弹簧操动机构的合闸效率

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1、弹簧操动机构的合闸效率刘唯2015.12.12弹簧操动机构的合闸效率摘要：提高弹簧操机构的合闸效率可以降低其成本，提高其运行可靠性。从能量守恒的角度，对两大类弹簧操动机构的合闸过程进行分析，发掘对合闸过程没有贡献的功，对其合闸效率进行比对，对大功率弹簧操动机构的合闸驱动设计有参考意义。关键词：弹簧操动机构合闸效率大功率Abstract:Wecancutdownthecostandimprovethereliabilityofthespringmechanismbyimprovetheefficiencyofclosingprocess.Thepaperpre

2、sentstheclosingprocessoftwokindsofspringmechanism.Wedigthewastepowerofclosingspringaccordingtoenergyconservation,discustheefficiencyofthedifferentdesigncase.Itismorenecessarytotheheavypowerspringmechanism.Keywords:springmechanism,theclosingefficiency,heavypower.0引言弹簧操动机构因其功能完备，价格便宜

3、，被越来越多的断路器采用。随着弹簧操动机构被市场的接受，人们开始对其小型化，或将其引入更高的电压领域。真正的小型化并不能以牺牲产品的设计余量为代价；将其引入高压领域，也不能是简单的尺寸放大。因为高压领域的操作功会更大，引起的震动对机构的可靠性会有更大的影响，提高弹簧操动机构的合闸效率，减小震动较中压弹簧操动机构更为迫切。提高弹簧操动机构的合闸效率主要有两个方面，一是减少摩擦损耗，二是采用新的合闸驱动结构。本文主要讨论合闸驱动结构对合闸效率的影响。目前弹簧操动机构，从储能的角度看，分为两类。一类是电机一次储能动作，只给合闸弹簧储能，合闸弹簧的能量一次性释放，但

4、合闸过程中会给分闸弹簧储能。另一类是电机一次储给弹簧的能量分两次释放，一次用于合闸，一次用于分闸。第二类机构只有极少种机构采用，且越来越少。本文只讨论第一类机构。1从能量守恒的角度看问题断路器合闸操作时，机构承担了合闸驱动的角色，断路器能不能合闸到位及合闸速度是否合适都和机构有关，具体来说，和机构的合闸驱动有关。我们关心的效率，主要和这部分结构有关。对于目前大多数真空断路器配用的弹簧操动机构而言，尽管原理稍有不同，结构千差万别，但其能量在合闸操作后会转换为以下形式，图中数据只是估算。图1能量转换分布图1弹簧操动机构的合闸效率刘唯2015.12.12Fig.1

5、Energyconvertdistributiondiagram在合闸的过程中，能量也会部分转化为运动部件的动能，但最终这部分能量也会转化为触头弹簧及分闸弹簧的势能。合闸初始时刻，凸轮碰撞滚子，会有能量损失，刚合时刻，动静触头碰撞也会有能量损失。摩擦也会有能量损失。为了保证能可靠合闸，合闸弹簧中大于合闸过程所需要的那部分能量，称为剩余能量。剩余能量不能太小，随时间的推移，润滑不到位及生锈等原因，摩擦力加大，有合闸不到位的风险，剩余能量太大，会降低产品的寿命，影响其可靠性。其它指的是指为完成其它功能所消耗的合闸弹簧能量。下面我们来分析常见的两类弹簧操动机构的合

6、闸过程细节。2典型弹簧操动机构的合闸驱动结构图2a是某一典型弹簧操动机构的分闸已储能位置示意图。这类机构的主要特点是合闸驱动采用凸轮直接撞击输出拐臂。因其结构简单，被绝大多数机构采用，故称其为典型结构。合闸弹簧的挂簧拐臂和凸轮6同轴并固定，能够360度旋转。挂簧拐臂顺时针前180度储能后，再顺时针转180度释放能量，这时，也带动凸轮6顺时针180度旋转，推动输出拐臂4到如图2b示合闸位置。凸轮转动过程分了三段：一、真正的合闸过程，凸轮6从图2a所示位置转到图3所示位置；二、合闸保持扣接过程，图3中所示凸轮6从实线到虚线的位置；三、防碰过程，如图4示。1238

7、4576a分闸已储能位置b合闸未储能位置1分闸半轴2大挚子3小挚子4输出拐臂5滚子6凸轮7储能保持挚子8合闸半轴图2典型弹簧机构合分位置示意图Fig.2Theclosingandopeningpositionoftypicalspringmechanism2弹簧操动机构的合闸效率刘唯2015.12.1256°图3合闸保持角示意图Fig.3Theanglekeepingthespringmechanismincloseposition7°图4防碰间隙角示意图Fig.4Theanglepreventedtheinterferencebetweenthecaman

8、doutputshaft图3中所示的56度，以凸轮将