科技论文:真空灭弧室自闭力影响因素的探讨

时间:2018-06-03 00:00来源:网络 点击:0
  (陕西宝光真空电器股份有限公司,陕西 宝鸡 721006)

  摘要:文章针对真空灭弧室在实际生产过程中出现自闭力波动幅度较大甚至出现自闭力不合格的现象。通过理论分析,并结合真空灭弧室设计结构与总装工艺,对真空灭弧室自闭力的控制进行探讨。

  关键词:真空灭弧室 ;自闭力;波纹管刚度;伸缩量

  1 前言

  真空灭弧室在外界大气压力作用下,将产生一个使动触头自行与静触头闭合的力,这个力称作“自闭力”。自闭力是真空开关触头总压力的一部分,除大功率的真空断路器外,往往是触头压力中必须估算进去的一部分,如450A低压真空接触器触头压力为90N,其中真空灭弧室自闭力占60N,因此自闭力的大小对真空灭弧室来说是十分重要的。对于部分真空灭弧室,其自闭力的标准范围较窄,在实际真空灭弧室的生产过程中会出现自闭力值超出标准要求的不合格现象。

  本文通过引述自闭力理论计算公式,结合真空灭弧室设计结构以及总装工艺,探讨影响真空灭弧室自闭力的主要因素以及控制要点。

  2 理论分析

  2.1 受力分析:

  不同结构的灭弧室,波纹管在灭弧室内处理预压缩状态或预拉开状态,因此动触头除受到大气压力所用下产生的力,还受到因波纹管预压缩或预拉开所产生的弹力。由于波纹管在灭弧室内的伸缩状态不同,因此波纹管弹力对自闭力的影响已不同。若波纹管在管内处于预拉伸状态,则作用到触头的力因受到波纹管弹力的作用与受到的大气压力方向相反;反之,则相同。

  2.2 计算公式:

  通过受力分析,真空灭弧室自闭力是由大气压力和波纹管弹力的和力决定的。

  因此真空灭弧室自闭力计算公式为:

  F= F1±F2=π/3[R²+Rr+(3P-2)r²] ±J*S≈πr²P±(j/n)*S 2-1

  式中:R:波纹管外径半径 r:波纹管内径半径

  P:真空灭弧室内外压差 J:波纹管刚度

  j:波纹管单波刚度 n:波纹管波峰总数

  S:波纹管伸缩量量

  根据波纹管自闭力计算公式[1] ,其中:

  F1=π/3[R²+Rr+(3P-2)r²]≈πr²P 2-2

  表示波纹管受大气压力作用到触头上的力。式中通过导入数据,其推导结论表示大气压力所用到触头上的力由波纹管内径决定。

  F2= J*s=(j/n)*S 2-3

  表示波纹管在灭弧室内的状态,即预压缩或预拉伸,波纹管弹力对自闭力的影响。

  在设计灭弧室确定自闭力大小时,一方面可以通过波纹管结构确定,主要是波纹管内径r,另一方面可以通过改变波纹管在灭弧室内的伸缩状态,主要是控制波纹管的伸缩量来进行调整。若波纹管在管内处于预拉伸状态,则真空灭弧室自闭力为F=F1-F2;反之,则真空灭弧室自闭力为F=F1+F2。

  3 影响灭弧室自闭力的主要因素

  3.1 大气压力的作用

  一般真空灭弧室内的压强小于1.33×10-2Pa,真空灭弧室内处于高真空状态,因此真空灭弧室波纹管内外形成压力差。由公式2-2可知,若真空灭弧室漏气,内外压差很小甚至为零,则大气压力所用到波纹管上的力也就很小,即波纹管自闭力很小或无自闭力。

  3.2真空灭弧室设计结构

  随着真空技术的发展,绝缘外壳等密封零件的质量的较高,以及真空灭弧室的制造工艺较为成熟,一只合格的真空灭弧室其漏气率非常小,正常情况下真空灭弧室的有效存储期为20年。因此真空灭弧室内外压强差确定的情况下,由公式2-2可知,波纹管内径大小直接影响真空灭弧室自闭力理论中心值的大小,内径越大波纹管自闭力越大。其次,波纹管设计时的单波刚度值和波峰数直接影响该波纹管的刚度值,根据公式2-3可知,波纹管单波刚度值确定的情况下,波数越多,波纹管刚度值越大,则波纹管在灭弧室内的预拉伸状态对于真空灭弧室自闭力的影响越大。

  若真空灭弧室波纹管内径直径为35mm,波纹管在真空灭弧室内预压缩2mm焊接,波纹管刚度值为8N/mm。由公式2-2,波纹管自闭力设计理论值为F1=π×(0.035/2)²P=97.5N。由公式2-3,因波纹管被压缩使得触头受到波纹管的弹力F2=8N/mm×2mm=16N。再根据公式2-1计算可得,该结构真空灭弧室设计自闭力理论计算值为F=F1+F2=113.5N。

  3.3 制造工艺的影响

  在真空灭弧室生产制造过程中,波纹管需经过酸洗后使用,波纹管壁厚会变小,则波纹管刚度值变小,因此波纹管在预压缩或预拉伸状态下,波纹管的酸洗工艺控制的一致性也较为重要。

  对于纵磁触头真空灭弧室整管封排时基本采用将动触头拉开的方式焊接,即动静触头之间拉开一定的距离,通过整管封排过程中波纹管的压缩热定型作用,波纹管的实际状态又会发生变化,因此也会影响到灭弧室自闭力。若一真空灭弧室波纹管的单波刚度为180N/mm,波数为4波,则该波纹管刚度值为45N/mm,意味着该波纹管被压缩或拉伸1mm,其弹力对自闭力的影响为45N,因此严格控制整管封排过程中动静触头的拉开距离较为重要,避免波纹管因压缩热定型过渡使其状态变化后自闭力差异较大,从一定程度上降低真空灭弧室自闭力的离散程度。

  4 结论

  采用真空灭弧室自闭力计算公式,通过真空灭弧室内波纹管的伸缩量,波纹管内径大小,确定真空灭弧室自闭力的大小值。通过控制波纹管酸洗工艺以及真空灭弧室总装工艺过程中动静端触头拉开距离的一致性,对于提高真空灭弧室自闭力的一致性是有好处的。

  参考文献:

  [1]王季梅主编.真空灭弧室设计、制造及其应用[M].陕西:西安交通大学出版社.1993:38-41.

  [2]JB/T6169-2006.金属波纹管[S].北京:机械工业出版社.2006

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