CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計研究

李鵬　齊瑞強　劉振強　孔勝

摘要：針對雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計，主要探討了雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制系統(tǒng)，機械結(jié)構(gòu)和其他相關(guān)結(jié)構(gòu)。總結(jié)了CB級電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計過程和電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)控制系統(tǒng)的基本工作原理。結(jié)果表明，CB級電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)依舊有其獨特的作用。

關(guān)鍵詞：雙電源;交流;自動轉(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)過進幾十年的發(fā)展，雙電源自動轉(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轉(zhuǎn)換開關(guān)。正因為雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)廣泛的應(yīng)用型和使用效果，所以各個國家對于雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計都非常重視，不惜投入巨資在雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計開發(fā)上。

1 CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的原理

1.1雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的分類

雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)是可以分為兩大類，一種是CB級，一種是PC級的雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。PC級雙電源自動轉(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轉(zhuǎn)換開關(guān)。不同于CB級的雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，這種設(shè)計不能承受短路電流，所以其功能不如CB級的應(yīng)用范圍廣，但是其自動化程度非常高，所以目前研究的主要方向還是PC級的雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。CB級的雙電源自動轉(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)鎖機構(gòu)的方式也是五花八門，CB級采用的仍然是傳統(tǒng)的塑殼式斷路器控制常用和備用的電源電路。

1.2 CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的控制結(jié)構(gòu)

CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的特點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，CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)還可以用于單相交流電機，所以控制系統(tǒng)還包括對于電機的正反轉(zhuǎn)的控制模塊設(shè)計。

1.3 CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的機械連鎖與操作機構(gòu)

CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的機械聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)分類很多主要分為，齒輪齒條型機械聯(lián)鎖機構(gòu)和凸輪式機械聯(lián)鎖操作機構(gòu)。如圖1.1就是齒輪與齒條組合的機械聯(lián)鎖機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。齒輪齒條型的機械聯(lián)鎖機構(gòu)主要包括四個主要的零件，分別是單相交流電機，齒輪，齒條和操作機構(gòu)。其工作原理是由電動機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，由旋轉(zhuǎn)的齒輪帶動齒條運動，從而撥動手柄進行旋轉(zhuǎn)，其原理和開合普通的斷路器一樣，只不過其運動部件改成手動旋轉(zhuǎn)或者由電機旋轉(zhuǎn)操作兩臺斷路器。配置的兩臺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。

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

2 CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的脫扣設(shè)計和再扣設(shè)計

2.1

CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的脫扣設(shè)計

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

2.2

CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的的再扣設(shè)計

有自由脫扣機構(gòu)的再扣是通過傳動機構(gòu)和觸頭一起運動，由手柄的操作完成整個開啟與閉合操作，但是脫扣后，傳動機構(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，一種是自動再扣的情況，一種是非自動再扣脫口。自動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)手柄的儲能實現(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，連個零件分開，蓄能后實現(xiàn)死二次的再扣合閘。CB級低壓斷路器采用的是塑殼式斷路器，并不適合采用自動再扣的形式，所以采用的是非自動再扣的形式。非自動再扣的原理是在再扣的時候，五桿的機構(gòu)會轉(zhuǎn)變?yōu)樗臈U機構(gòu)。此時在閉合彈簧過死點后，有一對可折的連桿會挺直從而會讓觸頭快速的閉合。但是這種結(jié)構(gòu)的缺點是再扣的時候的力度比較大，所以這也就限制了電磁設(shè)備的應(yīng)用。

3斷路器觸頭氧化對斷路器的影響

在CB級雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的設(shè)計中，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，出頭得電阻都會增大10左右。所以在設(shè)計觸頭的設(shè)計和計算的過程中，我們是需要考慮觸頭的電阻大小的。在設(shè)計斷路器的觸頭時，我們通常引入界面電阻這個量來衡量其電阻的大小。斷路器的觸頭在接觸的時候會發(fā)生，電流集中的問題，此時產(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）對雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)計的脫扣裝置和相關(guān)的機械聯(lián)鎖的傳動機構(gòu)的設(shè)計進行合理的分類。

2）深入探討了CB級雙電源自動轉(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)。

參考文獻

[1]潘益?zhèn)ィ愶@輝，金佳敏等.一起llOkVGIS隔離開關(guān)拒分的原因分析[J].電氣時代，2015，68-72.

[2]李暢.新型塑殼斷路器機構(gòu)綜合與分析[D].上海：上海工程技術(shù)大學(xué)，2016.

作者簡介：

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