真空断路器工作原理

真空断路器工作原理（精选8篇）

真空断路器工作原理 第1篇

1.1真空断路器与其他断路器相比之是灭弧介质不同罢了, 真空不存在导电介质且具有很强的绝缘特性, 在真空断路器中, 气体非常稀薄, 气体分子的自由行程相对较大, 发生相互碰撞的几率很小使电弧快速熄灭, 因此该断路器的动静触头之间的间距很少。真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小, 电场的均匀程度有关, 而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙 (2~3毫米) 情况下, 有比高压力空气与SF6气体高的绝缘特性, 这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。

1.2真空中电弧的形成与熄灭:真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别, 气体的游离现象不是产生电弧的主要因素, 真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。同时, 开断电流的大小不同, 电弧表现的特点也不同。我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。

1.2.1小电流真空电弧:触头在真空中开断时, 产生电流和能量十分集聚的阴极斑点, 从阴极斑点上大量地蒸发金属蒸汽, 其中的金属原子和带电质点的密度都很高, 电弧就在其中燃烧。同时, 弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散, 电极也不断地蒸发新的质点来补充。在电流过零时, 电弧的能量减小, 电极的温度下降, 蒸发作用减少, 弧柱内的质点密度降低, 最后, 在过零时阴极斑消失, 电弧熄灭。

1.2.2大电流真空电弧:在触头断开大的电流时, 电弧的能量增大, 阳极也严重发热, 形成很强的集聚型的弧柱。同时, 电动力的作用也明显了, 因此, 对于大电流真空电弧, 触头间的磁场分布就对电弧的稳定性和熄弧性能有决定性的影响。如果电流太大, 超过了极限开断电流, 就会造成开断失败。此时, 触头发热严重, 电流过零以后仍然蒸发, 介质恢复困难, 不能断开电流。

2真空断路器的结构和工作原理

2.1真空断路器的结构:按使用条件分为户内 (ZNx—**) 和户外 (ZWx—**) 两种类型。主要由主体部分、灭弧室部分 (真空泡) 、操动机构部分组成 (具体结构见图一) 。其中主体部分由导电回路、绝缘系统、密封件和壳体组成, 整体结构为三相一体式。操作机构为电动储能, 电动分合闸, 同时具有手动功能。整个结构由合闸弹簧, 储能系统, 过流脱扣器, 分合闸线圈, 手动分合闸系统, 辅助开关, 储能指示等部件组成。

2.2工作原理:真空断路器利用高真空中电流流过零点时, 等离子体迅速扩散而熄灭电弧, 完成切断电流的目的。

2.3动作原理:

2.3.1储能过程:当储能电机接通电源时, 电机带动偏心轮转动, 通过紧靠在偏心轮上的滚子带动拐臂及连板摆动, 推动储能棘爪转动, 当棘轮上的销与储能轴套的板靠住以后, 二者一起运动, 使挂在储能轴套上的合闸弹簧拉长。储能轴套由定位销固定, 维持储能状态。同时储能轴套上的拐臂推动行程开关切断储能电机的电源, 并且储能棘爪被抬起与棘轮可靠脱离。

2.3.2合闸操作过程:当机构接到合闸信号后 (开关处于断开, 已储能状态) , 合闸电磁铁的铁心被吸向下运动, 拉动定位件向逆时针方向转动解除储能维持。合闸弹簧带动储能轴套逆时针方向转动, 其凸轮压动传动轴套, 带动连板及摇臂运动, 使摇臂扣住半轴, 使机构处于合闸状态。此时, 连锁装置锁住定位件, 使定位牛不能逆时针方向转动, 达到机构联销的目的, 保证了机构在合闸位置不能合闸操作。

2.3.3分闸操作过程:断路器合闸后, 分闸电磁铁接到信号, 铁芯吸合, 分闸脱扣器中的顶杆向上运动, 使脱扣轴转动, 带动顶杆向上运动, 顶动弯板并带动半轴向反时针方向转动。半轴与摇臂解扣, 在分闸弹簧的作用下, 断路器完成分闸操作。

3真空断路器的维护

通过我公司10KV开关的改造证明, 采用真空断路器改造老系列的开关柜的少油断路器, 其技术成熟可行, 并具有投资少、见效快、改造期间停电时间短等优点。而要确保真空开关安全、可靠地运行, 做好维护工作是重中之中的关键。真空断路器的日常维护工作主要应做好以下几方面工作。

3.1做好新设备调试、交接试验工作:实践证明, 只有严格把好设备的调试及交接试验关, 及时发现并处理设备存在的先天缺陷, 才能保证设备以良好的状况投入运行, 减轻运行中的压力, 降低设备运行中的故障和事故率。做好真空开关调试及交接试验工作, 及时发现真空开关本体漏气及附属绝缘件击穿机构 (含连杆、分合闸缓冲器等) 异常, 机械特性 (弹跳、速度、同期等) 不合格等情况, 作出整改处理后才投入运行, 对确保运行的安全相当重要。

3.2做好真空断路器的定期检测工作:真空开关本体常见的缺陷主要包括, 真空泡慢性漏气、本体绝缘件绝缘击穿等。在目前仍未有完善的在线监测手段的情况下, 定期检查绝缘, 试耐压即预防试验是检验上述缺陷的主要手段。真空开关出现问题的时间主要集中在投产6个月到2年这段时间, 这时真空开关的运行状态较不稳定, 需加强运行检测。

3.3加强运行巡视:在操作中注意观察有无异常现象, 如在分闸操作中, 开关断开后应检查电缆头的带电显示装置有无显示带电;拉开母线侧刀闸时, 观察刀口有无火花和真空泡有无闪光。

4真空断路器的检修

4.1断路器操作机构的检修:一般来说, 真空开关的检修主要针对机构检修, 开关的本体不能检修。对机构的检修严格执行有关检修规程、规定和检修工艺导则, 保证检修质量。

4.1.1断路器新投运1年后, 应进行一次分合闸时间、速度、同期、弹跳、行程、超程、动作电压及机械连动部分的测试和维护工作, 在维护中注意对开关分合闸缓冲器的动作性能进行检查。

4.1.2运行中的机构利用停电机会每年进行一次维护工作。

4.1.3运行中的机构每4年进行一次大修, 不能以临修代替大修。

4.2真空泡的检修试验:

4.2.1真空断路器的燃弧时间短, 绝缘强度高, 电气寿命、机械寿命较高。但是必须定期做好灭弧室真空度的检测工作。一般灭弧室真空度应每开断2000次或每年进行一次检测。检测方法为在真空断路器动静触头在正常开距下 (13mm) , 两触头间以不大于12kV/s的速率升加工频电压至42kV, 稳定一分钟后应无异常现象。

4.2.2灭弧室更换条件, 对使用寿命已到或有异常现象的灭弧室必须更换, 其更换的条件一般是:真空断路器的触头磨损已达到或超出规定值;灭弧室真空度已达不到标准的要求值;其机械操作寿命已达到规定值。真空断路器灭弧室的更换必须严格执行制造厂的具体技术标准和相关的技术要求。

5结束语

真空断路器在生产中已经得到广泛的使用, 而做好维护与检修工作是保证设备安全、可靠运行的保证。本文以个人工作经验为出发点, 文章中有考虑不到的地方请予以指正。

参考文献

[1]电力设备预防性试验规程.中国电力出版社.1997年

真空断路器工作原理 第2篇

空气断路器(自动开关)是断路器的一种。绝缘介质为空气。是用手动(或电动)合闸，用锁扣保持合闸位置，由脱扣机构作用于跳闸并具有灭弧装置的低压开关，目前被广泛用于500V以下的交、直流装置中，在电路中作接通、分断和承载额定工作电流和短路、过载等故障电流。

它的主要作用一般在正常情况下，过电流脱扣器的衔铁是释放着的;一旦发生严重过载或短路故障时，与主电路串联的线圈就将产生较强的电磁吸力把衔铁往下吸引而顶开锁钩，使主触点断开。

真空断路器工作原理 第3篇

1、真空系统组成

包括:真空泵X D-250-7.5K W 3台

真空电磁换向阀STMF-Ⅱ2个

真空挡板阀GD-JDN 504个

真空表YTX-1002个

电接点真空表2100-0.1-0 2个

真空管路一套

手动球阀28个

真空吸盘φ580 28个

2、设备性能及技术参数

真空系统最大提升重量:9000kg

吊运钢板尺寸:长度=6000~12000mm

宽度=1500~3000mm

厚度=6~100mm

3、工作原理

系统配置三台真空泵, 两用一备形式, 每台真空泵各联通一条管路分别到达真空吸盘的内圈和外圈, 同时工作, 相互独立, 通过操作台上转换开关来选择使用哪两台真空泵, 操作中需手动真空挡板阀开关状态与电气选择一致;真空度形成顺序:吸盘腔→手动球阀→电接点真空表→空滤器→真空电磁换向阀→真空表→真空挡板阀→真空泵, 它们之间通过管道相连。吊运不锈钢板时, 根据钢板长度规格选择使用吸盘数量, 打开吸盘吊架上使用吸盘的手动球阀, 关闭其余吸盘的手动球阀, 按下“真空泵启动”按钮, 使吊架缓慢下降, 然后使所选用的吸盘全部接触到钢板并压下, 此时, 吸盘的内圈和外圈与钢板分别形成了两个封闭的容腔, 然后把操作台转换开关打至“吸盘吊打开”位, 真空电磁换向阀得电打开, 真空泵把容腔真空度提高, 真空表可指示容腔的压强, 当真空度指示信号灯亮后, 可以开始起吊钢板。当真空吸盘吸钢板起吊运至指定位置后, 吊架缓慢下降, 停放到指定位置后, 操作台转换开关打至“吸盘吊释放”位, 真空电磁换向阀失电关闭, 此时真空系统与大气连通, 吸盘脱离钢板, 一个吊运作业阶段结束。

4、常见故障判断方法

真空系统出现故障一般表现为系统真空度不足, 起吊重量下降, 钢板易脱落, 此时已不能继续使用, 要尽快找到故障点加以排除, 恢复其性能, 对于此类故障, 宜用排除法。

4.1 真空泵部分

泵运行状态的好坏直接决定吸盘吊的工作能力, 因此正确使用和维护十分重要, 否则会大大降低了泵的工作效率, 常见故障有抽气压力不足, 排气口有油雾、冒蓝烟、泵运转温度高、噪声大等。

原因分析:

4.1.1 压力不足泵工作时达不到规定的极限压力, 因吸力不足导致较厚的钢板无法吸起或经常出现中途跌落, 造成安全隐患和表面损伤, 原因有:进气口滤网堵塞, 润滑油油量不足、变质、劣化, 叶片或泵体磨损超限等。

4.1.2 排气口有油雾、冒蓝烟原因有:泵油太多, 排气过滤器堵塞, 回油阀失效。

4.1.3 温度高主要原因有:冷却不良, 润滑油油量不足、变质、劣化或泵油油太多。

4.1.4 噪声大主要是由于叶片泵体磨损超限, 一般都伴随着压力下降。

4.2 电磁换向阀

由于生产现场灰尘及结构方面存在的原因等此阀易出现故障, 工作失灵, 因此应注意保养。

4.3 真空吸盘

吸盘属橡胶制品, 比较耐磨, 但怕生拉硬拽, 发生整体变形或吊耳断裂, 出现非正常损坏, 影响其密封性能, 降低使用寿命。

5、结语

投产一年多来, 对真空吸盘吊设备运行特点和故障规律有了更多的熟悉和了解, 通过摸索总结, 更好的做好点检工作, 把故障隐患处理在萌芽时期, 提高设备的作业率, 减少故障时间, 保证钢板物流及时到位, 为生产组织顺利进行提供可靠保障。

水环式真空泵工作原理 第4篇

在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的.封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

真空断路器工作原理 第5篇

近年来,人们对汽车的要求越来越高,为了满足人们生活的需要和各个领域的应用,各种先进的车辆技术不断地产生,汽车的行驶速度也随之提高,安全问题显得尤为重要。汽车制动系统里重要组件的突出问题就是安全问题,其中真空助力器的作用成为了重中之重。它直接影响了车辆的安全系数。在汽车试验过程中,真空助力器的性能测试是必不可少的。目前,国内生产的汽车真空助力器性能试验台的技术水平还不够成熟,大多利用开环式气动控制,但其测试过程中的实验数据和分析精度低,很大程度上影响了试验台的稳定性和可信性。相比之下国外的同类设备价格则比较昂贵,而且不能够全面地对汽车真空助力器进行检测。如今对真空助力器的质量要求越来越高,性能检测的过程也极为复杂,目前国内现有的试验台已经无法满足对其综合性能的全面检测。所以汽车真空助力器性能测试在国内是一项空白。该方面的研究对研制汽车真空助力器性能试验台及提高助力器产品质量具有普遍的指导意义。

1.盘式制动器2.制动主缸3.制动软管4.储油罐5.真空单向阀6.制动真空助力器7.制动踏板8.鼓式制动器

2 真空助力器系统

图1为真空助力器伺服制动系统示意图。真空助力器固定在车身上,其输出端与液压制动主缸相连,控制端通过杠杆机构与制动踏板相连,低压腔通过软管与发动机相连。制动真空助力器利用发动机气缸吸气时产生的负压作为动力源而做功,使驾驶员以较小的踏板力获得较高的制动油压,制动操纵更加轻便、可靠。

2.1 真空助力器的结构

真空助力器的结构见图2,它主要是由活塞、膜片、回位弹簧、推杆与操纵杆、单向阀、空气阀及柱塞(真空阀)等组成。真空助力器固定在车身上,安装在制动踏板推杆和制动总泵之间,其作用是为汽车制动提供助力。单向阀的重要功能主要有两个:一是在发动机停止工作后,会产生一次有效地助力制动;二是发动机偶尔回火时,单向阀会起到对真空助力室的膜片保护作用。

1.推杆2.空气阀3.真空通道4.真空阀座5.回位弹簧6.制动踏板推杆7.真空口和单向阀8.膜片回位弹簧9.橡胶反作用盘10.加力气室后腔11.通气道12.空气阀座13.真空阀14.空气滤芯

2.2 真空助力器的工作原理

在非工作的状态下,见图3。助力器中的膜片悬浮在真空中,依靠前、后腔的真空及回位弹簧保持平衡。此时助力器的前、后腔分别经控制阀腔处相通,且空气阀口处呈关闭状态,发动机开始工作后,助力器的前腔的真空度和后腔的真空度相等,即均为0.0667Pa。

当真空助力器工作在制动状态时,如图4。驾驶员施力于制动踏板,踏板的作用力经过杠杆放大后作用在输入力推杆上。首先,由于输入力推杆回位弹簧产生形变,这时输入力推杆和空气阀柱同时向前移动,当前移到一定位置时,控制阀皮碗与真空阀座相接触,真空阀将关闭。这时前、后腔分离,输入力推杆继续向前移至到空气阀将要开启处,这个位置即是助力器升高压力与外界压强达到平衡的位置,此时空气阀柱端部应刚好与反馈盘相接触;随着控制阀推杆的继续向前移动,空气阀门打开,此时,膜片左侧的前腔仍为真空,膜片右侧的后腔通大气,膜片两侧产生压力差,迫使膜片活塞左移,并通过推杆将加大的力作用在制动总泵活塞上,对于驾驶员来说,这起到了助力作用。与此同时,伺服力产生。由于对助力器内真空度的要求比较严格,要求在反馈盘的受力表面各处压强相等,所以反馈盘的材质要求也比较严格,随着控制阀推杆输入力的增加,伺服力也在不断地增加,二者成正比例关系,伺服力比也增长,于是驾驶员在制动过程中会有良好的操纵感和随动性。因为产生的伺服力是一个有限的定值,所以当伺服力的值达到最大时,也就是后腔的真空度为零时,这时伺服力是一个常量,此时助力器的输出力随着输入力的增长而增长,其增长量相同。

当制动停止时,制动踏板力消失,由于输入力逐渐减小,控制阀推杆不断地向后移动,当助力效果达到峰值时,回位弹簧将膜片压回平衡位置,操纵杆向右运动,空气阀刚好关闭,真空阀开启,前、后腔通道连通,膜片两侧再次具有相同的真空度。

在制动稳定后(即维持制动时),如图5。此时控制阀的真空阀口和空气阀口处由于气压差的原因均有形变,即真空阀口和空气阀口均呈关闭状态,这是助力器的第三种平衡位置。在助力器密封检测时,最终处于此平衡位置。

3 真空助力器自动检测主要工作过程

由于本论文所讨论的检测设备可以实现双助力比产品的检测要求,对于双助力产品检测设备硬件与单助力比无区别,仅在助力曲线上增加特征点和助力比。同时又可以实现多种产品检测,所以首先要选择检测产品的标准曲线及密封检测条件。

(1)手工将待测产品装入设备夹具中,按下双手启动按钮,滑台将夹具送到检测位置。

(2)开始检测,举升气缸顶起,挡块伸出,然后举升气缸回落。

(3)上气缸带动装有相应产品回位簧的模拟前壳体装置下行夹紧产品,倍力缸顶起。

(4)阀杆脉动:抽真空,达到真空设定值A1时,伺服电机以设定的推动速度将产品控制阀推杆从初始位置往复推动到设定的行程3次。

(5)自放大检测:检测开始抽真空达到设定值后,做自放大性能检测,输入力为零时,输出力应为零,产品自放大性能合格,否则不合格。

(6)静密封检测:对产品重新抽真空,当达到真空设定值A3时,关闭真空腔直到腔内真空度为A2,将其判定为产品真空检测的最大值,保持一个恒定时间t1,当真空度大于等于A1时,将其判定为产品真空检测的最小值,然后对真空助力器开始检测,得出腔内真空值X11,保压时间T1,继续得下一个真空值X12,由此推算两者之差为腔内真空度的泄漏量X,将此检验结果与泄漏指标X1′作对比,如XX1′产品静密封合格。如上述真空稳定后,真空度低于真空设定值A1时,则产品密封不合格。根据检测结果,置合格或不合格灯亮(真空度A3>A2>A1)。

(7)拐点下动密封检测:对产品重新抽真空,当腔内真空度为设定值A1时,令控制阀推杆以固定的速度运动,当阀杆输入力与初始设定值相同时,推杆停止运动。当达到真空设定值A3时,关闭真空腔,待真空度降至真空设定值A2时,保持一个恒定时间t2后,如真空度不低于真空设定值A1,然后对真空助力器开始检测,得出腔内真空值X21,保压时间T2,继续得下一个真空值X22,由此推算两者之差为腔内真空度的泄漏量X,将此检验结果与泄漏指标X2′进行比较,如XX2′为合格,X>X2′为不合格。

(8)曲线检测:释放阀杆回到初始位置,继续以恒定的真空度对产品抽真空,当真空度达到真空设定值A1时,加力装置高速接近输出传感器,再转换低速加力检测,以恒定速度推动阀杆,测量产品的输入及输出力,实时绘出助力曲线。输入力达到最大助力点的110%处,阀杆停止运动,曲线检测结束。在曲线检测中能够测出助力器的始动值Fa1,各个特征点Fa2、Fa3的输出力,计算出助力比i和跳增值Fa5,评价助力性能曲线的合格性,并置合格、不合格灯亮。

(9)拐点上动密封检测:曲线检测结束后,对产品继续抽真空,当达到真空设定值A3时,关闭真空腔,待真空度降至真空设定值A2时保持一个恒定时间t3,当真空度大于等设定值A1时,开始对产品的动密封性能进行检测,得出真空度值X31,保压时间T3,继续测得真空度值X32,由此推算两者之差为腔内真空度的泄漏量X,将此检验结果与泄漏指标X3′比较,如XX3′产品动密封合格。如上述真空稳定后,真空度低于真空设定值A1时,则产品动密封不合格。根据检测结果,置合格或不合格灯亮。

(10)回程曲线检测:当对产品的动密封检测结束时,于腔内输入定量真空,当真空度达到A1时,推杆以一定的速度卸掉力,此时曲线呈一定比例示于屏幕上,我们根据指标来判定该曲线性能是否达到标准。

(11)返程时间检测:在助力器返程过程中,通入恒定真空值A1,在控制阀推杆快速返程过程中,以一定行程测量阀杆的运动时间,与设置的标准值比较,对产品返程时间进行合格性评价。

(12)阀杆退回原位后,对产品通入空气,当产品内真空度下降接近于零时,模拟前壳体部件装置与产品松夹。

如在各项检测时,在10s时间内,抽真空时真空度达不到设定值,或在稳定规定时间后,真空度低于真空设定值A1时,则直接判定产品密封不合格。每项检测后,系统应根据检测结果,置合格灯或不合格灯亮。如某一项检测不合格,设备将停止实施后续的检测项目并退出产品,或根据设置可重新进行第二次检测,并根据第二次检测的结果自动判定是否继续实施后续的项目。

4 结语

对真空制动器自检测的分析,还仅仅是考核产品装配的正确性,同时也是校验设计合理性的主要手段。全面分析正空助力器的检测过程,理解其测试指标的来源,将促进产品的设计、制造装配、实验手段的提高,有助于推动真空助力器的标准化、系列化发展及产品质量和广泛的技术交流。

摘要：简述了真空助力器的结构和工作原理,强调了自检测过程在助力器中的重要作用。分析了静密封,动密封、返程曲线等几个重要过程,介绍了几个过程的具体操作。

关键词：真空助力器,静密封,动密封,返程曲线

参考文献

[1]杨维和.制动真空助力器特性曲线的综合评价[J].汽车技术,1999(3):12-15.

[2]杨维和.汽车制动真空助力器的工作原理和性能计算[J].汽车技术,1991(10):8-13.

[3]QC/I307-1999,真空助力器技术标准[S].

[4]刘力平.汽车制动系统设计开发思路及方法[C]//重庆汽车工程师论文集,2004:255-263.

[5]陈家瑞.汽车构造(第3版)[M].北京:人民交通出版社,1994.

[6]DB12.676-1999,汽车制动系统机构、性能、和试验方法[S].

真空断路器工作原理 第6篇

真空电子束焊接机是中航工业沈阳黎明航空发动机 (集团) 有限责任公司从德国IGM公司引进的一种用于真空焊接加工的特种设备, 担负着公司科研生产的关键任务。它主要由真空系统、高压电源、电子枪、真空室、坐标运动系统、数控系统及逻辑控制系统等组成, 由于其结构复杂涉及到多种学科的知识, 因此要求维修人员要有较强的综合技术能力, 笔者通过对一些典型故障的分析, 以期为今后的维修提供一些帮助。

一、工作原理

1. 电子枪

电子枪的工作原理是源于阴极射线管的控制原理, 其结构如图1所示。在真空条件下, 当灯丝被加热到2 500℃时, 灯丝周围产生大量的自由电子。在灯丝上加-150kV的高压 (加速电压) , 在灯丝下部的偏压规上加-1 500V的电压 (栅极电压) 。通过调整栅极电压的大小来控制电子束流的大小, 栅极电压越小束流越大, 栅极电压正常值为-2 000～-200V, 对应束流为0～100mA。电子经加速后, 再经过磁场的校准和聚焦, 最后聚成一点轰击到零件表面产生大量热能, 依靠这种热能将金属零件局部熔化, 从而进行焊接加工。

2. 电源

电子束焊机的电源主要包括高压电源、灯丝电源及偏压电源。高压电源主要是给阴极 (灯丝) 提供-150kV的工作电压, 其原理如图2所示。

灯丝电源主要用于加热灯丝。此电源为直流电源, 电压为0～9V可调, 电流为0～24A可调。偏压电源是以-150kV为基准, 提供一个-1 500V的电压作为栅极电压。

3. 真空系统

电子束焊机的真空系统如图3所示。分别由电子枪真空系统和焊接室真空系统两部分组成。电子枪真空系统由机械泵和蜗轮分子泵构成, 在抽真空时, 机械泵先开始工作, 当电子枪及管路中的真空度达到210-2Mbar时, 涡轮分子泵开始工作, 当电子枪的真空度达到410-4Mbar时电子枪隔离阀可以打开。

焊接室真空系统根据焊接工艺的不同参数要求提供低真空和高真空两个系统。其中低真空系统由机械泵和罗茨泵组成, 高真空系统由机械泵、罗茨泵和扩散泵组成。正常工作时, 低真空回路先运行, 同时高真空回路进行准备扩散泵开始加热, 它的前级机械泵和罗茨泵同时工作, 当焊接室的真空度到达210-2Mbar, 并且扩散泵油温到达设定值时, 低真空回路关闭并停止工作, 扩散泵上端的翻转阀打开, 高真空回路开始工作, 当真空度到达6.710-4Mbar时, 机床就可以进行正常的焊接工作。

4. 坐标运动系统

共有四个坐标:X、Y、A、B轴, 都是使用半闭环作位置反馈, 驱动器均使用德国进口的DX808型直流驱动器, 电机采用的是SIEMENS直流电机, 具有响应快和运动惯量小的特点。运动方式有手动控制和自动控制两种, 方便操作者使用。当运动系统出现故障时通常在电脑屏幕上有相应的报警, 但驱动器也有指示灯提示相关的原因, 其含义见表1。

5. 数控系统

采用德国IGM公司研制的EBCON控制系统 (工业控制机) , 当EBCON出现报警时, 由于屏幕上不显示报警信息, 此时可根据EBCON系统的VCPU板上的USER灯的指示状态判断故障原因。

当USER7为“ON”状态时, USER6:PLC CONTROL表示PLC工作正常;USER5:NC CONTROL表示NC系统工作正常;USER4:VHE BUS FAULT表示VHE总线错误故障;USER3:ON NC C0NTROL表示NC控制启动;USER2:DRY RUN空运行方式;USER1:ENDPROGRAM CHANGE结束程序改变;USER0:ZERO=STATUS BIT状态位为零。

当USER7为“OFF”状态时, USER6:BUS ERROR总线错误;USER5:ADRESS ERR0R地址错误;USER4:DIFFERENT FAULT表示特定的异常情况。

二、典型故障维修

1. 无法加高压

电子枪室与焊接室的真空度都达到工作要求, 设定工作高压值为-150kV, 加到阴极上, 在显示器上可看到实际阴极电压从0逐渐升到40kV时系统显示“高压电源错误”报警。同时在加高压的过程中可听见高压电源油箱内发出清晰的爆裂声。将高压电缆从油箱连接处断开重新加高压故障现象一样。由此可判断高压电缆和电子枪部分是正常的, 初步怀疑高压电源箱内部有电气元件损坏, 将高压油箱打开后检查发现升压电路中有一个电阻烧坏, 在检查其他电路正常的情况下更换一个新的电阻通电试运行, 在初次加压时从-30kV开始逐步缓慢地将电压升高到-150kV。经过这一系列的工作和调试, 高压电源可正常工作。

2. 扩散泵温度传感器故障

正常情况下, 当焊接室的低真空度及扩散泵油温度均抵达设定值后, 就可以进行高低真空回路的切换。此时翻转阀动作, 将扩散泵管路接通, 进入抽高真空阶段。翻转阀是由汽缸来推动的, 汽缸活塞向前或向后运动分别由两个电磁阀来控制。现在的故障现象是:进入抽高真空后, 翻转阀又突然自动关闭, 如不处理又可自动打开恢复正常运行。有一次甚至故障发生在焊接过程中, 造成加工件报废。经初步观察故障发生时翻转阀确实接到了来自PLC的关闭信号, 由于故障发生时间及周期不确定, 在排除故障过程中使用了SIEMENS公司的编程器, 将其连接在S5型可编程控制器上, 在梯形图上检查翻转阀控制信号条件, 最终发现是由于扩散泵温度传感器接触不良误发温度低信号, 造成控制系统将翻转阀关闭, 更换此传感器后此故障排除。

3. 电子束焊接时电子束抖动问题的解决

根据故障现象和电子束产生的条件判断, 可能的故障原因有: (1) 电子枪偏压杯或阳极脏污; (2) 工件或夹具有剩磁; (3) 工件或夹具接地不良。

故障排除方法:首先必须断定设备电子枪和电子束产生部分是否存在故障, 方法是拿一块试片直接放在工作台上抽真空后试加工正常, 第一项原因被排除。用磁力仪检查工件的剩磁, 也在正常值范围内;检查工件及夹具接地电阻均正常, 排除了后两项原因。以上的检查和试验虽然没有找出故障原因但却缩小了故障范围, 即设备电子束的产生和加工方面是正常的。由于试片加工正常而零件加工异常, 说明问题仍出在工件或夹具上。仔细检查这两部分与平时的状态相对比, 发现零件上缠了许多高温胶布 (为了防止零件被灼伤) , 根据电子束的工作原理, 当其通路上遇到其他磁场时会产生抖动甚至偏移的现象, 由于该胶布是第一次用于电子束焊加工, 虽然事先经过磁力仪检查剩磁合格, 但经过现场的详尽分析仍然怀疑高温胶布的可靠性, 为了彻底排除该原因, 又做了一个试验:拿一个新的试片, 其中一半缠满了高温胶布, 另一半与往常一样未做任何处理, 试加工时发现当电子束经过高温胶布所在的区域时发生抖动, 而经过另一半时一切正常, 说明高温胶布存在额外的磁场, 将零件上的高温胶布取消, 采取其他防灼伤措施后, 零件加工合格。

故障原因分析:由于高温胶布加工前检查并未发现剩磁, 而加工时却不能使用, 分析可能是加工时工作台转动转台电机会产生一个磁场, 它与高温胶布的磁场发生叠加, 超出了加工要求, 对电子束运行方向产生了影响, 造成加工异常。

4. F7#报警的解决

焊机在升高压过程中频繁出现F7#“高压电源错误”的报警。同时高压电源柜连锁报警指示灯点亮。压下电源柜上报警复位按钮后报警解除。经多次升高压操作试验并观察监示器上高压显示值, 发现高压每次升到-120kV左右时才出现以上故障。以前, 高压电源箱经常因模块烧坏或性能不好引起F7#报警。为确定电源箱是否正常, 将三组电源箱分别送电运行, 故障现象相同。将高压电缆从高压电源油箱处断开, 重新升高压没有出现故障报警, 由此判断高压电源正常, 有可能是电子枪出现问题, 将电子枪拆下进行分解检查, 可清楚地看见在枪室壳体的绝缘壁上有大片放电痕迹, 用细砂纸打磨去除痕迹, 用酒精清洗壳体及内部其他部件, 使电子枪内保持洁净无尘, 重新安装电子枪调整无误后试机故障排除。

5. A轴手动运行时, 屏显位置值小于实际值且无报警

故障分析: (1) 由于A轴自动、手动方式故障现象相同且可以运行, 说明伺服驱动器和伺服电机正常。 (2) 按自动控制原理和比照数控机床的工作状态应该产生“跟随误差”报警, 由于设备功能上设置不规范, 未设产生此报警的条件。根据以上分析, 可基本确定故障在位置反馈回路的位控板或反馈电缆。处理方法:逐段检查A轴的反馈电缆, 发现在工作台底下有一个插头松动, 重新连接后设备恢复正常。

三、结论

真空电子束焊设备结构复杂, 高压电路维修时具有一定的危险性, 对维修人员的综合技术能力、分析判断能力要求较高。因此, 在日常维修工作中, 维修人员要对其工作原理有较深人的了解, 利用系统的报警信息、控制系统的状态诊断和PLC S5的在线诊断等方法, 分析故障原因及时排除故障, 提高设备的利用率。

摘要：以德国IGM公司生产的真空电子束焊机为例, 介绍了真空电子束焊机的工作原理。通过利用该系统的报警信息、控制系统的状态诊断和PLCS5的在线诊断等方法, 对此类设备在生产中出现的典型故障进行分析。

关键词：电子束焊机,工作原理,故障分析

参考文献

[1]王亚军.电子束加工技术的现状与发展[D].中国机械工程动力学会第八次全国焊接会谇论文集, 1991.

[2]刘春飞.电子束焊接技术发展历史、现状及展望[J].航天制造技术, 2003.

[3]王欲知, 陈旭.真空技术 (第2版) [M].北京航空航天大学出版社, 2007.

真空断路器工作原理 第7篇

真空断路器以具有优异灭弧性能的高真空作为触头间的绝缘与灭弧介质,其中最重要的部件是真空灭弧室。真空灭弧室内的真空度是真空断路器的重要性能参数,直接关系到真空断路器的储存寿命、工作期间的耐压水平和分断能力,也影响着电力系统的安全稳定运行。目前,真空度在线监测主要有电光变换法[1]、耦合电容法[2]、放电高频脉冲法[3]、放电声发射法[4]等,但这些方法均存在一定缺陷,难以推广。本文结合耦合电容法和放电高频脉冲法同时检测电场变化和局部放电信号,来实现10kV真空断路器真空度的在线监测。

1 真空断路器真空度在线监测方案设计

1.1 真空断路器真空度在线监测试验研究

灭弧室真空度正常时,仅需几百伏电压就可维持带电触头与中间屏蔽罩间由场致发射引起的电子电流,屏蔽罩积累的电荷使屏蔽罩上的电位较高,最高可接近电源电压峰值且较稳定。真空断路器的金属导杆及触头与屏蔽罩间相当于一个电容器,屏蔽罩对地也相当于一个电容器。当真空度降低时,灭弧室内气体密度变大,内部气压升高,将导致气体分子、金属粒子等增多,从而引起绝缘特性下降、预击穿电压降低、预击穿发生几率增加,产生预放电,导致屏蔽罩电位下降,并使真空断路器周边电场强度发生变化。在内部气压变化初期,电场强度的变化并不明显,但发展到一定程度后电场强度的变化加剧,最后又趋于缓和,其变化曲线类似于低通滤波器,因此利用这一曲线可较好地判断灭弧室内气压的变化趋势。

当灭弧室内气压进一步升高时,金属导杆及触头主要通过导电气体对屏蔽罩充放电。由于屏蔽罩对地电容很小,少量的电荷堆积即可大幅减小触头附近的电场强度,因此难以形成稳定的导电通道,从而可能在触头的边缘形成电晕。该电晕使得屏蔽罩上出现周期性高频脉冲,通过检测屏蔽罩周边的电场变化,即可检测到这种高频脉冲的存在[5~7]。

以额定电压为12kV的真空灭弧室为试验对象,以放电点气压和放电电压的电场探测传感器输出值为横、纵坐标,绘出如图1所示的一条帕邢曲线。

由图1可知,灭弧室内气压为0.01Pa时,屏蔽罩上的电位开始呈现下降趋势;气压上升至0.1Pa后,屏蔽罩上的电位急剧下降,直至帕邢曲线的底部;之后,随着气压的进一步上升,屏蔽罩上的电位开始缓慢上升。据此,可判断灭弧室内真空度的下降趋势。同时试验表明,在灭弧室内气压上升到一定程度时,屏蔽罩上开始出现微弱的脉冲放电现象,这种脉冲放电现象在帕邢曲线底部最为频繁和强烈,之后随着灭弧室内气压的进一步上升又趋于缓和。据此,可辅助判断灭弧室内真空度的劣化程度。

1.2 真空断路器真空度在线监测系统方案设计

试验采用的电场探测传感器与12kV/4kA玻璃绝缘外壳、陶瓷瓷柱式灭弧室结构如图2所示。电场探测传感器为倒L型平板结构,铝合金材质,背面和顶部采用环氧树脂板粘合,引出线采用同轴电缆;安装时直接固定在操动机构金属壳体上部,不需改造操动机构本体。

在该试验系统中,灭弧室中屏蔽罩与电场探测传感器间的耦合电容为C1,电场探测传感器与操动机构金属壳体间的耦合电容为C2,操动机构金属壳体对地的耦合电容为C3。当真空度下降时,灭弧室内的气体密度变大,场致发射的电子被气体分子吸附后成为负离子,由于负离子质量大、漂移速度慢,因此电子电流减小,屏蔽罩电位绝对值降低[8]。该过程会引起电容C1、C2和C3上的电荷重新分布,通过检测电容C2与地间的电位U1即可间接检测屏蔽罩电位的变化趋势。当真空度进一步下降时,U1将呈现出周期性的脉冲电位,通过检测这种特定周期性脉冲电位的频率和幅值即可判断真空度的下降程度。通过该试验系统测得灭弧室内真空度下降到一定程度时,屏蔽罩上产生的高频放电脉冲频率主要集中在5~20kHz。

真空度在线监测系统原理框图如图3所示。在监测装置前端采用200M带宽多路复用器分时采集三相电场探测传感器信号,然后经信号调理电路提取工频信号和特定周期的放电脉冲信号。其中,工频信号用于判断真空度的下降趋势,特定周期的放电脉冲信号用于判断真空度的下降程度。最后,两路信号分别经模数转换后交由16位高性能数字信号控制器dsPIC33F进行判据的分析处理及数据存储、报警输出和远程通信等[9]。同时,dsPIC33F产生一路特定频率段的扫频信号(即自检信号),通过多路复用器施加至信号提取电路,用于模拟局部放电信号,从而检验信号提取电路有无故障。三相电场探测传感器信号和自检信号通过通道控制信号控制多路复用器实现对工频信号与放电脉冲信号提取电路的分时复用。

2 灭弧室真空度在线监测装置硬件设计

2.1 工频信号与放电脉冲信号提取电路的实现

考虑到实际情况,尽管可在电场探测传感器至监测装置沿路采取良好的屏蔽措施,但是局部放电脉冲信号过于微弱,很容易被环境噪声淹没,因此需对原始信号进行多级调理。在外界存在干扰的情况下,级联放大电路的噪声系数[10]为:

式中,F1、F2…Fn为每级放大器噪声系数;KP1、KP2…KPn-1为每级放大器的功率放大系数。由式(1)可知,噪声系数主要取决于第一级放大电路,因此在第一级放大后对信号进行去噪滤波是整个信号调理电路的关键。

真空度在线监测装置关键信号调理电路如图4所示,标号“IN”表示原始信号,标号“OUT1”和“OUT2”分别表示检测信号中高频局部放电信号和工频分量信号经调理后的输出。

由放大器U2A~U2C构成的带通滤波器的中心频率为:

由放大器U1A~U1B构成中心频率为50Hz的陷波器取带通滤波器通道得到的中心频率信号与输入信号做减法运算。

根据试验可知屏蔽罩上产生的高频放电脉冲频率主要集中在5~20kHz,因此将放大器U1C~U1D构成的带通滤波器的中心频率设计为:

信号提取电路的交流小信号幅频特性如图5所示。曲线1为工频分量信号的幅频特性,其带通滤波器的中心频率为50Hz。曲线2为高频局部放电信号的幅频特性,其陷波器的中心频率为50Hz,带通滤波器的中心频率为10kHz。

2.2 铁电存储器模块设计

相比EEPROM存储器,铁电存储器(FRAM)具有写入速度快、写入寿命近乎无限次和功耗小等特点。本文采用的FM3116是美国RAMTRON公司基于I2C总线的多功能铁电存储器,主要包括16KB的非易失性存储器、实时时钟(RTC)、低电压复位、看门狗计数器和非易失性事件计数器等。模块原理如图6所示,“Y2”为计数器用32.768kHz外部通用晶振,“BT1”为标准3.0VCR1220锂离子纽扣电池。该模块主要用于存储RS-485通信地址、局放超限报警值、报警次数等参数。

2.3 RS-485通信模块设计

RS-485总线是被广泛应用的工业串行总线,采用平衡发送与差分接收的方式实现数字信号的传输,具有极强的抑制共模干扰的能力。本设计中,RS-485主控芯片选用ADI公司的ADM2587单电源隔离型485芯片,如图7所示。该芯片内部集成了1个三通道隔离器、1个三态差分线路驱动器、1个差分输入接收机和1个DC/DC转换器;采用磁隔离技术取代传统的光电耦合器隔离电路,消除了光电耦合电流传输率不稳定、传输非线性以及温度和使用寿命等问题,同时具有更强的瞬态共模抑制能力、更高的时序精度、更快的数据传输速率。

3 灭弧室真空度在线监测装置软件设计

系统软件流程如图8所示。系统初始化完毕后,先控制多路复用器切换至自检信号通道,对工频信号及放电脉冲信号提取电路进行1次自检;确认无故障后,控制多路复用器依次切换至A相、B相、C相电场探测传感器通道,并分别进行数据采集。

自检信号主要由dsPIC33F数字信号控制器内定时器和PWM模块配合生成,其实质是一组频率为5~20kHz的扫频信号,用于模拟屏蔽罩上产生的高频放电脉冲,进而实现对工频信号及放电脉冲信号提取电路的自检。

4 结束语

本文针对不同真空度下灭弧室中屏蔽罩上的电位进行了试验分析,并基于耦合电容法和脉冲放电检测原理提出了用于真空度在线监测的可靠判据。同时,基于此研制出了10kV真空断路器真空度在线监测装置,有助于实现真空断路器真空度监测由传统的停电检修向状态检修的转变。

参考文献

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[8]李彦平.真空断路器真空灭弧室内真空度的在线检测[D].沈阳:沈阳工业大学,2004

[9]Microchip Technology Inc.dsPIC33FJ XXXGPX06/X08/X10数据手册:高性能16位数字信号控制器[EB/OL].2009,http://www.microchip.com

真空断路器工作原理 第8篇

关键词：耦合电容法,真空断路器,真空度,在线监测

0引言

真空断路器在中低压配电线路中广泛用于控制 和保护输电线路以及用电设备,其运行时主要是利用真空作为触头间的主绝缘介质,起到绝缘 拉弧的作 用。作为断路 器的可靠 性指标,除了电性能外用户最为关心的就是其真空度,依照标准 真空断路器出厂压力应小于1.33×10-2Pa,当压力超过1.33×10-1Pa时灭弧室的绝缘性能就处于临界状态,可能导致 灭弧失败。因此,十分有必 要实时有 效地监控 真空断路 器的真空度。目前,断路器真空度监测方法主要分为两大类:离线检测和在线监测。本文采用耦合电容法来测量断路器真空度,并给出了相应的实例分 析,该方法具 有不断电 实现在线 监测的优点,符合未来电力系统运行的需求。

1耦合电容法原理

耦合电容法实现了电气设备由计划检修到状态 检修的转变,它根据动态电荷分布和电容分压原理,当灭弧室内真空 度正常时,仅需较低的电压(几百伏)就可以维持带电触头与中间屏蔽罩之间由场致发射引起的电子电流。在屏蔽罩上积累 的负电荷使其负电位U逼近电极电压的峰值。当真空度劣化时,灭弧室内的气体密度变大,场致发射的电子被气体分子吸附后成为负离子,负离子漂移速度远小于电子,导致上述电流变小,屏蔽罩电位下降。该方法测试原理如图1所示。其中,C1为带电触头和屏蔽罩之间的电容,C2为探测电极与屏蔽罩之间的电容,C3为耦合电容。当真空度劣化时,屏蔽罩电位绝对值降低,此过程引起电容C2和C3上的电荷重新分布,通过检测信号输出端U0的变化即可跟踪屏蔽罩电位U0的变化过程,从而实现真空度的在线监测。

2实验设备及方法

2.1实验设备

实验设备如图2所示,包括三相真空灭 弧室试品1台、三相实验变压器1台、真空泵1台、真空度在线监测传感器及控制器1套、真空计1台、计算机1台、摄像头1个。

2.2实验方法

实验开始时,利用真空泵给试品B相抽真空,而后缓慢放气,其他两相灭弧室为真空状态作对照。利用三相实验变压器给试品加压,并考虑实际系统电压的波动范围。利用后台软件对采集的实验数据进行分析,并利用屏幕录制软件记录整个实验过程信息,方便事后数据整理和分析。真空传感器探头与灭弧室外壁距离可调。记录真空传感器探头与真空灭弧室 距离分别为30mm、35mm、40mm、45mm、50mm,线电压分 别为3.0kV、3.5kV、4.0kV、4.5kV、5.0kV、5.5kV、6.0kV时的实验数据和波形。

3实验结果及分析

整理真空传感器探头与真空灭弧室不同距离 时不同线 电压下的实验数据,可以得到基波值和真空传感器探头与真空灭弧室距离以及线电压值的关系。图3所示为传感器与灭 弧室距离分别为30mm、35mm、40mm、45mm、50mm时基波值与电压等级的关系。可以看出,在灭弧室真空度相 同的情况 下:真空度监测传感器与灭弧室外壁的距离相等时,基波值随线电压的升高而增大;同一线电压下,基波值随真空度监测传 感器与灭弧室外壁距离的增大而减小。

4结语

由上可知 ,当真空灭 弧室真空 度相同 ,且真空度 监测传感器 与灭弧室 外壁距离 相等时 ,基波值随 线电压的 升高而增大 ;当真空灭 弧室真空 度相同 ,且所施加 的实验线 电压一定时 ,基波值随 真空度监 测传感器 与灭弧室 外壁距离 的增大而减 小。当A、C相灭弧室 为真空状 态 ,B相灭弧室 真空度值小 于1Pa时 ,即使B相真空度 降低 ,A、B、C三相的基 波值也基本 不变。