真空灭弧室及其触头结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空断路器技术领域，具体而言，涉及真空灭弧室及其触头结构。
【背景技术】
[0002]针对真空电弧的研宄不断地促进真空灭弧室技术的发展和进步。目前，对真空电弧的开断主要集中在工频交流上，起初采用平板触头，因开断能力无法满足要求，相继出现了横磁和触头结构。典型的纵向磁场触头使真空电弧在大电流下保持稳定和扩散状态。典型的横向磁场触头有阿基米德螺旋槽、杯状横磁、万字形等。由于螺旋槽及杯状触头开槽使得动静触头分别等效为两个方向相反的电流环，在触头间隙产生辐射状径向磁场与主电流方向垂直。由于纵向磁场主要是降低弧柱压降，这对较长间隙及对相对较长的工频半波燃弧时间作用明显，对低电压小间隙及燃弧时间短的真空电弧作用相对较弱。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种真空灭弧室及其触头结构，促进电弧的扩散态转化，增大触头开断能力。在触头直径一定时，增大触头接触面积、燃弧面积和弧后凝结剩余等离子体和金属蒸汽面积。
[0004]本发明一个方面提供了一种用于真空灭弧室的触头结构，包括:相对设置的阴极触头和阳极触头，所述阴极触头的端面和所述阳极触头的端面为相互对应的曲面，且端面各处平滑过渡。
[0005]在一些实施例中，优选为，所述曲面为曲线回转面或曲线直曲面。
[0006]在一些实施例中，优选为，当所述曲面为曲线回转面时，所述曲线回转面为正弦回转曲面。
[0007]在一些实施例中，优选为，当所述曲面为曲线直曲面时，所述曲线直曲面为正弦直曲面。
[0008]在一些实施例中，优选为，所述正弦曲面包含1-5个周期。
[0009]在一些实施例中，优选为，所述正弦曲面包含2-3个周期。
[0010]在一些实施例中，优选为，当用作直流分断时，用于直流真空灭弧室，所述阴极触头和所述阳极触头的材料不同。
[0011]在一些实施例中，优选为，所述阴极触头采用低熔点材料；所述阴极触头采用高熔点材料。
[0012]在一些实施例中，优选为，所述阳极触头采用的低熔点材料包括:铜、铜铋合金、铜铬合金中的任一种或其他。
[0013]在一些实施例中，优选为，所述阴极触头采用的高熔点材料包括:铜铁合金、铜铬合金、铜钨合金中的任一种或其他。
[0014]本发明另一个方面还提供了一种真空灭弧室，其包括所述的触头结构，所述触头结构外罩有屏蔽罩，两端分别连接动导电杆、静导电杆。
[0015]本发明另一个方面还提供了一种真空断路器，其包括真空灭弧室，所述真空灭弧室中设有所述的触头结构。
[0016]本发明实施例提供的真空灭弧室及其触头结构，与现有技术相比，阴极触头、阳极触头采用曲面，以增加触头表面积。选择回面的旋转线时，为尽可能增加面积使用有多个波纹的周期函数。同时，考虑触头表面平滑过渡，无尖峰，保证触头间隙下电场尽量均匀，且触头闭合时接触力应连续不突变。在同样触头直径下，增大了触头接触面积和燃弧面积，利于电弧向扩散态发展，增大真空开关开断的电流等级，有效减小真空开关体积。
【附图说明】
[0017]图1为本发明一个实施例中用于真空灭弧室的触头结构示意图；
[0018]图2为本发明一个实施例中曲面为曲线回转面的结构示意图；
[0019]图3为本发明一个实施例中曲面为曲线回转面的结构示意图；
[0020]图4为本发明一个实施例中曲面为曲线直曲面的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0022]为提高真空开关的开断能力，同时减小真空灭弧室的体积，本发明提供了一种真空灭弧室及其触头结构。
[0023]该用于真空灭弧室的触头结构包括:相对设置的阴极触头和阳极触头，阴极触头的端面和阳极触头的端面为相互对应的曲面，且端面各处平滑过渡。
[0024]包含上述触头结构的真空灭弧室，触头结构外罩有屏蔽罩，两端分别连接动导电杆、静导电杆。
[0025]真空灭弧室作为一个重要组件可以组成真空断路器。
[0026]在触头结构中，阴极触头、阳极触头采用曲面，以增加触头表面积。选择回转曲面的旋转线时，为尽可能增加面积使用有多个波纹的周期函数。同时，考虑触头表面平滑过渡，无尖峰，保证触头间隙下电场尽量均匀，且触头闭合时接触力应连续不突变。
[0027]接下来，通过一些实施例来详细描述该用于真空灭弧室的触头结构:
[0028]诸多研宄表明，增大触头间的有效面积，可以增大燃弧区域，采用磁场控制方法可使电弧在触头表面均匀扩散；真空强迫分断电流过零后，弧后等离子体、金属蒸汽在触头表面复合和凝结，通过触头间隙外溢，其中触头表面凝结是主要因素。分断成功与否由分断后燃弧期间过高的金属蒸汽衰减速度(表征介质恢复速度)与恢复电压上升速度之间关系决定。
[0029]基于上述分析，如图1所示，本技术中的触头结构立足于不改变触头直径的情况下，增大触头的端面积，扩大触头燃弧和弧后凝结金属蒸汽的有效面积。因此，阴极触头、阳极触头相对而设，端面相配合成，采用曲面，从而提高端面的面积。另外，为了避免剪切力受力不均，触头间隙下电场不均，触头闭合时接触力不连续，发生突变的情况，端面各处采用平滑过渡。
[0030]该曲面的形式有多种，比如:曲线回转面(曲线绕轴向旋转一周形成的曲面)如图
2、3所示，或曲线直曲面(曲线沿曲线平面的法向拉伸形成的曲面)如图4所示。
[0031]为了更优化受力均匀性，电场均匀性，闭合接触力连续，发明人将触头端面设计为正弦圆周曲面。具备相同高度的波峰波谷，波的连续性强，能够更好地满足设计要求。
[0032]当然，曲线回转面的设计还有很多，比如:端面还可以为两个半圆，分别向上开口、向下开口，左右不交叉分布；而且，两个半圆又可以为相同直径或不同直径等各种方案；又比如:两个半圆还可以扩展到多个半圆，或弓形替换半圆。
[0033]在阴极触头、阳极触头底座上还可以开槽，增强触头的横向或纵向磁场。或者在触头面上开槽，减小涡流。
[0034]在曲线回转面选用正弦曲面时，为了尽可能增加面积，可以使用多个波纹的周期函数，1-5个周期是比较好的选择，周期过多，曲率过大，有效的接触面积逐渐减少，周期过少，更趋近于平面结构，所以有效的接触面积也变小。在本实施例中采用2个周期或3个周期。
[0035]由于直流开断时触头极性的确定性，触头阴极、触头阳极采用不同材料，使得弧后新阴极降低电子发射几率，提高分断能力，增大电流等级，抑制弧后重击穿几率。
[0036]阳极采用低恪点材料，如Cu、CuBi> CuCr等合金，主要以铜为主，其他金属以任意比例混入即可。而阴极则可以采用相对较高熔点材料，以减少燃弧期间的金属蒸汽量，选用的阴极材料可以为不同比例的CuFe、CuCr和CuW等，同样，以铜为主，其他金属以任意比例混入即可。
[0037]将上述触头结构应用到真空灭弧室，触头结构外罩有屏蔽罩，两端分别连接动导电杆、静导电杆。该真空灭弧室能够增大真空灭弧室内的触头接触面积、燃弧面积和弧后凝结剩余等离子体和金属蒸汽面积。增大真空灭弧室开断能力。
[0038]将上述真空灭弧室应用到真空断路器，能减小真空开关的体积。
[0039]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于真空灭弧室的触头结构，其特征在于，包括:相对设置的阴极触头和阳极触头，所述阴极触头的端面和所述阳极触头的端面为相互对应的曲面，且端面各处平滑过渡。2.如权利要求1所述的用于真空灭弧室的触头结构，其特征在于，所述曲面为曲线回转面或曲线直曲面。3.如权利要求2所述的用于真空灭弧室的触头结构，其特征在于，当所述曲面为曲线回转面时，所述曲线回转面为正弦回转曲面；和/或，当所述曲面为曲线直曲面时，所述曲线直曲面为正弦直曲面。4.如权利要求2所述的用于真空灭弧室的触头结构，其特征在于，所述正弦曲面包含1-5个周期，优选2-3个周期。5.如权利要求1-4任一项所述的用于真空灭弧室的触头结构，其特征在于，当用于直流真空灭弧室时，所述阴极触头和所述阳极的触头材料不同。6.如权利要求5所述的用于直流真空灭弧室的触头结构，其特征在于，所述阳极触头采用低熔点材料；所述阴极触头采用高熔点材料。7.如权利要求6所述的用于直流真空灭弧室的触头结构，其特征在于，所述阳极触头采用的低熔点材料包括:铜、铜铋合金、铜铬合金中的任一种或其它。8.如权利要求6所述的用于直流真空灭弧室的触头结构，其特征在于，所述阴极触头采用的高熔点材料包括:铜铁合金、铜铬合金、铜钨合金中的任一种或其他。9.一种真空灭弧室，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的触头结构，所述触头结构外罩有屏蔽罩，两端分别连接动导电杆、静导电杆。10.一种真空断路器，其特征在于，包括权利要求9的真空灭弧室。
【专利摘要】本发明涉及真空断路器技术领域，具体涉及真空灭弧室及其触头结构。该触头结构包括：相对设置的阴极触头和阳极触头，阴极触头的端面和阳极触头的端面为相互对应的曲线回转面或曲线直曲面，且端面各处平滑过渡。本发明能够增加端面接触面积，促进电弧向扩散态转化，在触头直径一定时，增大触头接触面积、燃弧面积和弧后凝结剩余等离子体和金属蒸汽面积。进而增大真空灭弧室开断能力，减小真空开关体积。
【IPC分类】H01H73/18, H01H73/04, H01H33/664, H01H33/66
【公开号】CN104966650
【申请号】CN201510282864
【发明人】武建文, 霍文磊
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月28日