CN102592881A - 盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室 - Google Patents

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Abstract

本发明属真空断路器领域，尤其涉及盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，包括导电杆（1）、触头杯底（2）、铁芯（7）及触头杯（3）；所述触头杯底（2）及触头杯（3）与导电杆（1）依次固定配接；在所述触头杯（3）上等份开有环流槽；所述环流槽与导电杆（1）纵轴线的偏角为15～35°；所述铁芯（7）置入触头杯（3）内；在所述铁芯（7）上等份开有绕组槽（6）；所述绕组槽（6）内置入线圈绕组（8）；两组以上同轴线圈绕组（8）叠放置入绕组槽（6）内并依次错开一定角度θ。本发明通过旋转磁场的强力作用，同时在纵向磁场作用下，可以降低电弧电压，驱使电弧弧柱在阳极表面均匀分布，加速电弧能量释放，提高真空断路器的开断能力。

Description

盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室
技术领域
本发明属真空断路器领域，尤其涉及盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室。 
背景技术
真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。 1893年，美国的里顿豪斯提出了结构简单的真空灭弧室，并获得了设计专利。1920年瑞典佛加公司第一次制成了真空开关。1926年美国索伦森等公布的研究成果也显示了在真空中分断电流的可能性，但因分断能力小，又受到真空技术和真空材料发展水平的限制，尚不能投入实际使用。随着真空技术的发展，50年代美国才制成第一批适用于切断电容器组等特殊要求的真空开关,分断电流尚停在4千安的水平。由于真空材料冶炼技术上的进步和真空开关触头结构研究上所取得的突破，1961年，美国通用电气公司开始生产15千伏、分断电流为12.5千安的真空断路器。1966年试制成15千伏、26千安和31.5千安的真空断路器，从而使真空断路器进入了高电压、大容量的电力系统。80年代中期，真空断路器的分断能力已达100千安。 中国从1958年开始研制真空开关，1960年西安交通大学和西安开关整流器厂共同研制成第一批6.7千伏、分断能力为600安的真空开关;随后又制成10千伏、分断能力为 1.5千安的三相真空开关。1969年华光电子管厂和西安高压电器研究所制成了 10千伏、2千安单相快速真空开关。70年代以后，中国已能独立研制和生产各种规格的真空开关。 
真空灭弧室触头结构的改进主要经历了圆盘形平板触头、横向磁场触头及纵向磁场触头三个阶段。 
（1）圆盘形平板触头：圆盘形平板触头结构简单，机械强度高，通常用于真空负荷开关或真空接触器中。对于圆盘形平板触头来说，当开断电流较大时，阳极将会出现斑点，真空电弧将产生强烈的收缩现象，金属蒸气电弧将由扩散型转变为收缩型，进而导致开断失败。 
（2）横向磁场触头：触头片上开有螺旋槽并且当有电流流过触头时将会产生一个与弧柱轴线方向垂直的磁场。横向磁场触头与电弧电流相互作用而产生的洛伦兹力使电弧沿圆周方向运动，横向磁场会将运动时的电弧弯曲拉长，使电弧电压及电弧能量变大，导致开断能力受到限制，并且电弧集聚时对触头的烧蚀程度仍比电弧扩散时强烈，弧隙中剩余等离子体在电流过零时的密度仍较高，恢复电压较高时仍会发生重燃现象。 
（3）纵向磁场触头：纵向磁场触头结构它的磁力线与电弧电流流向一致，可以抵抗电弧的收缩，提高电弧由扩散型转变为收缩型的临界值。当电流过零后，纵向磁场对等离子体及中性粒子的扩散和衰减十分不利。涡流的存在不仅减小触头间纵向磁场强度，且使纵向磁场滞后于电流变化，使电流过零时触头间仍有剩余纵向磁场。 
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其可以在提供横向磁场的同时，又产生纵向磁场的作用，更加有利于电弧能量的逸散，电弧温降块，绝缘性能好，开断能力强，安装维护方便，运行可靠性高。 
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的： 
盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，它包括导电杆、触头杯底、铁芯及触头杯；所述触头杯底及触头杯与导电杆依次固定配接；在所述触头杯上等份开有环流槽；所述环流槽与导电杆纵轴线的偏角为15～35°；所述铁芯置入触头杯内；在所述铁芯上等份开有绕组槽；所述绕组槽内置入线圈绕组；两组以上同轴线圈绕组叠放置入绕组槽内并依次错开一定角度θ。
作为一种优选方案，本发明所述绕组槽的个数为12～30个。 
作为另一种优选方案，本发明所述绕组槽的槽宽为2.5～3mm。 
进一步地，本发明所述线圈绕组沿径向呈辐射状分布成盘式结构。 
更进一步地，本发明在所述触头杯底的端部固定设有触头片。 
另外，本发明所述角度θ在5°～15°之间。 
本发明在通三相交流电后，传导电流经过导电杆流入触头杯内，通过绕组线圈，在触头杯内形成旋转磁场，由于存在错开式的线圈绕组排布，在同一时刻每组线圈产生的磁场方向并不相同，并通过另一侧相同结构的触头共同作用，在中间气隙中产生了不同旋转频率的旋转磁场，同时也加大了旋转磁场的强度。驱动电弧能量在动静触头之间高速旋转，快速释放能量，从而减小电弧燃烧时间，延长开关寿命。 
本发明所采用的新型触头结构使真空灭弧室内的电弧能量经旋转磁场的带动，由传统的轴向流动变为旋涡形式流动，横向磁场触头结构是利用触头面上的螺旋槽，使流经的电流产生与弧柱方向垂直的横向磁场，横向磁场对真空电弧产生切向力，使电弧在触头表面作高速旋转运动，其速度可达50m/s至120m/s，减小集聚型真空电弧对触头的局部烧蚀，使电弧能量在电极表面均匀分布，减小触头表面熔区厚度，避免局部过热。在运动过程中气体发生动能的径向交换，快速带走电弧能量，使电弧熄灭。本发明触头结构可有效降低电弧温度，加速电弧能量释放，降低触头烧蚀程度，保护触头结构，提高真空断路器开断能力。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 
图1 为本发明的整体结构示意图。 
图2 为本发明铁芯开槽示意图。 
图3 为本发明线圈绕组示意图。 
图4为本发明一组同轴铁芯叠放在触头杯内并错开一定角度示意图。 
图中：1、导电杆；2、触头杯底；3、触头杯；4、电弧；5、触头片；6、绕组槽；7、铁芯；8、线圈绕组。 
具体实施方式
如图所示，盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，它包括导电杆1、触头杯底2、铁芯7及触头杯3；所述触头杯底2及触头杯3与导电杆1依次固定配接；在所述触头杯3上等份开有环流槽；所述环流槽与导电杆1纵轴线的偏角为20°；所述铁芯7置入触头杯3内；在所述铁芯7上等份开有绕组槽6；所述绕组槽6内置入线圈绕组8；两组以上同轴线圈绕组8叠放置入绕组槽6内并依次错开一定角度θ。所述角度θ为10°。 
本发明所述绕组槽6的个数为12～30个。本发明所述绕组槽6的槽宽为2.5～3mm。本发明所述线圈绕组8沿径向呈辐射状分布成盘式结构。为保护触头中的线圈绕组8，本发明在所述触头杯底2的端部固定设有触头片5。 
本发明盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，通过在触头杯内放置开槽铁芯，可以将触头杯等同与电机的电枢，电枢绕组的有效导体在空间沿径向呈辐射状分布成盘式结构。线圈绕组采用铜板冲刺然后焊接制造而成。 
本发明在触头杯3内本可同轴叠放2～5组缠有线圈绕组8结构的铁芯7。 
本发明真空断路器旋转横吹触头结构，通过触头杯上的槽型形成横向磁场，同时由于铁芯绕组的作用又将产生旋转磁场，实现旋磁、横磁共同作用。 
参见图1所示，真空断路器旋转磁场横吹触头结构包括导电杆1、触头杯底2、触头杯（电枢）3、触头片5。     参见图2所示，本发明在触头杯（电枢）3内放置每隔30°开一个绕组槽6的铁芯7，槽宽为2.5mm。 
参见图3所示，本发明的线圈绕组8采用铜板冲刺然后焊接制造而成，沿径向呈辐射状分布成盘式结构。 
参见图4所示，本发明将一组同轴铁芯叠放在触头杯内，并错开一定角度。 
本发明对动、静触头均采用此结构。在开断过程中，动、静之间将会出现电弧区域，通过三相交流电的作用，在动、静触头线圈绕组的作用下，在触头表面将出现旋转磁场，由于真空电弧是由金属等离子体构成，通过电弧的作用，在动、静触头之间的电弧区域也将产生强烈的旋转磁场，通过旋转磁场的强力作用，快速带走电弧能量。同时，由于触头杯在弧柱方向垂直的横向磁场作用下，横向磁场对真空电弧产生切向力，使电弧在触头表面作高速旋转运动，其速度可达50m/s至120m/s，减小集聚型真空电弧对触头的局部烧蚀，使电弧能量在电极表面均匀分布，减小触头表面熔区厚度，避免局部过热。在运动过程中气体发生动能的径向交换，快速带走电弧能量，使电弧熄灭。使电弧熄灭，有效降低电弧温度，加速电弧能量释放，降低触头烧蚀程度，保护触头结构，提高真空断路器开断能力。 
本发明能够满足特殊工况下的开断要求，同时本发明具有很强的容性电流开断能力，并且通过仿真试验研究，可以提高产品可靠性、安全运行。 
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (6)

1.盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其特征在于，包括导电杆（1）、触头杯底（2）、铁芯（7）及触头杯（3）；所述触头杯底（2）及触头杯（3）与导电杆（1）依次固定配接；在所述触头杯（3）上等份开有环流槽；所述环流槽与导电杆（1）纵轴线的偏角为15～35°；所述铁芯（7）置入触头杯（3）内；在所述铁芯（7）上等份开有绕组槽（6）；所述绕组槽（6）内置入线圈绕组（8）；两组以上同轴线圈绕组（8）叠放置入绕组槽（6）内并依次错开一定角度θ。
2.根据权利要求1所述的盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其特征在于：所述绕组槽（6）的个数为12～30个。
3.根据权利要求2所述的盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其特征在于：所述绕组槽（6）的槽宽为2.5～3mm。
4.根据权利要求3所述的盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其特征在于：所述线圈绕组（8）沿径向呈辐射状分布成盘式结构。
5.根据权利要求4所述的盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其特征在于：在所述触头杯底（2）的端部固定设有触头片（5）。
6.根据权利要求5所述的盘型叠式旋磁横吹真空灭弧室，其特征在于：所述角度θ在5°～15°之间。
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