舰船用三位置自动转换开关的研制开发

摘要：本文介绍了宁波奇乐电器实业总公司与上海电器科学研究所(集团)有限公司船电分所共同研制开发的新一代舰船用三位置自动转换开关新产品开发的特点、主要技术性能、关键技术及试验等内容。

　　一.概述：

　　随着科学技术的进步，特别是高新技术的应用，海军舰船向大型化、现代化、以及高性能、信息化、智能化方向发展，对供电品质提出了更高的要求。在舰船电力系统中，对于供给重要用电设备的配电系统至少应设置两路供电电源，以保证其供电的连续性、可靠性、安全性。为了保证两路电源的可靠转换，必须采用工作可靠的两路电源自动转换开关。对于大型舰船，不仅需要容量大的转换开关，考虑到系统运行的可维护性、安全性和可靠性，必须要具有三个工作位置的自动转换开关。根据国防“x x x 工程”的建造要求，宁波奇乐电器实业总公司与上海电器科学研究所(集团)有限公司船电分所共同研制开发了我国新一代三位置舰用自动转换开关。该产品将大大提高我国的国防战斗力，以及舰船的作战能力和综合性能，完全替代进口产品，具有重大的政治意义和社会经济效益。

　　由于是军用产品，保密要求高，国外舰用自动转换开关的资料很少，几乎没有什么成功经验可以借鉴，而一般工业用转换开关的产品较多，但主要以二位置的产品居多。三位置转换开关主要由法国溯高美(SMCOMEC)公司的SIRCOVER-VE 型自动转换开关和德国PETERREINS公司的FMU-MOT4 系列自动转换开关。在国内，转换开关大多为二位置的，罕有三位置的转换开关。400A 以上大多用两台断路器组成，没有一体式的三位置转换开关。随着国外新技术的发展，自动转换开关正向着集成化、智能化、通信网络化方面发展，为了缩短与国外自动转换开关的先进水平的差距，提高我国的设计能力和制造水平，增强产品市场竞争能力，并与国际接轨。研制开发三位置舰用自动转换开关势在必行。

　　二.主要技术指标和要求

　　1.主要技术指标见表1

　　2.正常工作条件和安装条件

　　2.1.周围空气温度-10 0C～+50 0C

　　2.2.有海上潮湿空气影响，空气相对湿度为95%，并有凝露

　　2.3.有盐雾、油雾、霉菌等影响

　　2.4.有倾斜和摇摆影响

　　2.5.有振动影响

　　2.6.有冲击影响

　　3.产品设计引用的主要标准

　　GB/T14048.1-2006 低压开关设备和控制设备总则

　　GB14048.3-2002 低压开关设备和控制设备，低压开关、隔离器、隔离开关及熔断器组合电器

　　GB/T1408.11-2002 低压开关设备和控制设备自动转换开关电器

　　GJB5A-1995 舰用低压电器通用规范

　　GJB150.1-1986 军用设备环境试验方法

　　GJB4000-2000 舰船通用规范

　　GJB5322-2004 舰用电动转换开关规范

　　JB/T834-1999 热带型低压电器技术要求

　　三.关键技术的研究

　　壳架等级额定电流(A) 630 1000 1600

　　额定电流(A) 200、400、630 630、800、1000 1000、1250、1600

　　额定电压(V) 400

　　额定接通与分断能力

　　操作循环次数

　　6Ie　　5

　　不通电流 6000 4000 3000

　　操作性能

　　通电流 2000 1500 750

　　电器级别 PC 级

　　操作型式 三位置
　1.电磁铁操作机构

　　根据总体设计要求，三位置自动转换开关的三个位置分别为“Ⅰ”、“○”和“Ⅱ”，其中“Ⅰ”、“Ⅱ”位置分别为电源Ⅰ和电源Ⅱ接通位置，但不允许同时接通。“○”为分断位置，电源Ⅰ和电源Ⅱ均分断。

　　该机构由两组螺管电磁铁滑槽式凸轮，转轴自动转向机构组成。两组电磁铁分别控制电源Ⅰ和电源Ⅱ的合分，并通过机械和电器联琐，避免两路电源同时闭合。当处于某个接通位置时，只能控制相应电磁铁，分断转换开关，而处于分断位置时，两组电磁铁均能控制。当“Ⅰ”向“Ⅱ”位置之间直接转换时，必须先将控制“Ⅰ”位置的电磁铁动作，使“Ⅰ”分断。转换开关处于“○”位置后，才能控制“Ⅱ”位置的电磁铁动作，使转换开关处于“Ⅱ”闭合位置。当“Ⅱ”向“ Ⅰ”位置之间直接转换时则反之。

　　电磁铁操作机构结构简单，无自由脱扣机构、储能机构、减速、制动机构，转换时间短，直接推动主轴转动，定位准确、可靠性高等特点。两组电磁铁处于对称位置，整个操作系统较容易实现静平衡，符合抗冲击、振动的设计原理。

　　2.手操机构

　　操作机构由手柄、凸轮、连杆、安装板组成，通过手柄带动凸轮转动，通过连杆使转轴转动，可实现电源Ⅰ和电源Ⅱ分别接通。电源Ⅰ和电源Ⅱ同时断开三种状态的转换，且能防止电源Ⅰ和电源Ⅱ同时接通，具有自动转换开关工作状态指示功能，结构简单，操作方便，转换速度块，转换位置准确，能有效防止两路电源同时接通，可靠性高等特点。该机构专利号：ZL200520117440.1

　　3.转轴换向机构

　　转轴换向机构由主轴悬臂、弧形滑槽、凸轮、复位弹簧、连杆等组成。通过电磁铁顶杆推动凸轮转动，凸轮中的上下弧形滑槽位置改变，达到自动换向。结构简单、换向准确可靠。该机构的专利号：ZL200620102583.X

　　4.触头系统

　　触头系统是转换开关的关键部件。为了避免电弧引起两路触头同时接通，将触头系统布置在上下两端，分别有独立的灭弧室，提高了安全性。

　　触头系统中，将动主触头设计成五组独立触头并联结构，减小电动斥力，有助于提高转换开关的SCPD 性能。

　　电源Ⅰ和电源Ⅱ分别有独立的动、静触头、灭弧室，布置在转换开关的上下两端。提高了电源转换的可靠性、安全性。

　　5.控制器

　　控制器的主要功能：

　　控制器功能：自动位、手动位、自投自复、自投不自复、远程控制

　　显示功能：电源状况、主触头位置、电源故障(断相、欠压、过压、频率)

　　运行检测功能：失压、断任意一相、欠压、过压、备运电源、延时范围

　　通信数据：故障信息、报警信息、操作控制指令、参数调整等

　　通信协议：DeviceNet 、Profibus 、Modbus

　　四.产品主要性能试验

　　产品研制及型式试验完全符合GB/T14048.11-2002《低压开关设备和控制设备，自动转换开关电器》、GJB5322-2004《舰用自动转换开关规范》等标准。型式试验主要项目见表2，已通过上海电器设备检测所型式试验。

　　型式试验主要项目 表2

　　序号 试验项目 试验结论

　　1 一般检查 合格

　　2 绝缘电阻及耐压试验 合格

　　3 动作性能试验 合格

　　4 寿命试验 合格

　　5 温升试验 合格

　　6 额定接通和分断能力试验 合格

　　7 与短路保护电器(SCPD)配合试验 合格

　　8 冲击试验 合格

　　9 振动试验 合格

　　10 倾斜试验 合格

　　11 高温试验 合格

　　12 低温试验 合格

　　13 湿热试验 合格

　　14 霉菌试验 合格

　　五.结语

　　舰船用三位置自动转换开关是宁波奇乐电器实业总公司与上海电器科学研究所(集团)有限公司船电分所共同研制开发的我国新一代产品，具有自主知识产权，申请了多项专利技术。已通过型式试验，并通过有关专家的鉴定验收。该产品的研发成功，将大大提高我国的国防战斗力以及舰船的作战能力和综合性能，完全替代进口，而生产成本远低于国外同类产品，具有重大的政治意义和社会经济效益。