪。儲能時,主軸不 動,  電機帶動彈簧盒旋轉,渦簧儲能,。  儲夠能 后,由儲能閉鎖裝置將電機停下來,。

分合閘拐彎和平面槽凸輪貫穿在上述同一 個主軸上。  分,、合閘拐臂分別裝于機構箱的兩 側, 拐臂上裝有滾輪,。  脫扣裝置由摯子和半軸 以及脫扣器組成。 結束時,拐臂上的滾輪與摯子 的尾端相碰,將分,、合閘狀態(tài)保持并使摯子產(chǎn)生 對半軸一定的搭鉤力。  當脫扣器驅動半軸旋轉 時,摯子由半軸釋放,摯子旋轉,其尾端釋放拐 臂,。 在渦簧的驅動下,帶動主軸和平面槽凸輪旋轉,平面槽凸輪推動輸出拐臂完成分,、合閘操作。 渦簧釋能一圈, 可以完成一個分,、合閘操作,。 渦  簧在儲能和釋能動作時,其旋轉方向是同向的。

圖 2    操動機構

渦卷彈簧是渦簧儲能機構的關鍵零部件,其 設計和制造水平會影響斷路器的機械性能和電 氣性能,還影響機構的機械利益,。  用于渦簧儲能 機構的渦卷彈簧,必須滿足下列要求:

GB 1984    2003《高壓交流斷路器》國家標準, 在

命試驗考核,以 1-n個 10 000 萬次為一個操作循 環(huán)組成,試驗中不得進行檢修和更換,。

0.  3   s 

斷路器能在進行重合閘操作前后兩個分閘動作

內保持一致,這就要求渦卷彈簧的剛度要低。 根

據(jù)渦卷彈簧塑性斷面系數(shù)的計算公式sp=bh2/

彈簧的出力特征必須加以控制,盡可能降低其剛

的寬度要盡可能寬,厚度盡可能減小,。

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和制造對機構的可靠性也有極大的影響,。脫鉤 就意味著機構的失效。

直處于儲能狀態(tài),。  長時間的儲能狀態(tài),其輸出力 矩不應降低,。

渦簧儲能機構的設計重點是:依據(jù)滅弧室的 合閘負載特性確定機構的出力特性,從而確定凸 輪的輪廓曲線。

由于渦簧操動機構的凸輪尺寸較大,凸輪曲 線能根據(jù)需要多段分段設計,給出力特性的配合 設計提供了充分的條件,。

5.1    合閘出力特性設計

①

盡可能減少預擊穿時間,。

②

克服短路電流產(chǎn)生的反力 ,避免合閘時的彈跳產(chǎn) 生動態(tài)燒溶。

由于

①與②

考慮,。 過高的剛合速度和合閘能量,會使觸頭彈 跳的幅值和時間增加,對電網(wǎng)和斷路器產(chǎn)生傷

害,。

③

止短路電流通過時產(chǎn)生靜態(tài)燒接。  因為觸頭彈 簧的壓縮行程較小,為保證在經(jīng)歷過允許的累計 開斷關合試驗后觸頭彈簧的壓力仍基本保持不 變,其剛度應設計得盡可能大。

④

相交兩種配合方式,。相交配合的相交點選擇得 好,機構的機械利益要比包容配合的高,  沖擊震 動小,產(chǎn)品可靠性高,機械壽命長,。  相交點通常 選在動、靜觸頭剛接觸位置之后,。  但優(yōu)化的設 計,則能選在剛接觸位置之前, 機械利益更高,。

根據(jù)上述要求,渦簧儲能機構的合閘出力特 性設計的基本思想是:

①