CB级双电源自动转换开关的设计研究

李鹏　齐瑞强　刘振强　孔胜

摘要：针对双电源自动转换开关的设计，主要探讨了双电源自动转换开关的控制系统，机械结构和其他相关结构。总结了CB级电源自动转换开关的设计过程和电源自动转换开关控制系统的基本工作原理。结果表明，CB级电源自动转换开关依旧有其独特的作用。

关键词：双电源;交流;自动转换开关;电力系统分析

引言

自上世纪初，双电源自动转换开关诞生以来，在国外已经有了几十年的历史。双电源自动转换开关广泛应用在低压配电的作业等方面，是保证重要的设备连续供电的关键设备。经过进几十年的发展，双电源自动转换开关的性能和使用要求都在不断的提高。但我国是自2002年起，我国才开始了双电源自动转换开关的起步工作，并且制定了GB/T14048. 11国家标准，以此来规范我国的双电源自动转换开关。正因为双电源自动转换开关广泛的应用型和使用效果，所以各个国家对于双电源自动转换开关的设计都非常重视，不惜投入巨资在双电源自动转换开关的设计开发上。

1 CB级双电源自动转换开关的原理

1.1双电源自动转换开关的分类

双电源自动转换开关是可以分为两大类，一种是CB级，一种是PC级的双电源自动转换开关。PC级双电源自动转换开关，主要分为两种不同的结构，一种是带有隔离开关的双电源自主功能转换;一种是一体化的双电源自动转换开关。不同于CB级的双电源自动转换开关，这种设计不能承受短路电流，所以其功能不如CB级的应用范围广，但是其自动化程度非常高，所以目前研究的主要方向还是PC级的双电源自动转换开关。CB级的双电源自动转换开关，随着几十年技术的发展也演变出很多种形式。其中，联锁机构的方式也是五花八门，CB级采用的仍然是传统的塑壳式断路器控制常用和备用的电源电路。

1.2 CB级双电源自动转换开关的控制结构

CB级双电源自动转换开关的特点是用于切换三相的交流电源，使得供电的电源做到一备一用。同时，CB级双电源自动转换开关还可以用于单相交流电机，所以控制系统还包括对于电机的正反转的控制模块设计。

1.3 CB级双电源自动转换开关的机械连锁与操作机构

CB级双电源自动转换开关的机械联锁结构分类很多主要分为，齿轮齿条型机械联锁机构和凸轮式机械联锁操作机构。如图1.1就是齿轮与齿条组合的机械联锁机构的结构图。齿轮齿条型的机械联锁机构主要包括四个主要的零件，分别是单相交流电机，齿轮，齿条和操作机构。其工作原理是由电动机带动齿轮旋转，由旋转的齿轮带动齿条运动，从而拨动手柄进行旋转，其原理和开合普通的断路器一样，只不过其运动部件改成手动旋转或者由电机旋转操作两台断路器。配置的两台断路器与普通的断路器的结构也是一样的，所以其开合原理并没有本质的区别。

凸轮式机械联锁操作机构，其主要的零件是电机，电机的大齿轮，盘形齿轮，电机的小齿轮，左侧操作机构，右侧操作机构和手柄。从本质上讲，齿轮齿条型机械联锁机构和凸轮式机械联锁操作机构改变的只是开关闭合手柄的方式的机械传动机构。其工作原理是由电机带动大齿轮转动，有大齿轮带动盘形齿轮转动Ⅲ，而盘形齿轮与左右操作杠杆相连，由左右杠杆带动操作手柄运动，从而实现电路的转换。

2 CB级双电源自动转换开关的脱扣设计和再扣设计

2.1

CB级双电源自动转换开关的脱扣设计

双电源自动转换开关的开关主要是依靠主触头的开合完成的，一般情况下是机械联锁装置开合，在短路等特殊情况下也有可能自动闭合。低压断路器的自动脱钩机构是连杆机构，当主触头闭合时，自动脱钩机构负责将主触头固定在此位置。当整个电路发生发故障时，脱扣器会带动自由脱扣结构发生脱扣的动作，从而时整个电路发生短路，进而保护整个电路的安全，如图所示为CB级低压断路器的内部结构图[2]。

2.2

CB级双电源自动转换开关的的再扣设计

有自由脱扣机构的再扣是通过传动机构和触头一起运动，由手柄的操作完成整个开启与闭合操作，但是脱扣后，传动机构就与触头就没有关联了。断路器的再扣形式主要分为两种，一种是自动再扣的情况，一種是非自动再扣脱口。自动再扣是由弹簧的作用和手柄自身的重量，共同作用下完成再扣，不需要人的参与。这种方式多用于万能式断路器，通关手柄的储能实现的。当合闸之前，这种结构的口片和连杆紧密相贴，当合闸后，连个零件分开，蓄能后实现死二次的再扣合闸。CB级低压断路器采用的是塑壳式断路器，并不适合采用自动再扣的形式，所以采用的是非自动再扣的形式。非自动再扣的原理是在再扣的时候，五杆的机构会转变为四杆机构。此时在闭合弹簧过死点后，有一对可折的连杆会挺直从而会让触头快速的闭合。但是这种结构的缺点是再扣的时候的力度比较大，所以这也就限制了电磁设备的应用。

3断路器触头氧化对断路器的影响

在CB级双电源自动转换开关的设计中，断路器触头常用的材料有银化钨和银钨镍的化合物，每次分断开关后都会产生Ag203的氧化物，而由于这种氧化膜的存在导致每次关断断路器，出头得电阻都会增大10左右。所以在设计触头的设计和计算的过程中，我们是需要考虑触头的电阻大小的。在设计断路器的触头时，我们通常引入界面电阻这个量来衡量其电阻的大小。断路器的触头在接触的时候会发生，电流集中的问题，此时产生的电阻值为束流电阻。束流电阻与界面电阻之和，称之为触头的接触电阻，其大小为：

式中，Rj为接触电阻;Kf为接触材料表面情况的影响因素;m为接触形式有关的系数;P为接触的压力。触头的压力越大，其Rj的值越小。

4结论

1）对双电源自动转换开关设计的脱扣装置和相关的机械联锁的传动机构的设计进行合理的分类。

2）深入探讨了CB级双电源自动转换开关的发展过程与其在使用中触头氧化的问题，为以后的研发奠定了基础。

参考文献

[1]潘益伟，陈显辉，金佳敏等.一起llOkVGIS隔离开关拒分的原因分析[J].电气时代，2015，68-72.

[2]李畅.新型塑壳断路器机构综合与分析[D].上海：上海工程技术大学，2016.

作者简介：

李鹏，男，1991-，硕士，工程师，主要研究方向机电设备设计