一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头转让专利
申请号 : CN202011464756.3
文献号 : CN112614738B
文献日 : 2021-11-09
发明人 : 袁召 , 何俊磊 , 潘垣 , 陈立学
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,包括:触头片(1)、触头托(2)、支撑架(3)、触头杯(4)、导电杆(5)和铁磁柱(7);
所述触头片(1)、触头托(2)、支撑架(3)、触头杯(4)和导电杆(5)从上到下依次设置,且各个接触面均通过高电导率的焊料连接;
所述触头托(2)与所述触头杯(4)形成杯腔,所述支撑架(3)位于杯腔中心,所述铁磁柱(7)均匀分布在所述支撑架(3)与杯腔内壁之间,所述支撑架(3)的下端面和所述铁磁柱(7)的下端面均通过定位槽与杯腔底部接触,所述支撑架(3)的上端面和所述铁磁柱(7)的上端面均连接所述触头托(2);
所述导电杆(5)设置在触头杯(4)的底部,用于连接触头和真空灭弧室,传导电流;在所述触头片(1)上沿径向均匀设置有多个第一槽,所述第一槽用于减小触头片(1)中的涡流,从而减小燃弧期间磁场的滞后和电流过零时刻的剩余磁场;
在所述触头片(1)上沿径向均匀设置有多个第二槽,且所述第二槽设置在相邻两个第一槽之间,所述第二槽的长度小于所述第一槽的长度,所述第二槽的宽度小于所述第一槽的宽度;所述第二槽用于进一步减小触头片(1)中的涡流,同时保障燃弧期间阴极斑点的运动路径。
2.如权利要求1所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,在所述触头托(2)上均匀设置有沿径向的第三槽,所述第三槽用于减小触头托(2)中的涡流,减小燃弧期间磁场的滞后和电流过零时刻的剩余磁场;且所述第三槽的位置与所述第一槽的位置相同。
3.如权利要求2所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,在所述触头托(2)上沿径向均匀设置有多个第四槽,且所述第四槽设置在相邻两个第三槽之间,所述第四槽的长度小于所述第三槽的长度,所述第四槽的宽度小于所述第三槽的宽度;所述第四槽的位置与所述第二槽的位置相同;所述第四槽用于进一步减小触头托(2)中的涡流。
4.如权利要求3所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,所述第一槽的数量与所述第三槽的数量相同,所述第二槽的数量与所述第四槽的数量相同;且所述第一槽的数量与所述触头杯(4)的杯指数量相同。
5.如权利要求1‑4任一项所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,所述支撑架(3)的材料为不锈钢材料。
6.如权利要求2所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,在所述触头杯(4)上开槽且沿杯壁旋转90°形成杯指,所述触头杯(4)上的槽口与所述触头托(2)上的第三槽对应。
7.如权利要求6所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,所述铁磁柱(7)固定在所述支撑架(3)和所述触头杯(4)内壁之间,所述铁磁柱(7)的数量与所述触头杯(4)的杯指数量相同,多个所述铁磁柱(7)均匀分布在所述触头托(2)的所述第三槽对应的直径方向,所述铁磁柱(7)的下端面通过杯腔底部均匀设置于定位槽,所述铁磁柱(7)的上端面与触头托的下表面接触。
8.如权利要求7所述的真空灭弧室纵磁触头,其特征在于,所述铁磁柱(7)为圆柱形,所述定位槽为圆柱形。
说明书 :
一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头
技术领域
背景技术
与所用的触头结构密切相关。
电流叠加到主回路电流上,使真空灭弧室内的电弧因电流过零熄灭,这也导致直流电弧的
燃弧时间比工频交流电弧更短,对真空灭弧室内电弧的扩散提出更高的要求。
发明内容
对电弧的扩散是以抑制作用占主导,导致对直流真空电弧的控制作用有限的问题;本发明
的目的在于使其在分闸初期开距较小时触头边缘纵向磁场强度大于中心区域,开距较大时
纵向磁场分布相对均匀,电流过零后剩余磁场较小。
上到下依次设置,且各个接触面均通过高电导率的焊料连接;触头托与触头杯形成杯腔,支
撑架位于杯腔中心,铁磁柱均匀分布在支撑架与杯腔内壁之间,支撑架的下端面和铁磁柱
的下端面均通过定位槽与杯腔底部接触,支撑架的上端面和铁磁柱的上端面均连接触头
托;导电杆设置在触头杯的底部,用于连接触头和真空灭弧室,传导电流。
均匀设置有多个第二槽,且所述第二槽设置在相邻两个第一槽之间,第二槽的长度小于第
一槽的长度,第二槽的宽度小于第一槽的宽度;第二槽用于进一步减小触头片中的涡流,同
时保障燃弧期间阴极斑点的运动路径。
的剩余磁场。在触头托上沿径向均匀设置有多个第四槽,且第四槽设置在相邻两个第三槽
之间,第四槽的长度小于所述第三槽的长度,第四槽的宽度小于所述第三槽的宽度;第四槽
的位置与所述第二槽的位置相同,第四槽用于进一步减小触头托中的涡流。
触头杯时能产生纵向磁场。
通过杯腔底部均匀设置于定位槽,铁磁柱的上端面与触头托的下表面接触。触头结构能改
善触头间隙的纵向磁场分布,电流过零后剩余磁场较小,有利于电弧等离子体的快速扩散,
适用于基于人工过零原理的直流开断工况。
杯腔;支撑架位于杯腔中心,铁磁柱则均匀分布在支撑架与触头杯壁之间的区域,支撑架和
铁磁柱的下端面均通过定位槽与杯腔底部接触,上端面连接触头托。
数,与现有的杯状纵磁触头片结构相同,目的是减小触头在电流过零时因涡流而产生的剩
余磁场。由于添加的铁磁材料增大了剩余磁场,故在每相邻两个大槽之间又开有长度、宽度
较小的槽,以在尽可能减小剩磁的同时,使燃弧期间的阴极斑点能有足够的空间向外扩散。
触头整体不宜做得过重,故只在触头杯槽口附近位置放置铁磁柱,数量与杯指数相同,形状
为圆柱型便于加工。其下端面通过杯腔底部的均匀分布的圆柱槽定位,上端面与触头托的
下表面接触。电流流过触头杯并产生纵向磁场时,铁磁柱易被磁化而产生同方向的纵向磁
场,对触头边缘处的纵向磁场强度起增强的作用。
弧起始扩散阶段触头边缘处的纵向磁场强度,有利于电弧的快速扩散。
对电弧产生有效的控制效果,有利于电弧等离子体的均匀分布,减少集聚。
挡,有利于电弧等离子体的扩散,提高开断性能。
附图说明
具体实施方式
明,并不用于限定本发明。
被广泛运用的CuCr50,即Cu、Cr的质量分数均占50%,能同时兼顾触头在较高电导率和机械
强度方面的需求,耐电弧烧蚀能力强;触头托2、触头杯4、导电杆5、垫环6材料为TU1无氧铜,
以减小触头闭合时的通流损耗;支撑架3的材料为不锈钢022Cr17Ni12Mo2,强度高,耐腐蚀
性能强;铁磁柱7的材料为电工纯铁DT4,该材料在触头所产生的mT级磁场范围内的磁导率
约为7000,易被磁化。
流断路器中,以开断5kA直流电流为例,电流峰值时刻触头中间平面产生20‑25mT的纵向磁
场;当施加换流电流后,电流在百微妙级甚至更少的时间内快速过零时,由于触头杯、触头
托中的涡流,会在触头间隙产生15‑20mT剩余磁场,铁磁材料的存在也进一步增强了剩磁,
抑制弧后等离子体的扩散,对开断不利。开槽处理能有效减小涡流的影响,同时部分槽设置
为小槽可使燃弧阶段阴极斑点有足够的空间向外运动。
械强度。
应。由于触头杯4所产生的纵向磁场对杯腔内不同位置铁磁材料的磁化作用有所区别,如果
直接放置环形的铁磁材料或是过多的铁磁柱,对边缘纵向磁场的增强作用有限,却会极大
增加触头的质量,故需要对铁磁柱的位置进行选择。本发明在触头杯4内腔底部开有6个圆
形定位孔14,以固定铁磁柱7,均匀分布在槽口13对应的直径方向上。铁磁柱7下端面通过杯
腔底部的6个均匀分布的圆柱槽定位,上端面与触头托的下表面接触。由于铁磁柱磁导率较
高,易被磁化产生纵向磁场,方向与触头杯所产生的纵向磁场相同。
7
柱7与触头托、触头杯通过焊料电气连接,其电导率约为1×10 S/m,相对触头杯约5.7×
7
10S/m的电导率能起到一定的分流作用,减小流过触头杯4中的电流,从而使触头中心区域
的纵向磁场减小0.5mT~1mT,有利于电弧的快速扩散。当达到额定开距后,开距相对较大,
铁磁材料在间隙产生的纵向磁场较弱,此时纵向磁场分布相对均匀,且能保持在足够的强
度对电弧产生有效的控制效果,维持电弧处于扩散态,有利于电弧等离子体的均匀分布,减
少集聚。
在本发明的保护范围之内。