CB級雙電源自動轉換開關的設計研究

李鵬　齊瑞強　劉振強　孔勝

摘要：針對雙電源自動轉換開關的設計，主要探討了雙電源自動轉換開關的控制系統，機械結構和其他相關結構。總結了CB級電源自動轉換開關的設計過程和電源自動轉換開關控制系統的基本工作原理。結果表明，CB級電源自動轉換開關依舊有其獨特的作用。

關鍵詞：雙電源;交流;自動轉換開關;電力系統分析

引言

自上世紀初，雙電源自動轉換開關誕生以來，在國外已經有了幾十年的歷史。雙電源自動轉換開關廣泛應用在低壓配電的作業等方面，是保證重要的設備連續供電的關鍵設備。經過進幾十年的發展，雙電源自動轉換開關的性能和使用要求都在不斷的提高。但我國是自2002年起，我國才開始了雙電源自動轉換開關的起步工作，并且制定了GB/T14048. 11國家標準，以此來規范我國的雙電源自動轉換開關。正因為雙電源自動轉換開關廣泛的應用型和使用效果，所以各個國家對于雙電源自動轉換開關的設計都非常重視，不惜投入巨資在雙電源自動轉換開關的設計開發上。

1 CB級雙電源自動轉換開關的原理

1.1雙電源自動轉換開關的分類

雙電源自動轉換開關是可以分為兩大類，一種是CB級，一種是PC級的雙電源自動轉換開關。PC級雙電源自動轉換開關，主要分為兩種不同的結構，一種是帶有隔離開關的雙電源自主功能轉換;一種是一體化的雙電源自動轉換開關。不同于CB級的雙電源自動轉換開關，這種設計不能承受短路電流，所以其功能不如CB級的應用范圍廣，但是其自動化程度非常高，所以目前研究的主要方向還是PC級的雙電源自動轉換開關。CB級的雙電源自動轉換開關，隨著幾十年技術的發展也演變出很多種形式。其中，聯鎖機構的方式也是五花八門，CB級采用的仍然是傳統的塑殼式斷路器控制常用和備用的電源電路。

1.2 CB級雙電源自動轉換開關的控制結構

CB級雙電源自動轉換開關的特點是用于切換三相的交流電源，使得供電的電源做到一備一用。同時，CB級雙電源自動轉換開關還可以用于單相交流電機，所以控制系統還包括對于電機的正反轉的控制模塊設計。

1.3 CB級雙電源自動轉換開關的機械連鎖與操作機構

CB級雙電源自動轉換開關的機械聯鎖結構分類很多主要分為，齒輪齒條型機械聯鎖機構和凸輪式機械聯鎖操作機構。如圖1.1就是齒輪與齒條組合的機械聯鎖機構的結構圖。齒輪齒條型的機械聯鎖機構主要包括四個主要的零件，分別是單相交流電機，齒輪，齒條和操作機構。其工作原理是由電動機帶動齒輪旋轉，由旋轉的齒輪帶動齒條運動，從而撥動手柄進行旋轉，其原理和開合普通的斷路器一樣，只不過其運動部件改成手動旋轉或者由電機旋轉操作兩臺斷路器。配置的兩臺斷路器與普通的斷路器的結構也是一樣的，所以其開合原理并沒有本質的區別。

凸輪式機械聯鎖操作機構，其主要的零件是電機，電機的大齒輪，盤形齒輪，電機的小齒輪，左側操作機構，右側操作機構和手柄。從本質上講，齒輪齒條型機械聯鎖機構和凸輪式機械聯鎖操作機構改變的只是開關閉合手柄的方式的機械傳動機構。其工作原理是由電機帶動大齒輪轉動，有大齒輪帶動盤形齒輪轉動Ⅲ，而盤形齒輪與左右操作杠桿相連，由左右杠桿帶動操作手柄運動，從而實現電路的轉換。

2 CB級雙電源自動轉換開關的脫扣設計和再扣設計

2.1

CB級雙電源自動轉換開關的脫扣設計

雙電源自動轉換開關的開關主要是依靠主觸頭的開合完成的，一般情況下是機械聯鎖裝置開合，在短路等特殊情況下也有可能自動閉合。低壓斷路器的自動脫鉤機構是連桿機構，當主觸頭閉合時，自動脫鉤機構負責將主觸頭固定在此位置。當整個電路發生發故障時，脫扣器會帶動自由脫扣結構發生脫扣的動作，從而時整個電路發生短路，進而保護整個電路的安全，如圖所示為CB級低壓斷路器的內部結構圖[2]。

2.2

CB級雙電源自動轉換開關的的再扣設計

有自由脫扣機構的再扣是通過傳動機構和觸頭一起運動，由手柄的操作完成整個開啟與閉合操作，但是脫扣后，傳動機構就與觸頭就沒有關聯了。斷路器的再扣形式主要分為兩種，一種是自動再扣的情況，一種是非自動再扣脫口。自動再扣是由彈簧的作用和手柄自身的重量，共同作用下完成再扣，不需要人的參與。這種方式多用于萬能式斷路器，通關手柄的儲能實現的。當合閘之前，這種結構的口片和連桿緊密相貼，當合閘后，連個零件分開，蓄能后實現死二次的再扣合閘。CB級低壓斷路器采用的是塑殼式斷路器，并不適合采用自動再扣的形式，所以采用的是非自動再扣的形式。非自動再扣的原理是在再扣的時候，五桿的機構會轉變為四桿機構。此時在閉合彈簧過死點后，有一對可折的連桿會挺直從而會讓觸頭快速的閉合。但是這種結構的缺點是再扣的時候的力度比較大，所以這也就限制了電磁設備的應用。

3斷路器觸頭氧化對斷路器的影響

在CB級雙電源自動轉換開關的設計中，斷路器觸頭常用的材料有銀化鎢和銀鎢鎳的化合物，每次分斷開關后都會產生Ag203的氧化物，而由于這種氧化膜的存在導致每次關斷斷路器，出頭得電阻都會增大10左右。所以在設計觸頭的設計和計算的過程中，我們是需要考慮觸頭的電阻大小的。在設計斷路器的觸頭時，我們通常引入界面電阻這個量來衡量其電阻的大小。斷路器的觸頭在接觸的時候會發生，電流集中的問題，此時產生的電阻值為束流電阻。束流電阻與界面電阻之和，稱之為觸頭的接觸電阻，其大小為：

式中，Rj為接觸電阻;Kf為接觸材料表面情況的影響因素;m為接觸形式有關的系數;P為接觸的壓力。觸頭的壓力越大，其Rj的值越小。

4結論

1）對雙電源自動轉換開關設計的脫扣裝置和相關的機械聯鎖的傳動機構的設計進行合理的分類。

2）深入探討了CB級雙電源自動轉換開關的發展過程與其在使用中觸頭氧化的問題，為以后的研發奠定了基礎。

參考文獻

[1]潘益偉，陳顯輝，金佳敏等.一起llOkVGIS隔離開關拒分的原因分析[J].電氣時代，2015，68-72.

[2]李暢.新型塑殼斷路器機構綜合與分析[D].上海：上海工程技術大學，2016.

作者簡介：

李鵬，男，1991-，碩士，工程師，主要研究方向機電設備設計