本发明专利技术公开了一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头，包括触头片、触头托、触头杯、支撑架、铁磁柱和导电杆；触头片和触头托上均匀开有沿径向的槽，其中一半为大槽，一半为小槽；触头杯上的开槽沿杯壁旋转90°形成杯指；支撑架固定在杯腔中心，主要起支撑作用；圆柱形的铁磁材料固定在支撑架和触头杯内壁之间，分布在靠近触头杯槽口处，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。该触头结构能改善真空灭弧室杯状纵磁触头的磁场分布，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，具有开断能力强、强度高、结构简单等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头
本专利技术属于真空灭弧室
，更具体地，涉及一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头。
技术介绍
在高压直流输电系统中，直流断路器作为重要的控制、保护设备，是高压直流输电系统安全、可靠供电的保障。其中真空灭弧室作为电弧产生、熄灭的关键元件，其开断性能与所用的触头结构密切相关。高压直流输电系统具有故障电流上升速度快、无自然过零点等特点，是制约直流输电技术发展的主要障碍。基于人工过零原理的直流断路器通过换流支路产生高频反向的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。传统的杯状纵磁触头生成钟形分布的纵向磁场，燃弧初始阶段对电弧的扩散是以抑制作用占主导，对直流真空电弧的控制作用有限。
技术实现思路
针对现有杯状纵磁触头的不足，本专利技术提供了一种基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头，旨在解决现有技术中由于杯状纵磁触头生成钟形分布的纵向磁场，燃弧初始阶段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；本专利技术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。为达到上述目的，本专利技术提供的基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头包括：触头片、触头托、支撑架、触头杯、导电杆和铁磁柱；触头片、触头托、支撑架、触头杯和导电杆从上到下依次设置，且各个接触面均通过高电导率的焊料连接；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。更进一步地，在触头片上沿径向均匀设置有多个第一槽，第一槽用于减小触头片中的涡流，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。在触头片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，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。更进一步地，在触头托上均匀设置有沿径向的第三槽，且第三槽的位置与第一槽的位置相同，第三槽用于减小触头托中的涡流，减小燃弧期间磁场的滞后和电流过零时刻的剩余磁场。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。其中，第一槽的数量与第三槽的数量相同，第二槽的数量与第四槽的数量相同；且第一槽的数量与触头杯的杯指数量相同。更进一步地，支撑架的材料可以为不锈钢材料，在杯腔中心起支撑作用，以减轻触头片、触头托、触头杯的形变，提高触头的机械强度。更进一步地，触头杯的结构与常见的杯状纵磁触头结构相同，在触头杯的杯壁上开槽且沿杯壁旋转90°形成杯指，触头杯上的槽口与所述触头托上的第三槽对应；电流流过触头杯时能产生纵向磁场。更进一步地，铁磁柱固定在支撑架和触头杯内壁之间，铁磁柱的数量与触头杯的杯指数量相同，多个铁磁柱均匀分布在触头托的第三槽对应的直径方向，铁磁柱的下端面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。进一步优选地，铁磁柱可以为圆柱形，定位槽为圆柱形；便于加工。在本专利技术实施例中，真空灭弧室纵磁触头还包括垫环，触头中主要起导电作用的各部件从上到下依次为触头片、触头托、触头杯、导电杆和垫环，且由触头托和触头杯形成杯腔；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。在本专利技术实施例中，触头片和触头托上均匀开有若干沿径向的槽，且两部件上开槽位置相同。其中与触头杯上槽口对应的位置开有长度、宽度较大的槽，数量等于触头杯指数，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。在本专利技术实施例中，铁磁柱固定在支撑架和触头杯内壁之间。由于触头杯所产生的磁场对杯腔内铁磁材料磁化作用最强的区域主要是分布在靠近触头杯槽口的位置，同时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。通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)在分闸初期，触头开距较小，通过触头外围特定位置添加的铁磁材料被磁化，在间隙产生与原触头结构同向的纵向磁场，在不过多增加触头质量的基础上能显著提高电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。(2)达到额定开距后，开距相对较大，分布于杯腔内的铁磁材料在间隙产生的纵向磁场较弱，主要是通过触头杯产生沿径向分布较均匀的纵向磁场，且能保持在一定的强度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。(3)触头片的大、小槽处理，能有效减小由铁磁材料带来的更大的涡流，使间隙剩余磁场较小，同时使燃弧期间在阴极触头片上运动的阴极斑点向外扩散的路径不至于被阻挡，有利于电弧等离子体的扩散，提高开断性能。附图说明图1为本专利技术提出的基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头整体结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的真空灭弧室纵磁触头中触头片的结构俯视图；图3为本专利技术实施例提供的真空灭弧室纵磁触头中触头托的结构俯视图；图4为本专利技术实施例提供的真空灭弧室纵磁触头中支撑架的结构剖面图；图5为本专利技术实施例提供的真空灭弧室纵磁触头中触头杯的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的真空灭弧室纵磁触头中铁磁柱的结构剖面图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及具体实施例来对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，基于铁磁材料的真空灭弧室纵磁触头的核心部件包括触头片1、触头托2、支撑架3、触头杯4、导电杆5、垫环6和铁磁柱7；触头片1材料选用在高压真空灭弧室中被广泛运用的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，本文档来自技高网...
【技术保护点】
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)；/n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；/n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)；/n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。/n
【技术特征摘要】
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。
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。
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。
4.如权利要求1-3任一项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...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁召，何俊磊，潘垣，陈立学，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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