CN100498994C - 一种低压万能式空气断路器机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种低压万能式空气断路器机构及其控制方法，主要包括永磁机构本体和附属连杆机构组成，连杆(L3)和连杆(L4)焊接在转轴(3)上为一整体结构。动触头合闸后，第五连杆和第六连杆在一条直线上，附属连杆机构转换了永磁机构电磁力曲线，利于克服超成弹簧的反力作用。合闸时，同时给分合闸线圈通电，其中合闸线圈通正向电流，分闸线圈通反向电流；分闸时，同样给分合闸线圈通电，其中分闸线圈通正向电流，合闸线圈通反向电流。反力弹簧的加入提高到了分闸速度。本发明通过改进的永磁机构、附属连杆机构转换和分合闸线圈的同时通电的控制方法，解决了小体积永磁机构产生大推力的问题，满足开关承受短时耐受试验和快速分合闸的要求。

Description

一种低压万能式空气断路器机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种低压万能式空气断路器机构及其控制方法，用于控制低压断路器的分合闸操作以及故障情况下自动切断供电回路，是对现有万能式空气断路器机械操动机构的一种改进。

背景技术

低压万能式空气断路器作为电力系统中配电环节重要元器件之一，主要用于分断或接通供电回路，并自动切断故障回路，对配电线路和用电设备进行有效保护。目前，在电力系统被广泛应用的低压断路器均为机械弹簧式结构，该种断路器零部件多，可靠性较差。永磁机构零部件少，可靠性高，寿命长，在动触头行程较短的中压、高压真空断路器上已经得到应用。低压空气断路器的动触头行程大，限制了永磁机构在低压空气断路器的领域的应用，此外，低压空气断路器完全合闸后，触头反力大，因此对机构的要求保持力要大；低压空气断路器要承受短时耐受试验的严酷考核，靠单一的永磁机构无法满足这一要求；在故障情况下能快速分断故障电路。

发明内容

技术问题：为了解决上述问题，本发明旨在提出一种适用于空气断路器的机构及其分合闸控制方法。

技术方案：本发明的低压万能式空气断路器操动机构主要包括永磁机构本体和附属连杆机构组成，永磁机构包括上动导杆、外磁轭、合闸线圈、动铁心、线圈骨架、永磁体、极靴、分闸线圈、下动导杆；在外磁轭内的中间设有动铁心，在动铁心的外圆周上部设有线圈骨架，在线圈骨架中设有合闸线圈；在动铁心的外圆周中部设有永磁体、极靴，永磁体置于外磁轭侧壁与极靴之间；在动铁心的外圆周下部设有分闸线圈，在动铁心的下部设有下动导杆；附属连杆机构主要包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、反力弹簧和转轴；第六连杆的一端固定在第二支座上可绕第二支座转动，另一与第五连杆相连，合闸到位后，第五连杆和第六连杆在一条直线上，并与第七连杆垂直，第七连杆的一端套在第六连杆上，另一端固定在上动导杆上；弹簧的一端与第五连杆连接，另一端固定在侧板轴销上，第三连杆和第四连杆焊接在转轴上为一整体；第五连杆与第四连杆连接，第三连杆与第二连杆连接，第一连杆与第二连杆相连绕第一支座转动。永磁机构合闸线圈高度约为分闸线圈高度的三倍，动铁心与外磁轭所接触的上部厚度是下部分厚度的三倍。外磁轭、动铁心、极靴为高导磁材料，上动导杆和下动导杆为非导磁材料。第五连杆与第六连杆所在直线与弹簧的夹角小于5度。

该控制方法为：合闸线圈采用双绕组方式，分闸线圈采用单绕组方式。合闸和分闸过程中，合闸线圈和分闸线圈必须同时供电；合闸时，合闸线圈通正向电流，分闸线圈通反向电流；分闸时，分闸线圈通正向电流，合闸线圈通反向电流；合分闸命令为互锁关系。

有益效果：合闸线圈高度高于分闸线圈、永磁体置于外磁轭和极靴之间、合闸时分合闸线圈同时通电流，采用附属连杆对永磁机构电磁力进行转换可以有效地使合闸操作成功。第五连杆L5和第六连杆L6在一条直线上，且与连杆L7垂直是为了承受故障电流下情况下的电动斥力。加入反力弹簧和分闸过程分合闸线圈同时通电能够可以有效提高分断速度。

附图说明

图1为静触头1、动触头2吸合时永磁断路器结构示意图；

图2为静触头1、动触头2分开时低压空气用永磁断路器结构示意图；

其中有：1、静触头，2、动触头，3、转轴，4、反力弹簧，5、侧板轴销，51、第一支座，52、第二支座，6、上动导杆，7、外磁轭，8、合闸线圈，9、动铁心，10、线圈骨架，11、永磁体，12、极靴，13、分闸线圈，14、下动导杆。

图3为机构控制方法流程图；其中有：第一触点K1、第二触点K2联动，第三触点K3、第四触点K4联动，第一触点K1、第二触点K2与第三触点K3、第四触点K4互锁。

图4为实现图3控制方法的具体电路示意图。

具体实施方式

所述控制方法如图3所示，当接到合闸命令，第一触点K1、第二触点K2同时闭合，第一电容1给合闸线圈供电；第二电容2给分闸线圈供电，永磁机构驱动连杆机构，并使反力弹簧储能，使开关合闸。当故障信号发生或接到分闸命令，脱扣器发出分闸命令，第一触点K1、第二触点K2同时闭合，第一电容1给分闸线圈供电；第二电容2给合闸线圈供电，永磁机构拉动连杆机构，并在反力弹簧的作用下，使开关快速断开。合闸和分闸为互锁关系，即两者只有一者可以动作，合闸线圈采用双绕组线圈，分闸线圈为单绕组线圈。

具体实施方式如图1、图2、图3和图4所示，图1为合闸位置状态，图2为分闸位置状态，图3为机构控制方法流程图，图4为实现图3控制方法的具体电路示意图。如图1所示，该操动机构主要包括永磁机构和附属连杆机构；永磁机构包括上动导杆6、外磁轭7、合闸线圈8、动铁心9、线圈骨架10、永磁体11、极靴12、分闸线圈13、下动导杆14；在外磁轭7内的中间设有动铁心9，在动铁心9的外圆周上部设有线圈骨架10，在线圈骨架10中设有合闸线圈8；在动铁心9的外圆周中部设有永磁体11、极靴12，永磁体11置于外磁轭7侧壁与极靴12之间；在动铁心9的外圆周下部设有分闸线圈13，在动铁心9的下部设有下动导杆14；附属连杆机构主要包括第一连杆L1、第二连杆L2、第三连杆L3、第四连杆L4、第五连杆L5、第六连杆L6、第七连杆L7、反力弹簧4和转轴3；第六连杆L6的一端固定在第二支座52上可绕第二支座52转动，另一与第五连杆L5相连，合闸到位后，第五连杆L5和第六连杆L6在一条直线上，并与第七连杆L7垂直，第七连杆L7的一端套在第六连杆L6上，另一端固定在上动导杆6上；弹簧4的一端与第五连杆L5连接，另一端固定在侧板轴销5上，第三连杆L3和第四连杆L4焊接在转轴3上为一整体；第五连杆L5与第四连杆L4连接，第三连杆L3与第二连杆L2连接，第一连杆L1与第二连杆L2相连绕第一支座51转动。永磁机构合闸线圈8高度约为分闸线圈13高度的三倍，动铁心9与外磁轭7所接触的上部厚度分别是下部分厚度的三倍。外磁轭7、动铁心9、极靴12为高导磁材料，上动导杆6和下动导杆14为非导磁材料。在合闸位置处，第五连杆L5与第六连杆L6所在直线与弹簧4的夹角小于5度。

控制电路实施方式如图4所示。供电电压为交流电源经过保险管FU分为两路，一路经过开关电源，用于分合闸线圈的供电源，一路用于控制接触器KM1、KM2的电源供电。开关电源输出较为稳定的直流电压，通过第一二级管D1、电阻R1向电容C1充电，与R1相连的第二二极管D2向电容C2充电；通过第三二级管D3、电阻R2向电容C2充电。通过第六二级管D6、电阻R3向电容C3充电，与R3相连的第八二极管D8向电容C4充电；通过第七二级管D7、电阻R4向电容C4充电。第四二极管D4、第五二极管D5、第九二极管D9、第十二极管D10阴极分别与电解电容C1、C2、C3和C4正极并联，对电容起保护作用。接触器触点KM1-1与电阻R1、电解电容C1、第二二极管D2阳极、第四二极管D4阴极、触点KM2-3和合闸线圈L2、L3相连，其中线圈L2和L3为并绕方式；触点KM2-1与电阻R2、电解电容C2正极、第二二极管D2阴极、第五二极管D5阴极、KM1-4和分闸线圈L1相连；触点KM2-2与电解电容C2负极、第五二极管D5阳极、触点KM1-2、KM1-3和分闸线圈L1相连；KM1-2与开关电源负极和合闸线圈L2、L3相连；触点KM1-3与电阻R3、电解电容C3正极、第二二极管D8阳极、第九二极管D9阴极、触点KM2-2和分闸线圈L1相连；触点KM2-3与电阻R4、电解电容C4正极、第八二极管D8阴极、第十二极管D10阴极触点KM1-1和合闸线圈L2、L3相连。触点KM2-4与电解电容C4负极、电解电容C3负极、第二二极管D9阳极、第十二极管D10阳极相连到开关电源负极；KM1-4与开关电源负极和KM2-1和线圈L1相连。

合闸操作时，如图4所示，按下合闸按钮HZA，接触器KM1回路接通，同时合闸按钮HZA常闭接点断开，防止KM1和KM2同时闭合。KM1闭合后，KM1-1、KM1-2、KM1-3和KM1-4同时闭合。电容C1上的电流经KM1-1、合闸线圈L2、L3和触点KM1-2流回开关电源负极，同时，电容C3上的电流经KM1-3、分闸线圈L1和KM1-4流回开关电源负极。合闸操作的结果是线圈L1产生的磁场与永磁体11产生的磁场方向相反，通过动铁心的下表面的磁通被弱化，合闸线圈L2、L3线圈产生的磁场与永磁体11产生的磁场方向一致，通过动铁心9的上表面的磁通得到加强，因此，动铁心9快速向合闸方向运动。当动铁心9向上运动时，通过上动导杆6和第七连杆L7推动第六连杆L6绕支座5B转动，第五连杆L5与第六连杆L6相连，第六连杆L6推动第五连杆L5，通过第四连杆L4带动转轴3逆时针转动，第三连杆L3在转轴3的逆时针转动下通过第二连杆L2推动第一连杆L1，第一连杆L1绕支座5A转动，第一连杆L1上的动触头开始向静触头1的方向运动。

分闸操作时，如图4所示，按下分闸按钮FZA，接触器KM2回路接通，同时分闸按钮FZA常闭接点断开，防止KM1和KM2同时闭合。接触器KM2闭合后，触点KM2-1、KM2-2、KM2-3和KM2-4同时闭合。电容C1上的电经过第二二极管D2和电容C2上的电流经KM2-1、分闸线圈L1和触点KM2-2流回开关电源负极，同时，电容C3上的电经第八二极管D8和电容C4上的电流经触点KM2-3、合闸线圈L2、L3和触点KM2-4流回开关电源负极。分闸时机构运动情况如图四所示，分闸时，分闸线圈L1产生的磁场与永磁体11磁场方向同向，通过动铁心的下表面的磁通得到增强，合闸线圈L2、线圈L3产生的磁场与永磁体11产生的磁场方向相反，通过动铁心9的上表面的磁通得到减弱，因此，动铁心9快速向分闸方向运动。当动铁心9向下运动时，整个运动过程与合闸过程相反，具体表现为：通过上动导杆6和第七连杆L7向下拉动第六连杆L6，第六连杆L6绕支座52逆时针转动，当第六连杆L6转动时，转轴3同时受到弹簧4拉力方向和第五连杆L5的转矩作用，通过第二连杆L2带动第一连杆L1，第一连杆L1绕支座51顺时针转动，此时，在触头弹簧和电动斥力(短路故障情况下)的共同作用下，第一连杆L1上的动触头2迅速与静触头1分离，实现分闸操作。

Claims (5)

1.一种低压万能式空气断路器操动机构，其特征在于该操动机构主要包括永磁机构和附属连杆机构；永磁机构包括上动导杆(6)、外磁轭(7)、合闸线圈(8)、动铁心(9)、线圈骨架(10)、永磁体(11)、极靴(12)、分闸线圈(13)、下动导杆(14)；在外磁轭(7)内的中间设有动铁心(9)，在动铁心(9)的外圆周上部设有线圈骨架(10)，在线圈骨架(10)中设有合闸线圈(8)；在动铁心(9)的外圆周中部设有永磁体(11)、极靴(12)，永磁体(11)置于外磁轭(7)侧壁与极靴(12)之间；在动铁心(9)的外圆周下部设有分闸线圈(13)，在动铁心(9)的下部设有下动导杆(14)；附属连杆机构主要包括第一连杆(L1)、第二连杆(L2)、第三连杆(L3)、第四连杆(L4)、第五连杆(L5)、第六连杆(L6)、第七连杆(L7)、反力弹簧(4)和转轴(3)；第六连杆(L6)的一端固定在第二支座(52)上可绕第二支座(52)转动，另一端与第五连杆(L5)相连，合闸到位后，第五连杆(L5)和第六连杆(L6)在一条直线上，并与第七连杆(L7)垂直，第七连杆(L7)的一端套在第六连杆(L6)上，另一端固定在上动导杆(6)上；弹簧(4)的一端与第五连杆(L5)连接，另一端固定在侧板轴销(5)上，第三连杆(L3)和第四连杆(L4)焊接在转轴(3)上为一整体；第五连杆(L5)与第四连杆(L4)连接，第三连杆(L3)与第二连杆(L2)连接，第一连杆(L1)与第二连杆(L2)相连绕第一支座(51)转动。

2.根据权利要求1所述的一种低压万能式空气断路器操动机构，其特征在于永磁机构合闸线圈(8)高度约为分闸线圈(13)高度的三倍，动铁心(9)与外磁轭(7)所接触的上部厚度是下部分厚度的三倍。

3.根据权利要求1所述的一种低压万能式空气断路器操动机构，其特征在于外磁轭(7)、动铁心(9)、极靴(12)为高导磁材料，上动导杆(6)和下动导杆(14)为非导磁材料。

4.根据权利要求1所述的一种低压万能式空气断路器操动机构，其特征在于第五连杆(L5)与第六连杆(L6)所在直线与弹簧(4)的夹角小于5度。

5.一种如权利要求1所述的一种低压万能式空气断路器操动机构的控制方法，其特征在于该控制方法为：合闸线圈(8)采用双绕组方式，分闸线圈(13)采用单绕组方式，合闸和分闸过程中，合闸线圈(8)和分闸线圈(13)必须同时供电；合闸时，合闸线圈(8)通正向电流，分闸线圈(13)通反向电流；分闸时，分闸线圈(13)通正向电流，合闸线圈通(8)反向电流；分合闸命令为互锁关系。

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