CN104779085A - 一种轮式碟形动触片及其切换跨接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种四0开关轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其主要构件有：轮式碟形动触片、整合装置、轴承滑块、合力弹簧、机构主轴；其特征是：各片相同的轮式碟形动触片为在碟形基础上制得的轮式构造，即由轮毂、轮幅、轮辋组成的弹性导电构件，其对周围各挡位的两两相邻定触头进行滚动式切换跨接。本发明的有益效果在于：其四项主要性能指标值皆趋向于0，达到同型分接开关最低值范畴，因此本发明命名为《四0开关》。(一)扭转力矩↓0(二)触头温升↓0(三)接触电阻↓0(四)动热不稳↓0。
Description
技术领域
本发明涉及输变电领域的变压器调压组件分接开关，具体地讲《四0开关》中“开关”即指分接开关，“四0”则是表明该型分接开关的四项主要技术性能指标皆趋向于0，是所有该型分接开关的最低值范畴；而能实现这一效果的结构性保障在于《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构。
技术背景
早在上个世纪七十年代就已广泛应用的鼓形分接开关动触环切换跨接机构，可参阅1989年5月由辽宁科学技术出版社发行的《电力变压器手册》P178的DW典型鼓形分接开关，时至今日也只是将其原先动触环中的弹力不均衡的蜗形弹簧改制成圆柱弹簧而已，如图1所示这种鼓形开关的动触环切换跨接机构不足之一是当动触环直径过大则自身稳定性差且易歪斜，之二是当定触头间绝缘水平要求较高时，其相邻间距大，则跨接其间的动触环沉入过深，使开关转矩加大甚至转不动，因而该触头结构的应用受到限制。
发明内容
本发明所要解决的是克服掉上述鼓形分接开关动触环切换跨接机构的不足，创制出《四0开关》使其直接手动即不采用减速增力操作机构的状态下，转动力矩小于或等于国家标准GB10230.1中20N·m指标，并使其具有操作到挡手感强，切换挡位精准的优越性。
本发明为达到提出的这一课题采取的专利技术方案是：“《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其主要包括：轮式碟形动触片(1)、整合装置(2)、轴承滑块(3)、合力弹簧(4)、机构主轴(5)；其特征在于：各片相同的轮式碟形动触片为在碟形基础面上制得的轮式构造：即由轮毂、轮辐、轮辋组成的弹性导电构件，其对周围各挡位的两两相邻定触头进行滚动式切换跨接。”请见立体图2各序号所指。
在上述专利技术方案中，其一要说明的是：碟形动触片1的所谓碟形系指立体几何学中的不包括上底面和下底面的旋转体圆锥台的侧面，也就是对空间中的某一轴线具有倾角θ的直线或折线或任意状曲线为旋转母线绕其旋转一周的轨迹形成的碟形面，如图3所示，其中母线为折线，如为直线或任意状曲线则为另样碟形面也是可想而知的，当然做为产品零件要有一定厚度是毋庸置疑的。
在上述专利技术方案中，其二要说明的是：所谓轮式构造则系指在动触片制件的碟形基础面上制有的车轮状构造：车轮的轮毂是穿装车轴的中心部分，而本发明的轮毂相当于轮式碟形动触片能够穿装整合装置2的导管2-1的中心部分；车轮的轮辋是指其周围边缘部分，而本发明的轮辋相当于轮式碟形动触片切换挡位时与定触头接触的外圆周边缘部分；车轮的轮辐是其连接轮辋与轮毂的部分，而本发明的轮辐相当于轮式碟形动触片切换接触定触头的外圆周边缘与穿装整合装置2的导管2-1中心这两部分的连接部分，再观察图3所示。
在上述专利技术方案中，其三要说明的是：轮式是说明动触片的构造，碟形是表示动触 片的外观，二者合一是其进行滚动式切换的先决条件；又其弹性范围的应用乃是各个轮式碟形动触片同时接触的充分条件，而其良性导电功能的选材则是同步跨接相邻定触头的必须条件。
本专利技术方案继叙：“《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：整合装置(2)由一端制有轴向限位凸台或外螺纹，另一端也制有外螺纹的导管(2-1)将若干两两对合的轮式碟形动触片通过其轮毂之内孔串穿一起后，再由整合装置(2)的紧箍(2-2)旋拧靠紧而使轮式碟形动触片在其弹性范围内变形产生轴向预紧力，而后由整合装置(2)的锁件(2-3)使导管(2-1)与紧箍(2-2)锁定。”
在上述专利技术方案中，其一要说明的是：所谓整合装置乃指机电一体化整合装置的简称，该整合装置2不但设计高强度机械效能，而且利用超导性的电气功能，其导管2-1构件在轮式碟形动触片及其切换跨接机构的配置，恰到好处地实现了机电一体化功效有三：之一其环形截面是在等截面材料应用中抗弯刚度最大，这可以保证串穿其上的各轮式碟形动触片到定触头的接触距离均等；之二根据电流集肤效应，即根据流经导体电流之密度芯部小而表皮大的原理，将芯部导电材料增至于表皮而制成环形截面的导管2-1达到超导性构件；之三运用管路冷却的热学效应，使循环的变压器油流经处于轮式碟形动触片及其切换跨接机构中心构件整合装置2的导管2-1之内，促使进一步降低触头温升。
在上述专利技术方案中，其二要说明的是：整合装置2的导管2-1可加工成一端制有轴向限位凸台，另一端制有外螺纹或两端都制有外螺纹的形式，当然还可以有其它形式，例如在一端车制环形沟槽卡入轴用挡圈，所以不论是何种形式其目的就只有一个：凡是将串穿其上的各个轮式碟形动触片夹持靠紧使其各片之间产生轴向作用力，而且经过力的相互作用和传递达到平衡的结构乃是专利权保护的范围。
在上述专利技术方案中，其三要说明的是：轮式碟形动触片必须进行两两对合串穿，并采用整合装置2的紧箍2-2旋拧靠紧，且始终控制轮式构造的变形量在其材料弹性范围内，才能发挥各片之间产生的轴向作用力稳定为有效的恒定预紧力，此刻恰是需要用整合装置2的锁件2-3将导管2-1与紧箍2-2锁定之机。
本专利技术方案继叙：“《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：轴承滑块(3)由两构件合成：其一构件轴承(3-1)嵌固于另一构件滑块(3-2)中部位置；采用两套轴承滑块(3)，使轴承(3-1)的内孔分别套装在整合装置(2)的导管(2-1)两端头处，其中间部位串穿的若干已具有预紧力的两两对合的轮式碟形动触片(1)滚动式跨接各挡位两两相邻定触头间的运行，可以分解为一个旋转运动和一个滑动运动，由轴承(3-1)负担轮式碟形动触片的滚动式旋转运动，又由滑块(3-2)负担其转动方向上跨越定触头由低点至高点的径向往复式滑动运动，总之由轴承滑块(3)合成两个运动完成挡位的切换。”
在上述专利技术方案中，其一要说明的是：嵌固于构件滑块3-2中部位置的轴承3-1与整合装置2的紧箍2-2分别处在整合装置2的导管2-1的两端位置，但整合装置2的紧箍2-2与其对应的另一端紧箍或轴向限位凸台负担着对串穿在导管2-1上两两对合的轮式碟形动触片的夹持靠紧，而分别套装在导管2-1两端的轴承3-1则负担着两两对合的轮式碟形动触片 的滚动式的挡位切换；两者位置虽然同处于导管2-1之两端，但并不应冲突，一般紧箍2-2与对应的另一端紧箍或轴向限位凸台分别处于相应的内侧，两端轴承3-1则往往分别处于相应的外侧，当然特殊构造也可使其处于相互颠倒的位置，都是本发明的专利技术。
在上述专利技术方案中，其二要说明的是：虽然轴承3-1负担轮式碟形动触片的滚动式的旋转运动，而滑块3-2负担其转动方向上跨越定触头由低点至高点的径向往复式的滑动运动，但当轴承3-1与滑块3-2合二而一为轴承滑块3的一体构造，一个滚动式旋转运动和另一个往复式滑动运动也变化为一个合成运动了，即两个运动同时同步进行中。
在上述专利技术方案中，其三要说明的是：在挡位切换过程的前半程轮式碟形动触片的滚动式切换是需要操作者或动力源提供能量的正扭矩作用下进行的爬坡运动，如果把各挡位的连续切换过程比作是波浪式曲线，则此刻正是跨向波峰之时，直至爬至转动方向上的定触头与转动中心线之最近点而止；便进入挡位切换过程的后半程，这时轮式碟形动触片的滚动式切换则是带动操作者或动力源接收能量的负扭矩作用下进行的下坡运动，则此刻正是滑向波谷之时，因此，操作手感明显无误，到挡归位精确，跨接两相邻定触头之间稳定可靠。
本专利技术方案继叙：“《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：若干个合力弹簧(4)安装在轴承滑块(3)之径向上部位置，集中提供又分别支配给各个轮式碟形动触片(1)对其跨接的两相邻定触头的作用力，并控制雷电形成的大电流冲击的稳定性。
在上述专利技术方案中，其一要说明的是：安装在轴承滑块3之径向上部位置的若干个合力弹簧4，在切换挡位过程的前半程中是跨越转动方向定触头的爬坡的阻力源，而在跨越定触头至高点后半程中是滑坡的动力源；若从能量转化理论分析：每一挡位切换前半程是合力弹簧4的弹性势能的收储过程，后半程则是弹性势能的释放过程；从而合力弹簧4也在各挡位的切换前后各半程的力度的正反变化或能量的收放转换的截然不同中使操控人员获得换挡的感知力。
在上述专利技术方案中，其二要说明的是：目前行业上无励磁分接开关提供动、定触头间接触压力的弹簧都分散安装，使弹力分别直接作用在每个动触头上。例如管形开关的动触片、鼓形开关的动触环尽皆如此，即一触头一弹簧，这样有一个致命的不足：当变压器在雷电作用下，其线圈就必然感应而瞬间形成大电流冲击，在分接开关中离定触头与电缆线连接点近的几个动触头便有可能因受到强大的冲击排斥力使之脱离接触而拉弧烧损造成重大事故，而本发明的合力弹簧4则不同，若干个合力弹簧4安装在轴承滑块3之径向上部位置，这样形成了对全部轮式碟形动触片总的合力，因为这个总的合力是按各个轮式碟形动触片必须具有的接触压力的总和而设计的，所以当变压器受到雷电感应而瞬间产生大电流冲击时，造成靠近连接电缆线与定触头接触的某几片轮式碟形动触片受到产生的较大排斥力作用有脱离接触的趋势，然而这某几片受到的排斥力必竟远远小于所有片总的合力，因此合力弹簧构造可以有效克服大电流冲击及其产生的排斥力在动、定触头接触中分布的不均匀性。
在上述专利技术方案中，其三要说明的是：若干个合力弹簧4所施加总的工作压力小于轮式碟形动触片与定触头间接触压力之和，因为本发明的动触片切换跨接机构中各个轮式碟 形动触片对其跨接两相邻定触头的作用力尽皆均匀且相等，那么只要计算若干个合力弹簧4所施加的总作用力，平均分别支配给每个轮式碟形动触片的作用力小于其与定触头间接触压力就能得以证明了。
设定合力弹簧通过单片轮式碟形动触片对跨接的两定触头所施加的作用力分别都为F作，由结构可决定：请见图4，其中OO′长度，OB长度，∠α，O′B长度皆为已知条件，∴BC长度可求，∠β可求；因为轮式碟形动触片切换到挡位后是跨接在两相邻定触头之间，则势必一定有其一部分沉入在两接触点连线之下，这样F作就成为了斧劈式作用力，两侧相邻定触头受到对称均等的撑开力设为F撑，其两受力点分别在轮式碟形动触片圆心与接触的定触头圆弧心连线的切点A及A′处，即接触压力F压点位置，且根据矢量力的平行四边形法则有F压为F作与F撑两矢量力之合力，因此：又cosβ＜1，所以F压＞F作，这里，由于轮式碟形动触片是跨接于两相同定触头之间，所以A与A′，B与B′，∠α与∠α′，∠β与∠β′尽皆对称，受力图也同样对称。
这一结论说明，在分接开关的设计中，合力弹簧作用力∑F作可以设计的小一些就能满足接触压力较大一些的要求，因为接触压力足够大接触电阻才能小于350μΩ的国家标准，也恰恰因为合力弹簧作用力∑F作可以设计的小些，分接开关的扭转力矩就轻一些，扭转力矩轻而接触压力大，这正是分接开关切换的上佳选择。
本专利技术方案继叙：“《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：在机构主轴(5)的各相绝缘距离之间的位置制有安设着各相的轮式碟形动触片及其切换跨接机构的空间，其空间内设有：限制合力弹簧(4)弹动区间的上抵面、与轴承滑块(3)配合的两侧面滑道、包容整合装置(2)和轮式碟形动触片(1)的腔体；当旋转主轴时，轮式碟形动触片便可进行各挡位切换，而当轮式碟形动触片跨接在某挡位两相邻定触头之间时，在其构件的材料弹性范围内，通过各片轮辐对其轮毂所受邻片轴向力和对其轮辋所受定触头径向支反力的矢量传递而调整平衡，使轮式碟形动触片对定触头的接触压力达到均等。”
在上述专利技术方案中，其一要说明的是：所谓机构主轴5是表明在主轴的各相段位置，制有安设轮式碟形动触片切换跨接机构的位置空间，各相之间有充分的安全绝缘距离，本发明的主轴处于分接开关的轴心部位为能够旋转的绝缘材质管状体，称之为内管。可包容各相轮式碟形动触片切换跨接机构于其中，达到与周围非切换挡位导电体的绝缘；当旋转主轴时便可带动轮式碟形动触片对固定在绝缘体外管内壁圆周上的各个定触头进行跨接式挡位切换以调整变压器的输出电压。
在上述专利技术方案中，其二要说明的是：在机构主轴5与安设着轮式碟形动触片切换 跨接机构的每个位置空间中，限制合力弹簧4的上抵面与轴承滑块3的上部位置平面为限制合力弹簧4的下抵面，构成合力弹簧的弹动区间；与轴承滑块3配合的两侧面滑道可实现轴承滑块3在机构主轴5的径向往复滑动，可完成轮式碟形动触片对定触头跨越式挡位切换；包容整合装置2和轮式碟形动触片1的腔体使它们被内管的绝缘层保护在其中，这提高了分接开关的耐压可靠性。
在上述专利技术方案中，其三要说明的是：轮式碟形动触片1因为其构造的形状为碟形，形式为轮式的薄壁构件，又利用弹性范围较宽的金属材料，发挥了尤如碟形弹簧的性能，当其受到轴向作用力时，碟形高度势必有微量缩矮而其径向势必有微量增长，反过来当轮式碟形动触片1跨接在两相邻定触头间，上边经过轴承滑块3和整合装置2将合力弹簧4作用力的传递，同时下边受到定触头支反力的作用即所谓上挤下压时，径向尺寸也应有微量减少，并通过轮辐的传递至轮毂使碟形在轴向高度有微量增高，所以结论是：轮式碟形动触片轴向受力的或大或小，对应着其高度的缩矮或增高，也导致径向尺寸的增大或缩小，反之亦然；如此，当整合装置2的导管2-1串穿的轮式碟形动触片被紧箍2-2挤压相互靠紧，产生轴向预紧力时，由于弹性力的作用，会相互传递达到力的平衡，即各个轮式碟形动触片受到相等的挤压预紧力，这样，无论任何一片轮式碟形动触片如果没有与定触头接触，也就是还没有受到定触头支反力的作用也就是该片轮辐还没有传导给轮毂一个支撑其高度增高趋向的轴向反作用力，即抗衡相邻的轮式碟形动触片轮毂对其的轴向挤压力或称挺力，因此该片将被轴向挤压使高度缩矮而径向增长达到与定触头的接触而获得定触头的支反力作用并达到力的平衡，这就证明了轮式碟形动触片在该切换跨接机构中将无一不与其跨接的两相邻定触头可靠接触导通。
如果上述专利技术方案，即《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构的技术方案结合了变压器线圈抽头连接的定触头的不同结线方式，实现分接开关的线性调压方式、单桥跨接方式、双桥跨接方式、串并联转换方式、星角转换方式、正反调压方式、粗细调压方式的分接开关生产制造，而未经允许将陷入侵权范围。
如果上述专利技术方案，即《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构的技术方案被应用，将能制造出单相、二相、三相分接不关，而未经应允将陷入侵权范围。
如果上述专利技术方案，即《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构的技术方案被应用，其实质就是动触头以主轴中心线为轴作周向旋转切换定触头实现换挡调压的分接开关都适用采纳之，诸如其基本结构皆是各个定触头环列于封闭的外筒壁内部的管形分接开关，鼓形分接开关，柱形分接开关，筒形分接开关，以及各个定触头环列于间开的绝缘板条内侧的笼形分接开关，还有定触头被环列固定在绝缘盘上的盘形分接开关，乃至可以改制成该切 换方式的其它形分接开关，未获允许，也将涉入侵权范围。
本发明的有益效果在于：
其四项主要性能指标值皆趋向于0，达到同型式分接开关最低值范畴，因此本发明命名为《四0开关》。
附图说明
图1是本发明技术背景中DW典型鼓形分接开关横剖面动触环跨接两相邻定触头示意图；
图2是本发明的专利技术——轮式碟形动触片及其切换跨接机构应用在实施例的六分接五挡位单桥跨接中部调压无励磁三相《四0开关》的任意一相结构立体示意图；
图3是空间中与某一轴线具有倾角θ的折线为母线绕其旋转一周的轨迹形成的碟形面做基础面，又在该碟形基础面上制得具有轮毂、轮辐、轮辋构造的轮式碟形动触片立体结构示意图；
图4是轮式碟形动触片跨接于两相邻定触头间后，作用力与接触压力的受力分析图解。
注：1、图2中方形不口是为了方便地显示标识本图的轮式碟形动触片及其切换跨接机构的内部结构状况，《四0开关》的实际结构并无需如此。
2、图4中轮式碟形动触片没有绘出轮辐，原因是为了避免与力的图解线条互相干涉，影响视图效果，特此说明。
实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
本发明的实施例为一台六分接五挡位单桥跨接中部调压无励磁三相《四0开关》，额定电压110kV，额定电流1000A，其内部构造仍见图2主要包括：1为轮式碟形动触片、2为整合装置、3为轴承滑块、4为合力弹簧、5为机构主轴；本发明的基本结构是：每相有12片轮式碟形动触片经其轮毂的中心孔串穿在整合装置2的导管2-1上，再由紧箍2-2旋拧靠紧施加以其材料弹性范围内的轴向预紧力，根据行业标准JB/T 8637规定“长期载流触头，最大通过1.2倍额定电流”而本《四0开关》额定电流1000A，故每相设计12片；整合装置2的导管2-1的两端头嵌入轴承滑块3的轴承3-1中；而合力弹簧4共有4支，分别两两并列夹持于轴承滑块3的滑块3-2之上部位置与机构主轴5的限制合力弹簧4弹动区间的上抵面之间。
本发明的实施例的切换过程是如下进行的：
当操作者转动机构主轴5向逆时针方向切换挡位时(分接开关行业规定：按逆时针挡位顺序递增)请着重观察图2，轮式碟形动触片便开始作滚动式爬坡运动，在受到转动方向上定触头的支反力作用位置升高，于是势必带动整合装置2的导管2-1连固轴承滑块3径向也随着升高，合力弹簧4被压缩处于弹性势能储备状态，直至接近分接开关的机构主轴5的转动轴线最近点也是跨越定触头的至高点，此刻合力弹簧4被压缩成最短，弹性势能储能最多，操作所用扭转力矩渐次增到最大，之后轮式碟形动触片便开始作切换的后半程运行，扭转力矩由正值变化为负值，即前半程是操作者施加给机构主轴5以正扭矩转动，后半程则是机构主轴5施加给操作者以负扭矩带动，其动力源自于合力弹簧4的弹性势能的释放过程，直至轮式碟形动触片滚动式切换至下一挡位的两相邻定触头形成的所谓“谷底”之间跨接为止，其势轮式碟形动触片受到合力弹簧4的垂直压力和两侧定触头的夹持力的双重作用形成动、定触头间的接触正压力，通称接触压力，该接触压力大于合力弹簧4的合力分配到每个轮式碟形动触片的作用力，这是该《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构运行的力学特点。如果切换到下一挡位并非目的挡，则可如此反复切换下去直至目的挡位为止，其切换过程相同。
本发明的实施例为三相分接开关，以上所述仅以一相为例，其三相轮式碟形动触片及其切换跨接机构的结构一致，三相切换过程一致不再赘述。
Claims (5)
1.《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其主要包括：轮式碟形动触片(1)、整合装置(2)、轴承滑块(3)、合力弹簧(4)、机构主轴(5)；其特征在于：各片相同的轮式碟形动触片为在碟形基础面上制得的轮式构造：即由轮毂、轮辐、轮辋三部分组成的弹性导电构件，其对周围各挡位的两两相邻定触头进行滚动式切换跨接。
2.根据权利要求1所述，《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：整合装置(2)由一端制有轴向限位凸台或外螺纹，另一端也制有外螺纹的导管(2-1)将若干两两对合的轮式碟形动触片通过其轮毂之内孔串穿一起后，再由整合装置(2)的紧箍(2-2)旋拧靠紧而使轮式碟形动触片在其弹性范围内变形产生轴向预紧力，而后由整合装置(2)的锁件(2-3)使导管(2-1)与紧箍(2-2)锁定。
3.根据权利要求1所述，《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：轴承滑块(3)由两构件合成：其一构件轴承(3-1)嵌固于另一构件滑块(3-2)中部位置；采用两套轴承滑块(3)，使轴承(3-1)的内孔分别套装在整合装置(2)的导管(2-1)两端头处，其中间部位串穿的若干已具有预紧力的两两对合的轮式碟形动触片(1)滚动式跨接各挡位两两相邻定触头间的运行，可以分解为一个旋转运动和一个滑动运动，由轴承(3-1)负担轮式碟形动触片的滚动式旋转运动，又由滑块(3-2)负担其转动方向上跨越定触头由低点至高点的径向往复式滑动运动，总之由轴承滑块(3)合成两个运动完成挡位的切换。
4.根据权利要求1所述，《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：若干个合力弹簧(4)安装在轴承滑块(3)之径向上部位置，集中提供又分别支配给各个轮式碟形动触片(1)对其跨接的两相邻定触头的作用力，并控制雷电形成的大电流冲击的稳定性。
5.根据权利要求1或2或3或4所述，《四0开关》轮式碟形动触片及其切换跨接机构，其特征在于：在机构主轴(5)的各相绝缘距离之间的位置制有安设着各相的轮式碟形动触片及其切换跨接机构的空间，其空间内设有：限制合力弹簧(4)弹动区间的上抵面、与轴承滑块(3)配合的两侧面滑道、包容整合装置(2)和轮式碟形动触片(1)的腔体；当旋转主轴时，轮式碟形动触片便可进行各挡位切换，而当轮式碟形动触片跨接在某挡位两相邻定触头之间时，在其构件的材料弹性范围内，通过各片轮辐对其轮毂所受邻片轴向力和对其轮辋所受定触头径向支反力的矢量传递而调整平衡，使轮式碟形动触片对定触头的接触压力达到均等。
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2015
- 2015-02-17 CN CN201510089739.9A patent/CN104779085B/zh active Active
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| CN104779085B (zh) | 2017-09-22 |
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