真空断路器传动系统中配重对合分闸机械特性的影响

Breaking in Vacuum Circuit-Breaker Drive System
FAN Cheng-yong （Tianshui Changcheng Switchgear Factory Co.,Ltd, Tianshui 741211, China） Abstract: Weight disposition in a circuit-breaker drive system was studied by using Pro/Motion mechanism dynamics analysis software. Relative parameters of the software were set to automatically record and measure the real-time speed and displacement between A and B points. Comparison of different weight disposition plans was made, mechanical travel characteristic curve and speed characteristic curve given. Reasonable weight disposition of the drive system can improve breaking speed, making spring jump etc mechanical performance of circuit-breakers. Key words: weight disposition; mechanical travel characteristic curve; speed characteristic curve; making spring jump; breaking speed
3 设置参数
在进行模拟分析前，必须对弹簧刚度、弹簧自 由长度、动触头跟绝缘拉杆间碰撞的恢复系数等进 行设置，这些参数的设置应该接近实际，偏离产品 实际参数太远的参数设置，所得出的结论影响数 据的应用价值。本分析中参数设置如下：分闸簧刚 度K = 48 N/mm；触头簧刚度K = 30 N/mm；合闸簧刚度 K = 37 N/mm；触头反力大小F 反 = 310 N；灭弧室自闭 力F 自 = 200 N；灭弧室动端运动质量为5 kg；绝缘拉 杆和动触头间碰撞接触面的恢复系数设置为0.5。
2) 方案 2 和方案 3 的 A 点的分闸速度特性曲 线的对比见图 4。方案 2 和方案 3 的速度曲线其本 相同，说明在大轴上配置重量和在拉杆下端配置重 量的不同情况，对分闸特性的影响基本是相同的。
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电工电气 (2010 No.6)
真空断路器传动系统中配重对合分闸机械特性的影响
分闸速度/(mm·s-1)
4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000
500
方案2 方案3
0
2
4
6
8 10
t/ms
图4 方案2与方案3A点的分闸速度特性曲线
3)方案1、方案2和方案3的B点的分闸速度特性 曲线的对比，见图5。从图中可以看出，在大轴联 动部分不同的重量配置方案，对于灭弧室动触头B 点的速度特性曲线的影响要小得多。将配重增加到 6 kg，对于B点的分闸速度特性曲线振幅的影响不超 过10%。
关键词 ：配重 ；机械行程特性曲线 ；速度特性曲线 ；合闸弹跳 ；分闸速度 中图分类号：TM561.2 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2010)06-0028-03
Weight Disposition Impacts on Mechanical Characteristics of Making and
3 000
2 500
分闸速度/(mm·s-1)
2 000 1 500 1 000
500
方案3
方案2 方案1
0
2
4
6
8 10
t/ms
图5 方案1、方案2和方案3的B点分闸速度特性曲线
4)方案1和2的B点合闸机械行程特性曲线的对
比见图6和图7。图7是图6的局部放大图，可更清楚 的对比不同方案的配重对于合闸弹跳的影响。
5 结语
合理的配置传动系统的重量能改善断路器的分 闸速度、合闸弹跳等机械性能，从以上分析可以看 出 ：(1) 若断路器的合闸速度偏高，且弹跳过大， 那么应该合理的增加配重 ；(2) 若断路器分闸机械 特性曲线在刚分点位置的拐点过大，应该合理增加 配重 ；(3) 配置重量的位置可以根据断路器的尺寸、 外观等因素选择，配重加在大轴或绝缘拉杆下端都 是可选的位置。
收稿日期 ：2010-01-29
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(1) 方案 1 和方案 2 的 A 点的分闸速度特性曲
线和分闸机械行程特性曲线的对比如图 2 和图 3 所
示。
4 500
4 000 3 500 3 000
方案1 方案2
分闸速度/(mm·s-1)
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
2
4
6
8 10
t/ms
图2 方案1与方案2A点的分闸速度特性曲线
4 运动分析
设置好相关的参数后，就可以进行模拟运动过 程了，在动态模拟中，设置软件的相关参数，使其 自动记录、测量A、B点的即时速度和即时位移，以 0.01 ms为一个步长，且自动绘制A、B点的速度曲线 和位移曲线。为了便于比较，可以将几个方案的行 程或速度曲线绘制在同一个图中。在一系列的图形 的对比与分析后，主要分析以下几个图形：
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拉杆下端增加重量的铁块。其中以触头簧为界，将 传动系统分为上下两个部分，上部分为灭弧室动端 部分，下部分为大轴联动部分。为了使分析得以实 现，做了以下两个假设：(1)运动过程中不考虑各 连接处的摩擦阻力；(2)运动过程中不考虑空气阻 力的影响。
2 设定分析方案
为了进行对比，设定 3 种不同的重量配置方 案 ：(1) 在 E V H1-40.5 断路器传动系统中没有增加 重量配置的情况下，进行运动学分析，得出参考点 A、B 处的运动速度和位移特性曲线。(2) 在相同传 动系统的大轴上增加 2.94 kg 的铁筒，即在大轴上 配装内径Ф40 mm，外径Ф80 mm，长 100 mm 的圆铁 筒，位置如图 1 序 3 所示，进行运动学分析，得 出参考点 A、B 处的运动速度和位移特性曲线。(3) 在相同传动系统的绝缘拉杆下端增加 2.94 kg 的铁 块，即在断路器的三个绝缘拉杆下端各配一个外径 Ф50 mm，长 64 mm 的圆铁杆，位置如图 1 序 10 所示。
-55 方案1
-60
方案2
机械行程/mm
-65
-70
-75
0
2
46ຫໍສະໝຸດ 8 10t/ms图3 方案1与方案2A点的分闸机械行程特性曲线
从方案 1 的速度曲线中可以看出，A 点的速度 变化很大，甚至速度会出现负值，即大轴联动部分 的震动会很明显，从 A 点测得的机械行程特性曲 线中会看到有很明显的拐点，显然这样的机械特性 曲线不是很理想的曲线 ；在 B 点测得的机械特性曲 线没有这样明显的拐点，但在实际生产中，Z N63、 V S1、E V H 等断路器的机械机械特性曲线均是在 A 点测得，上述曲线存在的拐点不利于判断系统运动 是否正常，是否有卡滞等意外情况。为了得到理想 的速度特性，应选择合适的配重，方案 2 的速度特 性曲线，其振幅明显要小于方案 1 的速度特性曲线， 从 A 点测得的机械行程曲线的拐点也不太明显，显 然该曲线对于生产制造中质量的控制更为有利。
0 引言
高压交流真空断路器的合分闸机械特性直接影 响断路器的关合和开断能力，要对产品的传动系 统进行优化设计，必须对影响合分闸参数的相关 因素进行更详细的分析研究，这对于提高断路器可 靠性、稳定性有着积极的意义。本文使用美国P T C 公司的Pro/Motion机构动力学分析软件，对断路器 传动系统中，重量的不同配置方案进行了详细的研 究，提出了断路器的传动系统重量合理配置的意见 与方案。
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真空断路器传动系统中配重对合分闸机械特性的影响
产品与应用
真空断路器传动系统中配重对合分闸机械特性的影响
范承勇
(天水长城开关厂有限公司，甘肃 天水 741211)
摘 要 ：使用 Pro/Motion 机构动力学分析软件，对断路器传动系统中重量的配置进行了研究。设置 软件的相关参数，自动记录和测量 A、B 点的即时速度和即时位移。对比不同的重量配置方案，给出了机 械行程特性曲线和速度特性曲线。合理的配置传动系统的重量能改善断路器的分闸速度、合闸弹跳等机 械性能。
5) 方案2和3的B点合闸机械行程特性曲线的对 比见图 8，在大轴上配重和绝缘拉杆下端配重两方案 对机械特性曲线，尤其对合闸弹跳的影响差别很小。
20.5
19.6
机械行程/mm
18.7
17.8 16.9
方案2 方案3
16.0 15.00
18.75
22.50 t/ms
26.25
30.00
图8 方案2和方案3的B点的合闸机械行程特性曲线
21.0
16.8
机械行程/mm
12.6
方案1
方案2 8.4
4.2
0 5 10 15 20 25 30 t/ms
图6 方案1和方案2的B点的合闸机械行程特性曲线
20.5
19.6
机械行程/mm
18.7
17.8 方案1
16.9
方案2
16.0 0 5 10 15 20 25 30 t/ms
图7 局部放大图
大轴联动部分增加配重后，合闸速度略有降低， 从 1.08 m / s 降低到 1.01 m / s，大约减小了 7%。从 图 7 可以看出，增加配重后，对合闸弹跳的影响更 加明显，合闸弹跳值减少了约 1/3，这样就在很大 程度上改善了合闸过程的机械性能。