气动操动机构

2024-08-11

气动操动机构（精选7篇）

气动操动机构篇1

0 引言

20世纪80年代末期,西安高压开关厂引进日本三菱公司的技术,合作生产了SF6系列断路器,于90年代初进入陕西省电力公司系统运行。最具代表性的要属CQ7-I型气动机构的LW13-363断路器和CQ6-II型气动机构的LW14-126断路器,其在系统中运行将近20年,已积累了丰富的运行经验。

事实表明,气动操动机构在系统中运行相对稳定,日常检修、维护工作量较小。但在实际运行中也暴露出一些问题:气动操动机构的压缩空气中常伴有水分和杂质,压缩空气携带水分直接进入储气罐、控制阀、工作缸,现场运行人员必须每隔7天给储气罐放水。特别是在冬天,湿度大、温度低,储气罐内部容易结冰,不易放水。水分长期积留,就会使得零部件锈蚀,造成机构动作不灵活,严重时还会使空气管道堵塞不畅,使断路器气动操动机构的可靠性大大降低,易发生拒动现象。

1 CQ6、CQ7气动操动机构的工作原理与特点

气动操动机构是断路器的重要组成部分,在很大程度上断路器的工作可靠性依赖于操动机构的动作可靠性。根据操动机构提供能源的方式不同,操动机构可分为手动机构(CS)、电磁机构(CD)、弹簧机构(CT)、气动机构(CQ)及液压机构(CY)等几种型式。

气动操动机构是断路器常用的操动机构之一,它是一种以压缩空气作为动力进行分闸操作,以合闸弹簧作为合闸储能元件的操动机构。压缩空气靠产品自备的压缩机完成储能,分闸过程中通过气缸活塞给合闸弹簧进行储能,同时经过机械传递单元使触头完成分闸操作,并经过锁扣系统使合闸弹簧保持在储能状态。合闸时,锁扣借助磁力脱扣,弹簧释放能量,经过机械传递单元使触头完成合闸操作[1]。

2 CQ6、CQ7气动操动机构的技术改造和完善

由于操动机构的性能对断路器分、合操作有决定性影响,因此对断路器的技术改造常常着眼于对操动机构的改造和完善。

2.1 CQ6、CQ7气动操动机构的技术改造

加装气水分离装置(如图1所示),这项工作是气动操动机构技术改造的核心[2]。

1一空压机;2—安全阀;3—气水分离器;4一单向逆止阀; 5—储气罐;6—放水阀;7—电磁阀

空压机每次补压时,电磁阀延迟关闭,利用压缩空气可以吹除残留在管道中的水分和杂质,紧接着电磁阀关闭,从空压机出来的压缩空气(约160℃)经管道直接进入气水分离器的冷却室,压缩空气冷却后会产生凝结水沉积在冷却室底部,而后进入过滤室(如图2所示),过滤室可将空气中的杂质过滤掉,过滤后的压缩空气通过单向逆止阀进入储气罐。一旦空压机补压完毕,电磁阀自动打开排水、排污。

在气水分离器的空压机选择上,目前系统内使用较多的是美国英格索兰空压机和日本三菱空压机,二者相比各有利弊。英格索兰空压机功率大,补压速度快,机构建压时间相对较短,但零部件的加工较粗糙;三菱空压机功率较小,补压速度较慢,建压时间较长,但能满足空压系统的需要,零部件的加工精度高。根据变电站站用变的负荷分配,选用日本三菱空压机较为理想。

过滤器滤芯的优劣直接影响气水分离器的工作效率,所以在选择时一定要慎重。目前,渭南供电局采用的是美国英格索兰双塔式气水分离器。实践证明,加装了气水分离器后,压缩空气中95%以上的水分和杂质被气水分离器过滤,留在气水分离器的罐体中,一旦空压机补压完毕,气水分离器中的电磁阀动作即排水、排污。在此过程中仅有微量的水分(小于5%)进入储气罐,这样给机构造成的不良影响就会大大减弱,运行人员只需每月放水一次,有时甚至放不出水来。经过气水分离器过滤后的压缩空气将变得更加洁净,从而对气动操动机构起到保护作用。

2.2 CQ6、CQ7气动操动机构的技术完善

2.2.1 新出现的技术问题

加装气水分离器后,操动机构的性能得到了很大改善,运行一段时间后,又出现了新的问题。主要表现在以下两个方面:

(1)运行中气水分离器的电磁阀一旦发生损坏无法自动关闭时,空压机在补压时压缩空气将无法进入储气罐,而是经损坏的电磁阀直接排入大气。此时气动操动机构所需的操作能源因得不到及时补充,将使断路器的二次控制回路闭锁,造成断路器拒动。空压机系统也因操作气压无法满足要求,而持续运转,最终烧损交流接触器或电机。

(2)运行中气水分离器的过滤器滤芯堵塞。空压机系统进行补压时,压缩空气无法进入储气罐,致使过滤器滤芯部分承受过高的压力,最终导致滤芯爆炸。图3为某变电站气水分离器过滤器爆炸的现场照片。

2.2.2 采取相应的防范措施[3]

(1)在电磁阀前端加装手动截止阀(如图4所示),该截止阀正常时处于打开状态,当电磁阀损坏时可将该截止阀关闭,空压机系统可正常建压。

(2)定期检查、更换气水分离器中过滤室的滤芯,通常2年更换一次,在污秽严重地区建议1年更换一次。

(3)对电机回路进行改造,在断路器机构箱内原有的空压机系统(如图5所示)上增加一套箱外的空压机系统(如图6所示)。并在机构箱内加装“箱内/箱外”转换开关,正常时将转换开关置于箱外位置,使气水分离装置处于正常工作状态。当气水分离装置发生故障时,将转换开关置于箱内位置,继续对操动机构进行补压,同时在一次设备不停电的情况下处理气水分离装置的故障。

(4)根据冬季气温状况加强机构箱内的防冻、防潮措施。对于采取上述措施仍不能使机构箱内温度保持在0℃以上的,可采取空气管道敷设伴热带和机构箱内外壁敷设保温层的措施加以解决。

3 结语

(1)通过对气动操动机构的技术改造和完善,取得了较为理想的效果,提高了气动操动机构在系统运行中的可靠性,从而使CQ6、CQ7气动操动机构在电力系统中运行更加趋于稳定、可靠。

(2)该技术改造方案现场实施方便,通过技术手段对气动操动机构进行完善化改造后,提高了运行可靠性,大大节省了运行成本,是一项行之有效的改造方案。

参考文献

[1]郭贤珊.高压开关设备生产运行实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]国家电网公司.高压开关设备管理规范[M].北京:中国电力出版社,2006.

[3]陕西省电力公司.2009年陕西电网开关类设备反事故技术措施[G].

新型单稳态永磁操动机构的研究篇2

关键词：永磁机构,单稳态,新型磁材

永磁操动机构结构简单、零部件少、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小, 非常适合配用真空断路器, 目前已广泛的应用于中等电压等级的真空断路器上。按照永磁机构在分合闸位置的保持方式的不同, 可分为双稳态和单稳态永磁机构。双稳态是指动铁芯在开断与关合行程的2个位置, 不需要任何能量或锁扣即可保持;单稳态是指永久磁能只处于合闸位置的保持, 而分闸位置要靠分闸弹簧保持。对比这两种永磁操动机构, 可知在合闸动作时动作特性较为相似, 都是通过线圈产生的电磁力合闸, 永磁磁力保持。而在分闸时动作特性存在较大差别, 单稳态永磁机构的分闸速度特性跟弹簧操动机构比较相似, 刚分点前加速, 刚分点后减速。通过合理设计分闸及触头弹簧参数可获得理想的分闸速度曲线。双稳态永磁机构却存在刚分速度不足, 分闸末端速度过快的缺点, 并且双稳态永磁机构一次分合闸循环的能耗明显高于单稳态永磁机构, 因此单稳态永磁操动机构更适合于与真空断路器配合。

现有单稳态永磁操动机构使用的是钕铁硼永磁材料, 这种材料往往是事先充磁然后再装配到机构上使用。而单稳态永磁操动机构在分闸过程中需要对永磁体去磁以合闸减小保持力完成分闸, 由于多次分合闸操作极易造成永磁体的退磁, 这一问题始终困扰着设计人员。本文应用了一种可反复充退磁的新型永磁材料来替代钕铁硼, 设计了新的磁路结构。并对样机进行了模拟仿真和试验测试, 给出了仿真和试验结果。

1结构与原理

1.1结构设计

永磁操动机构之所以比弹簧机构可靠主要是由于永磁机构的零部件少故障率低。新型单稳态永磁操动机构与断路器的连接采用直动式, 可以得到最大的传动效率 (约95%) , 而且也可使机构的分合闸动作的时间分散性减到最低, 有利于断路器的同步关合。本操动机构由7部分组成如图1所示。图示机构处于合闸位置, 动铁心1的端面由两部分组成, 最上端凸面部分为机构合闸位置时的永磁力保持工作面, 凹面部分和凸面部分共同构成机构合闸时电磁力吸合工作面。新型的永磁材料被设计成圆筒形磁环3, 它与上盖板2, 铁心1和下盖板4构成低磁阻抗通道使机构保持在合闸状态。线圈5放置在磁环3与上盖板2、下盖板4、铁心1构成的空腔内部, 它不仅在机构的分、合闸过程中提供能量, 还可以在合、分闸过程中为永磁体3充磁和部分去磁。因为永磁体3具有可反复充磁和去磁的特性。下盖板4可起到对动铁心进行分闸位置的限位的作用, 它具有与线圈5一样的倾角, 这种设计是为了减小漏磁。非磁性材料的驱动轴7深入铁心内部, 在铁心1和驱动轴7之间有高强度塑性材料制成的连接体6, 这一连接体可以使铁心1在分合闸动作时带动驱动轴7同步动作。

1.2工作原理

1.2.1合闸操作

分闸位置时, 永磁机构的动铁心1的外突起部分由下盖板4的圆锥面卡住被限制在位置。当断路器需要合闸时, 由充满电的电容器经过电子开关器件与线圈5形成的闭合回路进行放电, 线圈5流过电流产生电磁场, 磁力线经过动铁心1、气隙、上盖板2、永磁体3、下盖板4构成的磁路通道, 在铁心1与上盖板2之间产生吸力。当电磁吸力大于分闸弹簧反力时铁心1启动, 带动绝缘拉杆、动导电杆及动触头向合闸方向运动。当动静触头接触后, 动触头停止运动, 但动铁心继续运动2mm的超程, 压缩触头的压力弹簧。当动铁心1的凸面和上盖板2接触后磁路闭合。永磁体3在合闸的过程中由线圈产生的磁场进行了轴向充磁, 当永磁体被充至饱和时线圈断电。永磁体的剩磁磁力使贴心保持在合闸位置。

1.2.2分闸操作

分闸操作时, 由分闸电容器向机构线圈5注入向脉冲电流。这个电流将会对磁性材料产生部分消磁效应, 减小合闸保持力, 当合闸保持力小于分闸弹簧和触头压力弹簧的反力时动铁心带动动触头向分闸方向运动。在分闸弹簧和触头弹簧的共同作用下铁心加速运动, 动静触头分离, 这时触头弹簧变成内力不再起作用, 由分闸弹簧单独带动铁心继续分闸运动, 分闸最后下盖板4对铁心进行限位, 铁心由分闸弹簧保持在分闸位置。

2静态特性计算

新型单稳态永磁操动机构为圆柱形, 具有轴对称的特点所以采用轴对称场计算。在圆柱坐标 (z, r) 下, 可表示为:

合闸静态保持力的计算是永磁操动机构设计的第一步, 它决定了永磁机构的结构尺寸。在合闸状态下保持力F为定值, 假设一个气隙磁密Bδ根据马氏公式 (2-4) 来计算铁心的导磁截面积, 通过反复迭代找出一个最优值。

式中

F—永磁机构的分闸保持力 (N) ;

Sc—动铁心的导磁面积 (m2) ;

Bδ—工作气隙磁通密度 (T) ;

μ0—真空中的磁导率。

由公式 (2-4) 可知在保持力F一定的情况下气隙磁密Bδ与动铁心导磁面积成反比。在合闸状态下可以使铁心材料接近磁饱和, 可以减小铁心的导磁面积, 而在分闸状态气隙磁阻较大, 铁心磁密不饱和, 可以扩大铁心的面积减小气隙磁密, 进而降低机构的启动电流值。因此在本设计中把铁心的导磁截面分成两部分 (见图1) :1.永磁保持工作面;2电磁力吸合工作面。

应用有限元软件对机构模型进行了参数化分析得出了最优的永磁保持工作面面积如图2a所示, 得到的最大静态保持力为2260N, 最优保持面积为16.05cm2。图2b为永磁体单独作用时吸力随气隙变化曲线, 从此图可以看出, 铁心受力随着气隙的增大衰减很快, 这样有利于减小分闸阻力提高刚分速度。

3动态特性计算与实验结果分析

在有限元软件中对所设计的机构的动态特性进行了仿真, 为了验证仿真结果的正确性, 对设计的12k V/2000A/31.5k A永磁机构断路器样机的动态特性进行了测试。图3表示了计算结果与实验机构测试结果的对比。

由此图可以证明, 有限元软件计算的结果和实际结构接近, 证明软件应用的正确性, 由图也可以看出, 所设计的机构满足断路器的性能要求, 证明所设计机构是合理的。

4结语

设计了一种新型的真空断路器永磁操动机构, 用有限元分析软件仿真了所设计机构的静态特性和动态特性。根据仿真和样机实测结果的对比验证出所设计机构的正确性。

参考文献

[1]游一民, 郑军, 罗文科.永磁机构及其发展的动态[J].高压电器, 2001, 37 (1) :44-47.

[2]林莘.永磁机构与真空断路器[M].机械工业出版社, 2002 (05) .

新型高压断路器操动机构故障识别篇3

高压断路器在电网运行、控制中起着至关重要的作用, 其运行、维护和检修清况与整个系统可靠性密切相关[1]。目前对断路器的内部故障和其外在特征之间规律缺乏系统认识, 对断路器储能、操动机构异常与操动中机械运动特性的关联研究还不够深入, 对其故障发生、发展的机理还不十分清楚, 这是由于现有测试技术和分析方法上受到固有思维模式的局限。例如在测试仪器方面, 目前断路器机械特性测试中常采用光栅传感器、导电塑料电位器测量动触头行程, 原理上未脱离“接触式”测量, 不仅传感器本身精度不高, 而且夹具安装繁琐, 难于全面描述动触头运动轨迹。在故障诊断方面, 由于操动机构的运动状态获取是十分复杂的, 出现某一种故障, 机构的状态特征可能很多, 同时, 当机构的某一状态特征发生变化时, 其引起的故障原因或故障点也可能不唯一。通常仅依靠检修人员经验, 常采用的是信号比较法, 在准确判断故障及类型上存在大量难题, 不能满足优化状态检修现场需要[2]。随着电网建设发展, 对200 k V以上的断路器的可靠性要求越来越高, 迫切需要对断路器运行状态测试方法进行改进, 找到科学方法对操动机构运动特性进行评价。文中所述的新的断路器操动机构故障识别技术采用了“非接触”式的CCD传感器, 融合常规的电信号和振动信号, 并结合声波信号, 对断路器操动机构故障进行四位一体的信号关联性分析, 提高了断路器检测和检修效率, 具有重要的意义和实用价值。

1 断路器操动机构测试总体结构

通过分析操动机构动作和断路器机械特性直接的联系, 采集分合闸线圈电流变化、储能、操动过程和传动部件运动的特征信号, 建立集电、声、振动和图像为一体的断路器测试与机械故障故障识别系统。新技术采用系统整体结构框如图1所示。

将多种非接触传感技术结合为一个整体, 利用高速、高分辨率工业摄像机 (CCD传感器) 测量替代光电编码直线和角度传感器, 获取断路器在开闭过程中操动机构运动情况, 通过图像分析, 计算出动触头行程、分合闸时间、分合闸平均速度、弹跳时间及幅度等参数, 提高断路器操动机构动作参数测试精度。解决不同型号断路器夹具安装复杂、费时的难题, 在实际工作中将大大提高安装测试效率。

测试系统采用同时采用监测操作线圈电流、电压波形, 作为有效地判断拒动、误动等故障的判据之一;运用机械振动和声波传感技术, 基于联合时频分析和并融合系列图像分析识别算法, 诊断断路器运行时的工作状态。

2 断路器机械特性测试新方法

断路器的机械特性参数是保证断路器正常工作的重要依据, 新技术中引入CCD传感器, 采用高速图像采集和图像分析新方法实现“非接触”式机械特性参数测试。其示意图如图2所示。通过断路器主轴、动导电杆图像识别及其运动过程分析和参数计算, 分析动电导杆运动距离和转动角度与触头运动关系, 弹簧压缩情况和超行程以及触头接触次数联系等。主要参数有:分 (合) 闸时间、触头行程、开距、超行程、分 (合) 闸不同期、分 (合) 闸平均速度、刚分 (合) 速度、分 (合) 闸最大速度、触头合闸弹跳时间、触头分闸反弹幅值等。基于电信号绘制出分 (合) 闸线圈电流———时间曲线, 找到图像中刚合、刚分位置计算信号对应关系。断路器机械特性的测试主要反映在对行程一时间特性、分 (合) 闸线圈电流的监测。

计算机识别断路器时, 首先从接收到的高速图像流中截取图像序列后, 进行图像的平滑、去噪、滤波和边缘增强等预处理, 以提高图像质量。然后分割动导电杆和主轴所在的目标区域, 并转化成二值图像。特征提取是识别图像的关键, 图像的不变矩特征可体现不同设备类型, 不变矩作为特征向量输入到支持向量机, 经过学习训练, 识别出断路器的部位。也可采用模板匹配法与历史图像数据库对比, 得到区域和位置对于图像中的像素信息。最后计算断路器各机械特性参数。

3 断路器操动机构故障识别方法

在精密图像测量技术基础上, 得到断路器运行的机械参数, 融合常规的电信号和振动信号, 并结合声波信号分析, 大大增加断路器运行状态判断的准确性。

声波和振动包含了断路器运行隐患和故障信息, 虽然他们具有易于测量的优点, 但测试环境中的各种干扰同时会包含非线性、非平稳成分[3,4]。此时再用基于统计量的功率谱理论分析信号的时频域特征则准确性会大打折扣, 甚至产生错误的结论。新技术中采用双谱分析确定声波和振动信号的高频分量能量分布。通过希尔伯特-黄变换分析高频分量持续时间, 高频分量经过经验模态分解得到固有模态函数能量熵, 由此作为故障特征提取基本方法。对断路器操动过程中的各级能量熵合理分段, 输入到神经网络或支持向量机SVM分类器, 最终判断故障类型。

双谱从更高阶概率结构表征随机信号, 理论上能够完全抑制高斯噪声, 适用于分析非线性、非平稳信号。

假设{x (n) }为零均值的k阶平稳随机过程, 并且其k阶累积量Ck, x (τ1, τ2, ...τk-1) 是绝对可和的, 即:

则{x (n) }的3阶谱 (即双谱) 为:

双谱从更高阶概率结构表征随机信号, 理论上能够完全抑制高斯噪声, 适用于分析非线性、非平稳信号。断路器在灭弧室动触头、机械连接机构等动作时, 振动和声波信号表现为非线性、非高斯能量分布, 其变化在一定程度上表征了断路器机械状态的变化, 在双频率坐标下的双谱分析三维图上出现较高的谱峰。

希尔伯特-黄变换 (Hilbert-Huang Transform, HHT) 经过经验模态分解 (Empirical Mode Decomposition, EMD) 把信号分解成若干个固有模态函数 (Intrinsic Mode Function, IMF) , 然后对IMF进行Hilbert变换, 得到每一个IMF的随时间变化的瞬时频率和瞬时幅值, 由此可以构建声波和振动信号的时间-频率-能量分布。

各IMF分量的能量Ei为:

求第i个IMF分量的能量占整个信号能量的百分比, 即固有模态函数能量熵:

能量熵能够反应各个IMF分量能量的分布情况, 这与断路器操动机构故障会引起声波和振动信号变化相对应。以能量熵中心值为标准, 计算每次测试数据能量熵到各状态中心值的距离, 根据距离接近程度诊断断路器故障类型[5]。

将分闸前期、分闸中期、分闸后期三个阶段的声波信号等能量分段, 形成横向特征向量反映声波信号的时移变化;各阶段声波信号等时间分段形成纵向特征向量反映声波信号的频率变化。利用特性测试的参数和动触头运动轨迹及合分闸线圈的电流电压构造参数和电信号特征向量, 将之与振、声构成的横向、纵向特征向量输入支持向量机 (support vector machine, SVM) , 采用“一对其余”策略进行多级分类, 可诊断出断路器的正常运行状态和典型故障, 大大提高了小样本下断路器操动机构故障诊断准确性[6]。

用SVM进行识别分类, 关键是选择核函数和训练, 定义非线性映射, 把样本空间映射到一个高维的线性空间, 求出分类超平面。其次, 选择最优超平面, 给出支持向量。最后, 将分类识别的问题转化成了不等式约束条件下的优化求解问题, 且得到的方程只与样本的内积相关。支持向量机分类器结构框图如图3。

其中, (x1, ……xn) 为输入向量, K (xi·x) 为非线性映射, y为输出。

4 结束语

新的断路器操动机构故障识别技术采用高速、高分辨率的CCD传感器用于分析动触头运动, 测试精度和速度提高, 实现了创新新的“非接触”式测量方法, 再与线圈电压、电流变化和操动中发出声波、振动同步采集, 多级能量熵提取作为时、频故障特征, 输入到SVM分类器, 形成了四位一体的故障判断证据链, 在小样本的情况下提高了诊断的正确性和可信性。该技术在对系统进行故障监测、测试和检修时不影响断路器的操作和正常运行, 缩短高压断路 (下转第102页) 器测试时间, 提高了测试自动化水平。

参考文献

[1]常广, 张振乾, 王毅.高压断路器机械故障振动诊断综述[J].高压电器, 2011, 47 (8) :85-88.

[2]王振浩, 杜凌艳, 李国庆, 等.动态时间规整算法诊断高压断路器故障[J].高电压技术, 2006, 32 (10) :36-38.

[3]赵洋, 刘汉宇, 曾庆军.基于机械振动信号的高压真空断路器故障诊断研究[J].高压电器, 2010, 46 (2) :46-51.

[4]孙来军, 胡晓光, 纪延超.一种基于振动信号的高压断路器故障诊断新方法[J].中国电机工程学报, 2006, 26 (6) :157-161.

[5]赵建利, 刘教民, 冯卫强.基于小波包能谱熵与自组织RBF神经网络的低压断路器机械故障诊断[J].低压电器, 2010 (4) :1-5.

气动操动机构篇4

1 电气故障的排除

(1) 检查操作电源是否正常, 用万用表检查判断。

(2) 检查控制回路是否断线, 看装置是否有控制回路断线报警。有则进一步查找原因, 如合闸线圈、各接点、操作按钮 (开关) 等是否正常。

(3) 检查弹簧操动机构的弹簧是否储能。要检查电气指示与机械指示情况, 以便准确判断。

2 机械故障的排除

(1) 扣片与半轴的间隙过小。在分闸状态下, 在传动轴套旋转至最大角时, 扣片与半轴间应有1.5～2.0mm的间隙。当此间隙过小时, 扣片易发生卡涩, 不能自由旋转复位, 在断路器合闸动作后, 就不能保持住合闸状态, 使合闸失败。在分闸状态下, 检查扣片是否转动灵活, 若转动不灵活就应调整相应的调节螺钉, 使扣片与半轴的间隙达到设计要求。

气动操动机构篇5

1 弹簧操动机构

弹簧操动机构主要由储能及能量保持部分, 合闸驱动部分, 合闸保持及分闸脱扣部分, 合分电磁铁及二次控制元件部分构成。图1 所示为弹簧操动机构原理框图。

目前国内外使用的弹簧机构主要为螺旋弹簧机构。该机构又分为配装式和一体式。配装式弹簧机构有单独的型号, 可配不同型号的断路器使用, 如CT17、CT19 型等。一体式指弹簧机构与真空断路器本体构成一体, 机构本身并没有单独的型号, 例如ZA63A型, VD4 型, 3AH型真空断路器。

一体式减少了中间的传动环节, 使结构变得简单紧凑, 降低了能耗和噪声。这种机构一经装配完毕后可以免调试, 模块化程度较高, 其广泛应用于中低压成套电气行业, 一般由真空断路器厂家一起生产。配装式弹簧机构由国内的指定厂家生产 (陕西永华, 汉中华燕) , 通过机构箱, 对接装置悬挂于横梁之下, 配用敞开式中压断路器, 目前使用最多的是CT17 型和CT19 型。这两者结构基本相同, 前者为直推式输出, 后者为旋转式输出。图2 为CT17 弹簧操动机构图片。

以CT17 为例, 该机构整体结构为夹板式, 储能系统, 驱动系统置于两侧板之间, 合闸弹簧, 接线端子, 微动开关, 储能电机, 电磁铁等置于外侧。储能电机为直流永磁电动机, 储能时间较为稳定。电机通过滑块联轴器与齿轮输入轴相连, 通过二级圆柱齿轮减速, 拉紧合闸弹簧进行储能。其储能系统采用棘爪驱动, 储能到位时机构离合, 电机空转;手动储能为棘轮机构, 不会带动电机轴转动;扇形板轴上装有防止逆转的止动棘爪, 防止储能过程中的回退。驱动系统采用凸轮摆动与四连杆组合而成的组合机构, 所有的连杆均采用对称铰接, 考虑到真空断路器的负载特点, 使四连杆行驶在断路器的超行程阶段接近死区, 机械利益增大, 增力效果明显。合分闸半轴都采用平面半轴锁闩, 在分闸脱扣系统中采用两级减力机构, 使脱扣力可以较小, 与分闸电磁铁力相匹配。

弹簧操动机构的优点是只需要小功率的操作电源。电机功率小, 同时交直流两用, 适宜交流操作, 且弹簧本身容易制造, 加工成本低, 储存能量效率高。其缺点为结构复杂, 完全依靠机构传动, 零部件数量较多 (约180 个) , 而且加工精度高, 制造工艺复杂, 热处理成本高, 故障较多从而可靠性降低。

2 永磁操动机构

永磁操动机构是一种新型的断路器操动机构。它利用电磁铁操动, 永久磁铁锁扣, 电容器储能, 电子元器件进行分合闸控制, 从而实现断路器所需的操作。

在永磁机构中, 驱使动铁心运动的能量来自于电容器。电容器事先被充电, 储存电场能;操作时, 电容器以放电的方式, 向励磁线圈释放能量, 这样电场能被转换成磁场能, 磁场能再转换成董铁新运动的机械能, 在完成一个完成的操作顺序之后, 电容器可在10S中充满电。永磁体用来产生锁扣力, 不需要任何机械能就可将真空断路器保持在分、合闸位置上。其控制部分采用现代电力电子技术, 构成电子控制单元, 一般采用传感器和接近开关来检测分、合闸状态。

永磁操动机构的结构型式归结为两种:一种为双稳态结构, 另一种为单稳态结构。双稳态结构又有对称式 (双线圈) 和非对称式 (单线圈) 。双稳态结构的分、合闸锁扣靠永久磁铁, 不管是双线圈式还是单线圈式。单稳态的合闸锁扣靠永久磁铁, 分闸锁扣靠弹簧, 结构特点是合闸能源来自电源, 合闸的同时给分闸弹簧储能, 故采用脱扣的方式进行分闸。但是, 单线圈式机构所需的合闸能量较大, 合闸保持力也随之加大, 给产品的设计和调试带来一定的困难。

永磁机构是近年来新兴的一种断路器操动机构。其优势是结构简单, 零部件数量较少, , 无需机械脱扣, 锁扣装置, 提高了工作的可靠性;工作时主要的零部件只有一个铁心, 而且它与相关部件之间的运动摩擦极小, 适合频繁的操作;具有良好的力- 行程特性, 非常接近真空断路器的要求。但永磁机构在社会推广度不高, 尚需经受市场的考验, 需要解决好电容的充电时间与使用寿命问题, 电子元器件可靠性仍需提高, 价格也较贵, 因此目前市场用量还不大。

3 电磁操动机构

电磁操作机构以电能作为操作动力, 由一个电磁线圈和铁心, 加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成, 结构简单, 零件数量少, 制造成本低。螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。常见的电磁机构的型号为CD10 和CD17 型。

电磁机构的优点是结构简单, 便于加工制造, 工作可靠。其缺点为合闸线圈消耗功较大, 要求配用大容量的直流电源 (蓄电池) , 因而辅助设备投资较大, 维护费用高, 加之机构本身笨重, 动作时间长, 在断路器中使用数量已逐渐减少。

4 结论

目前, 弹簧操动机构在市场中占有主导地位, 国内外典型的电力设备企业均有自己的主打品牌, 因而造成弹簧机构的种类加多, 型号繁杂, 各产品通用化, 系列化程度低。结合未来电力系统的智能化发展趋势, 弹簧操动机构也应该朝着模块化, 智能化, 系列化方向发展;精简弹簧操动机构种类, 实现高度系列化、模块化且具备企业特色;加大核心零部件自制力度, 建立专业化生产基地;加大系列化机构推广力度、建立机构序列标准库, 供市场需求选型使用。在做优弹簧机构的同时, 着力研发契合市场需求的永磁操动机构, 解决该机构存在的技术难题, 进行一定程度的技术储备, 使其尽快投放市场, 拓宽该产品在电力设备中的发展之路。

参考文献

[1]王刚, 王普庆.高压电器基础教程.2008:6-10.

[2]陈嵩.CT14型弹簧机构常见故障分析及处理办法[J].电力安全技术, 2012:38.

[3]李建基.特高压、超高压、高压、中压开关设备实用技术[M].机械工业出版社, 2011:180-184.

气动操动机构篇6

在弹簧机构生产装配中, 对于输出功较大的机构, 所用的弹簧直径较大, 其弹性系数相对较大, 从而出现弹簧装配困难的问题。传统的装配方法是借助于普通的装配工具辅助完成装配, 装配难度大且劳动强度较大。为解决大弹簧在机构装配过程中的难题, 并降低装配劳动强度, 本文作者对该类型大弹簧的装配工艺进行了深入分析, 从而设计出了用于装配弹簧操动机构弹簧的电动压缩储能装置。

1 装置结构

用于装配弹簧操动机构弹簧的电动压缩储能装置主要有电机、减速机、螺旋千斤顶、弹簧固定导向装置等部分组成。高压开关弹簧机构储能弹簧的压缩, 需很大的压力, 传统做法是靠人工利用千斤顶进行的, 增加了工人的劳动强度, 压缩过程中存在安全隐患, 且不能够为压缩弹簧提供准确的数据, 难以保证装配质量, 且降低了生产效率, 对产品性能也有一定的影响。

本装置是利用套管将螺旋千斤顶与减速机连接, 通过电机带动, 实现电动化。并采用测力传感器与千斤顶顶杆连接, 当顶杆开始压缩弹簧时, 可以通过测力传感器随时监测压缩弹簧的数据。操作过程实现电动操作, 并能够监测实时数据。采用电动机提供动力, 经减速机将能量传给千斤顶, 再由千斤顶通过压头 (由11滑板和12筒组成) 向前推动储能弹簧, 最终实现储能弹簧的装配, 降低了工人劳动强度, 减少了安全隐患, 大大提高了生产效率。

具体结构如图1所示。顶, 降低了工人劳动强度。当压缩储能弹簧时, 千斤顶输出的力作用在传感器圆盘上, (圆盘卡在千斤顶的顶杆内, 并用螺栓与项11滑板连接) , 传感器端能够显示出实时数据。项11滑板与项12筒焊接, 形成压头, 项13导向杆的两端带螺纹, 固定在两端的项4固定板, 滑板的四个孔里紧配项20轴套, 压头通过四个孔穿在四根导向杆上, 处于悬空状态, 能够在导向杆上滑动。压头的底部利用项19V型支撑块进行支撑, 利用项18圆柱销将项17轴承放置在V型支撑块里, 使轴承的端面垂直与V型块的支撑面, 从而保证了压头在V型块的支撑下能够水平滑动。当弹簧达到预定压缩量时候, 利用项14弹簧压板将弹簧固定在项16储能筒体中, 从而实现

1、底板2、安装板3、螺旋千斤顶4、固定板5、限位开关6、安装板7、减速机8、测力传感器9、连接链条10、电机11、滑板12、筒13、导向杆14、弹簧压板15、储能弹簧16、储能筒体17、轴承18、圆柱销19、V型支撑块20、轴套21、千斤顶支撑板22、套管

2 装置原理及具体实施方式

图1中, 将项1底板固定在工作台上, 利用螺栓将项4固定板与项1底板连接, 项2安装板用螺栓与项4固定板连接, 将项5限位开关安装在项2安装板上, 项6安装板上固定项7减速机和项10电机, 将项3螺旋千斤顶进行改进, 在千斤顶的底座钻孔, 通过螺栓固定在项4固定板上, 用项21千斤顶支撑板进行支撑, 从而保证千斤顶水平放置。将千斤顶的压杆去掉, 利用项22套管将千斤顶与项7减速机连接, 电机与减速机通过项9连接链条进行连接, 从而实现电机带动千斤了压缩弹簧储能的任务。当储能结束后, 电机带动千斤顶返回到初始位置, 为下一个储能弹簧准备。

简言之, 此装置的工作过程为电机通过减速机带动千斤顶, 千斤顶的顶杆作用在滑板上, 滑板在四根导向杆上滑动, 使压头压紧储能弹簧, 在千斤顶顶杆与滑板中间有传感器的圆盘, 能够实时显示出压缩的数据, 当压缩到预定压缩量时, 用弹簧压板将弹簧固定在储能筒体中, 从而完成压缩储能弹簧的工作。

结语

此装置利用电动代替人工, 通过机电一体化进行设计, 降低了工人劳动强度, 提高了生产效率, 压缩过程平稳进行, 减少了安全隐患, 具有很高的实用价值。

摘要：本文主要介绍了一种用于装配高压电器产品上弹簧操动机构弹簧的电动压缩储能装置, 并对该装置的使用情况进行了阐述, 指出该装置的实用价值。

关键词：高压电器,弹簧操动机构,电动压缩

参考文献

气动操动机构篇7

操动机构是高压断路器的重要组成部分。它不仅要保证断路器准确无误地开断和关合，并可靠地保持在分闸或者合闸的位置上，还需要完成快速自动重合闸操作，具备防跳跃、自动复位和闭锁等功能[1]。弹簧操动机构是一种以弹簧作为储能元件的机械式操动机构。弹簧储能结束后，其分合闸动作都是通过脱扣装置来实现。脱扣装置作为一种机械传动装置有着广泛的应用。在弹簧操动机构中，脱扣装置的作用是通过机械传动结构将大的原动力进行保持，然后通过在脱扣件上施加很小的作用力，来释放原动力，从而达到脱扣的目的。

本文以某型号弹簧操动机构中的脱扣装置为例，介绍了脱扣装置的结构及其工作原理。通过分析脱扣装置中各个零部件相互的作用关系及实例计算，进一步阐述了脱扣装置的结构原理。

1 脱扣装置的结构及工作原理

弹簧操动机构中脱扣装置的结构如图1所示。

1动力元件2传动元件3定位元件4保持元件

在初始位置时，动力元件1储存弹簧能量，传动元件2将能量传递给保持元件4，保持元件4在定位元件3的作用下保持不动。弹簧能量在各零部件之间构成力与力矩的平衡。当进行脱扣操作时，通过对保持元件4进行动作来打破零部件之间的力平衡，动力元件1在原动力的作用下失去阻碍力进行圆周运动，从而实现脱扣。

由图1可知，动力元件1、传动元件2、保持元件4均为轴向固定，只能绕轴进行转动。在转动过程中，轴承受向心径向力，从而使整个脱扣装置处于平衡状态。

2 脱扣装置脱扣力分析

脱扣装置的作用是通过机械传动结构将大的原动力进行保持，然后作用很小的力在脱扣件上，来释放大的原动力，从而达到脱扣的目的。

假定动力元件1的初始原动力为100 N·m，力臂长度为196 mm，如图1所示：

从图1中可以得出，动力元件1作用在传动元件2上的力为：

传动元件2在力F1的作用下有逆时针转动的趋势，其转动作用力为：

传动元件2与定位元件3接触时，作用在定位元件3上的力为：