真空滅弧室及其觸頭結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空斷路器技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及真空滅弧室及其觸頭結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]針對(duì)真空電弧的研宄不斷地促進(jìn)真空滅弧室技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。目前，對(duì)真空電弧的開(kāi)斷主要集中在工頻交流上，起初采用平板觸頭，因開(kāi)斷能力無(wú)法滿(mǎn)足要求，相繼出現(xiàn)了橫磁和觸頭結(jié)構(gòu)。典型的縱向磁場(chǎng)觸頭使真空電弧在大電流下保持穩(wěn)定和擴(kuò)散狀態(tài)。典型的橫向磁場(chǎng)觸頭有阿基米德螺旋槽、杯狀橫磁、萬(wàn)字形等。由于螺旋槽及杯狀觸頭開(kāi)槽使得動(dòng)靜觸頭分別等效為兩個(gè)方向相反的電流環(huán)，在觸頭間隙產(chǎn)生輻射狀徑向磁場(chǎng)與主電流方向垂直。由于縱向磁場(chǎng)主要是降低弧柱壓降，這對(duì)較長(zhǎng)間隙及對(duì)相對(duì)較長(zhǎng)的工頻半波燃弧時(shí)間作用明顯，對(duì)低電壓小間隙及燃弧時(shí)間短的真空電弧作用相對(duì)較弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種真空滅弧室及其觸頭結(jié)構(gòu)，促進(jìn)電弧的擴(kuò)散態(tài)轉(zhuǎn)化，增大觸頭開(kāi)斷能力。在觸頭直徑一定時(shí)，增大觸頭接觸面積、燃弧面積和弧后凝結(jié)剩余等離子體和金屬蒸汽面積。
[0004]本發(fā)明一個(gè)方面提供了一種用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，包括:相對(duì)設(shè)置的陰極觸頭和陽(yáng)極觸頭，所述陰極觸頭的端面和所述陽(yáng)極觸頭的端面為相互對(duì)應(yīng)的曲面，且端面各處平滑過(guò)渡。
[0005]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述曲面為曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面或曲線(xiàn)直曲面。
[0006]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，當(dāng)所述曲面為曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面時(shí)，所述曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面為正弦回轉(zhuǎn)曲面。
[0007]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，當(dāng)所述曲面為曲線(xiàn)直曲面時(shí)，所述曲線(xiàn)直曲面為正弦直曲面。
[0008]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述正弦曲面包含1-5個(gè)周期。
[0009]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述正弦曲面包含2-3個(gè)周期。
[0010]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，當(dāng)用作直流分?jǐn)鄷r(shí)，用于直流真空滅弧室，所述陰極觸頭和所述陽(yáng)極觸頭的材料不同。
[0011]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述陰極觸頭采用低熔點(diǎn)材料；所述陰極觸頭采用高熔點(diǎn)材料。
[0012]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述陽(yáng)極觸頭采用的低熔點(diǎn)材料包括:銅、銅鉍合金、銅鉻合金中的任一種或其他。
[0013]在一些實(shí)施例中，優(yōu)選為，所述陰極觸頭采用的高熔點(diǎn)材料包括:銅鐵合金、銅鉻合金、銅鎢合金中的任一種或其他。
[0014]本發(fā)明另一個(gè)方面還提供了一種真空滅弧室，其包括所述的觸頭結(jié)構(gòu)，所述觸頭結(jié)構(gòu)外罩有屏蔽罩，兩端分別連接動(dòng)導(dǎo)電桿、靜導(dǎo)電桿。
[0015]本發(fā)明另一個(gè)方面還提供了一種真空斷路器，其包括真空滅弧室，所述真空滅弧室中設(shè)有所述的觸頭結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供的真空滅弧室及其觸頭結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，陰極觸頭、陽(yáng)極觸頭采用曲面，以增加觸頭表面積。選擇回面的旋轉(zhuǎn)線(xiàn)時(shí)，為盡可能增加面積使用有多個(gè)波紋的周期函數(shù)。同時(shí)，考慮觸頭表面平滑過(guò)渡，無(wú)尖峰，保證觸頭間隙下電場(chǎng)盡量均勻，且觸頭閉合時(shí)接觸力應(yīng)連續(xù)不突變。在同樣觸頭直徑下，增大了觸頭接觸面積和燃弧面積，利于電弧向擴(kuò)散態(tài)發(fā)展，增大真空開(kāi)關(guān)開(kāi)斷的電流等級(jí)，有效減小真空開(kāi)關(guān)體積。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中曲面為曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中曲面為曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中曲面為曲線(xiàn)直曲面的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)具體的實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022]為提高真空開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷能力，同時(shí)減小真空滅弧室的體積，本發(fā)明提供了一種真空滅弧室及其觸頭結(jié)構(gòu)。
[0023]該用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)包括:相對(duì)設(shè)置的陰極觸頭和陽(yáng)極觸頭，陰極觸頭的端面和陽(yáng)極觸頭的端面為相互對(duì)應(yīng)的曲面，且端面各處平滑過(guò)渡。
[0024]包含上述觸頭結(jié)構(gòu)的真空滅弧室，觸頭結(jié)構(gòu)外罩有屏蔽罩，兩端分別連接動(dòng)導(dǎo)電桿、靜導(dǎo)電桿。
[0025]真空滅弧室作為一個(gè)重要組件可以組成真空斷路器。
[0026]在觸頭結(jié)構(gòu)中，陰極觸頭、陽(yáng)極觸頭采用曲面，以增加觸頭表面積。選擇回轉(zhuǎn)曲面的旋轉(zhuǎn)線(xiàn)時(shí)，為盡可能增加面積使用有多個(gè)波紋的周期函數(shù)。同時(shí)，考慮觸頭表面平滑過(guò)渡，無(wú)尖峰，保證觸頭間隙下電場(chǎng)盡量均勻，且觸頭閉合時(shí)接觸力應(yīng)連續(xù)不突變。
[0027]接下來(lái)，通過(guò)一些實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述該用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu):
[0028]諸多研宄表明，增大觸頭間的有效面積，可以增大燃弧區(qū)域，采用磁場(chǎng)控制方法可使電弧在觸頭表面均勻擴(kuò)散；真空強(qiáng)迫分?jǐn)嚯娏鬟^(guò)零后，弧后等離子體、金屬蒸汽在觸頭表面復(fù)合和凝結(jié)，通過(guò)觸頭間隙外溢，其中觸頭表面凝結(jié)是主要因素。分?jǐn)喑晒εc否由分?jǐn)嗪笕蓟∑陂g過(guò)高的金屬蒸汽衰減速度(表征介質(zhì)恢復(fù)速度)與恢復(fù)電壓上升速度之間關(guān)系決定。
[0029]基于上述分析，如圖1所示，本技術(shù)中的觸頭結(jié)構(gòu)立足于不改變觸頭直徑的情況下，增大觸頭的端面積，擴(kuò)大觸頭燃弧和弧后凝結(jié)金屬蒸汽的有效面積。因此，陰極觸頭、陽(yáng)極觸頭相對(duì)而設(shè)，端面相配合成，采用曲面，從而提高端面的面積。另外，為了避免剪切力受力不均，觸頭間隙下電場(chǎng)不均，觸頭閉合時(shí)接觸力不連續(xù)，發(fā)生突變的情況，端面各處采用平滑過(guò)渡。
[0030]該曲面的形式有多種，比如:曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面(曲線(xiàn)繞軸向旋轉(zhuǎn)一周形成的曲面)如圖
2、3所示，或曲線(xiàn)直曲面(曲線(xiàn)沿曲線(xiàn)平面的法向拉伸形成的曲面)如圖4所示。
[0031]為了更優(yōu)化受力均勻性，電場(chǎng)均勻性，閉合接觸力連續(xù)，發(fā)明人將觸頭端面設(shè)計(jì)為正弦圓周曲面。具備相同高度的波峰波谷，波的連續(xù)性強(qiáng)，能夠更好地滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
[0032]當(dāng)然，曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面的設(shè)計(jì)還有很多，比如:端面還可以為兩個(gè)半圓，分別向上開(kāi)口、向下開(kāi)口，左右不交叉分布；而且，兩個(gè)半圓又可以為相同直徑或不同直徑等各種方案；又比如:兩個(gè)半圓還可以擴(kuò)展到多個(gè)半圓，或弓形替換半圓。
[0033]在陰極觸頭、陽(yáng)極觸頭底座上還可以開(kāi)槽，增強(qiáng)觸頭的橫向或縱向磁場(chǎng)?；蛘咴谟|頭面上開(kāi)槽，減小渦流。
[0034]在曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面選用正弦曲面時(shí)，為了盡可能增加面積，可以使用多個(gè)波紋的周期函數(shù)，1-5個(gè)周期是比較好的選擇，周期過(guò)多，曲率過(guò)大，有效的接觸面積逐漸減少，周期過(guò)少，更趨近于平面結(jié)構(gòu)，所以有效的接觸面積也變小。在本實(shí)施例中采用2個(gè)周期或3個(gè)周期。
[0035]由于直流開(kāi)斷時(shí)觸頭極性的確定性，觸頭陰極、觸頭陽(yáng)極采用不同材料，使得弧后新陰極降低電子發(fā)射幾率，提高分?jǐn)嗄芰?，增大電流等?jí)，抑制弧后重?fù)舸茁省?br>[0036]陽(yáng)極采用低恪點(diǎn)材料，如Cu、CuBi> CuCr等合金，主要以銅為主，其他金屬以任意比例混入即可。而陰極則可以采用相對(duì)較高熔點(diǎn)材料，以減少燃弧期間的金屬蒸汽量，選用的陰極材料可以為不同比例的CuFe、CuCr和CuW等，同樣，以銅為主，其他金屬以任意比例混入即可。
[0037]將上述觸頭結(jié)構(gòu)應(yīng)用到真空滅弧室，觸頭結(jié)構(gòu)外罩有屏蔽罩，兩端分別連接動(dòng)導(dǎo)電桿、靜導(dǎo)電桿。該真空滅弧室能夠增大真空滅弧室內(nèi)的觸頭接觸面積、燃弧面積和弧后凝結(jié)剩余等離子體和金屬蒸汽面積。增大真空滅弧室開(kāi)斷能力。
[0038]將上述真空滅弧室應(yīng)用到真空斷路器，能減小真空開(kāi)關(guān)的體積。
[0039]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:相對(duì)設(shè)置的陰極觸頭和陽(yáng)極觸頭，所述陰極觸頭的端面和所述陽(yáng)極觸頭的端面為相互對(duì)應(yīng)的曲面，且端面各處平滑過(guò)渡。2.如權(quán)利要求1所述的用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲面為曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面或曲線(xiàn)直曲面。3.如權(quán)利要求2所述的用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)所述曲面為曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面時(shí)，所述曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面為正弦回轉(zhuǎn)曲面；和/或，當(dāng)所述曲面為曲線(xiàn)直曲面時(shí)，所述曲線(xiàn)直曲面為正弦直曲面。4.如權(quán)利要求2所述的用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述正弦曲面包含1-5個(gè)周期，優(yōu)選2-3個(gè)周期。5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的用于真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)用于直流真空滅弧室時(shí)，所述陰極觸頭和所述陽(yáng)極的觸頭材料不同。6.如權(quán)利要求5所述的用于直流真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陽(yáng)極觸頭采用低熔點(diǎn)材料；所述陰極觸頭采用高熔點(diǎn)材料。7.如權(quán)利要求6所述的用于直流真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陽(yáng)極觸頭采用的低熔點(diǎn)材料包括:銅、銅鉍合金、銅鉻合金中的任一種或其它。8.如權(quán)利要求6所述的用于直流真空滅弧室的觸頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰極觸頭采用的高熔點(diǎn)材料包括:銅鐵合金、銅鉻合金、銅鎢合金中的任一種或其他。9.一種真空滅弧室，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的觸頭結(jié)構(gòu)，所述觸頭結(jié)構(gòu)外罩有屏蔽罩，兩端分別連接動(dòng)導(dǎo)電桿、靜導(dǎo)電桿。10.一種真空斷路器，其特征在于，包括權(quán)利要求9的真空滅弧室。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及真空斷路器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及真空滅弧室及其觸頭結(jié)構(gòu)。該觸頭結(jié)構(gòu)包括：相對(duì)設(shè)置的陰極觸頭和陽(yáng)極觸頭，陰極觸頭的端面和陽(yáng)極觸頭的端面為相互對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)回轉(zhuǎn)面或曲線(xiàn)直曲面，且端面各處平滑過(guò)渡。本發(fā)明能夠增加端面接觸面積，促進(jìn)電弧向擴(kuò)散態(tài)轉(zhuǎn)化，在觸頭直徑一定時(shí)，增大觸頭接觸面積、燃弧面積和弧后凝結(jié)剩余等離子體和金屬蒸汽面積。進(jìn)而增大真空滅弧室開(kāi)斷能力，減小真空開(kāi)關(guān)體積。
【IPC分類(lèi)】H01H73/18, H01H73/04, H01H33/664, H01H33/66
【公開(kāi)號(hào)】CN104966650
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510282864
【發(fā)明人】武建文, 霍文磊
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日