CN101908435B - 一种永磁操动的真空断路器 - Google Patents

Abstract

一种永磁操动的长寿命真空断路器，包含有真空灭弧室和通过连接轴与真空灭弧室相连的永磁操动机构，永磁操动机构配有永磁机构控制器；本发明在分断或闭合真空灭弧室时，基于控制芯片的永磁机构控制器根据真空灭弧室的不同状态，以不同的速度分断或闭合真空灭弧室，从而减轻真空断路器动触头与静触头的冲击力，进而延长真空断路器的使用寿命；本发明能开断比较大的短路电流，额定电流630安，最大可分断短路电流20kA。使用本发明，能使得真空断路器的机械寿命达到100万次以上。

Description

一种永磁操动的真空断路器

技术领域

本发明涉及一种真空断路器，特别涉及一种永磁操动的真空断路器。

背景技术

真空断路器是主触头在高真空环境中断开或闭合的一种电器设备。当断路器被制造出厂之后，其分闸和合闸速度特性曲线就已经确定了。在保证真空断路器零部件特性不变时，这台断路器的分闸和合闸速度特性曲线是不能被改变的。一台断路器只有一条分闸速度特性曲线和一条合闸速度特性曲线。从断路器的速度特性曲线能够推算出断路器的力特性。不论是弹操机构的真空断路器，还是永磁操动的真空断路器，控制方法是：控制命令发出后，弹操机构将储能弹簧的势能转化为动触头的动能使其运动，永磁操动依靠通电线圈产生的电磁力和永磁体的磁力使动触头运动。这种控制方法的特点是：在操作过程中，现有真空断路器的控制方法在分合闸操作过程中，不区分真空断路器的开断容量或关合容量，例如分断电流大于额定电流或是小于额定电流，以不可控的相同的机械特性使动触头运动。无论多大或多小的电流，分断（关合）过程中断路器的机械冲击力分别都是相同的。因为大多数情况下，断路器分断或关合的电流小于额定电流，因此，降低小电流时断路器的机械冲击力就能提高断路器的寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有真空断路器的缺点，提出了一种永磁操动的真空断路器，其特点是：同一台参数确定的永磁操动真空断路器在开断或关合不同容量的电流时，选择不同的分闸命令模块或不同的合闸命令模块，通过永磁操动控制器调制分闸线圈电流或合闸线圈电流，从而控制断路器以不同的速度特性曲线运动，减轻真空断路器动触头与静触头间的机械冲击力，达到提高真空断路器寿命的目的。

为简化起见，下面将分断电流大于额定电流的断路器分断过程简称为故障分闸，将分断电流小于等于额定电流的断路器分断过程简称为控制分闸。同样的，将合闸电流大于额定电流的合闸过程简称为故障合闸，将合闸电流小于等于额定电流的合闸过程简称为控制合闸。

为了实现延长真空断路器寿命的目的，本发明采用的技术方案是：

一种永磁操动的真空断路器，包含有真空灭弧室和通过连接轴与真空灭弧室相连的永磁操动机构，永磁操动机构配有永磁机构控制器；所述的永磁机构包括一个中空的静铁芯，静铁芯的顶部和底部分别设置有处在同轴线上的开口，静铁芯内设置有动铁芯，动铁芯上同轴设置有连接轴，连接轴的两端分别从静铁芯的顶部和底部的开口伸出，在动铁芯和静铁芯之间依次设置有合闸线圈、分闸线圈和永久磁铁；所述的永磁机构控制器包括一个电源模块，电源模块的电源输出端连接到电容器模块的输入端，电容器模块的输出端通过电力电子驱动模块与分闸输出模块、合闸输出模块相连，永磁机构控制器还包括调理电路，调理电路的输出端连接到第一光电隔离模块的输入端，第一光电隔离模块的输出端与控制芯片的输入端相连，控制芯片的输出端通过第二光电隔离模块分别与运行状态显示模块和电力电子控制电路的输入端相连，电力电子控制电路的输出端与电力电子驱动模块的输入端相连；在调理电路的输入端分别连接有控制分闸命令模块、故障分闸命令模块、控制合闸命令模块和故障合闸命令模块；当真空灭弧室进行控制分闸和控制合闸操作时，控制命令通过永磁机构控制器的控制分闸命令模块或控制合闸命令模块进入，经调理电路和第一光电隔离模块，送到控制芯片，控制芯片将调制后的线圈电流信号通过第二光电隔离模块送给电力电子控制电路，电力电子控制电路再把线圈电流信号送给电力电子驱动模块，电力电子驱动模块再通过分闸输出模块或合闸输出模块送给合闸线圈或分闸线圈；当真空灭弧室进行故障分闸时，控制命令通过永磁机构控制器的故障分闸命令模块进入，经调理电路和第一光电隔离模块，送到控制芯片，此时控制芯片对线圈电流信号不加调制，直接把线圈电流信号送给分闸线圈；当真空灭弧室进行故障合闸时，控制命令通过永磁机构控制器的故障合闸命令模块进入，经调理电路和第一光电隔离模块，送到控制芯片，此时控制芯片对线圈电流信号不加调制，直接把线圈电流信号送给合闸线圈。

在实际应用中，所述的故障分闸命令模块是一个以上；故障合闸命令模块是一个以上。

本发明的真空断路器在分断和关合真空灭弧室时，基于控制芯片的永磁机构控制器根据真空灭弧室的不同分断电流或关合电流，以不同的速度特性曲线开断或关合真空灭弧室，从而减轻了真空断路器动触头与静触头间的冲击力，进而延长了真空断路器的机械寿命和使用寿命。例如额定电流630安，最大可分断短路电流20kA的真空断路器，使用本发明所述的控制方法和机械结构，其机械寿命能达到100万次以上。

本发明适用于0.38kV到126kV电压等级的所有的单相、两相或三相的永磁操动的真空断路器。

附图说明

图1是本发明适用的真空灭弧室纵向安装的结构示意图。

图2是本发明适用的真空灭弧室横向安装的结构示意图,其中，(a)是侧视图，(b)是主视图。

图3是本发明适用的三相共用一个永磁操动机构且真空灭弧室直动安装的结构示意图。

图4是本发明适用的每相使用一个永磁操动机构且真空灭弧室直动安装的结构示意图。

图5是本发明的一般结构示意图。

图6是本发明中永磁操动机构3的结构示意图。

图7是永磁机构控制器4的逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细叙述。

现有的永磁操动真空断路器有多种结构型式。图1是本发明适用的真空灭弧室纵向安装的结构示意图；图2是本发明适用的真空灭弧室横向安装的结构示意图；图3是本发明适用的三相共用一个永磁操动机构且真空灭弧室直动安装的结构示意图；图4是本发明适用的每相使用一个永磁操动机构且真空灭弧室直动安装的结构示意图。本发明适用于以上所有类型的永磁操动的真空断路器，为说明问题，我们将各种结构型式的真空断路器用图5所示的一般结构型式表示。

参照图5，一种永磁操动的长寿命真空断路器，包含有真空灭弧室1和通过连接轴2与真空灭弧室1相连的永磁操动机构3，永磁操动机构3的合分闸线圈的输入端与永磁机构控制器4的合分闸输出模块的输出端相连接。

参照图6，所述的永磁机构3包括一个中空的静铁芯5，静铁芯5的顶部和底部分别设置有处在同轴线上的开口6，静铁芯5内设置有动铁芯7，动铁芯7上同轴设置有连接轴2，连接轴2的两端分别从静铁芯5的顶部和底部的开口6伸出，在动铁芯7和静铁芯5之间依次设置有合闸线圈8、分闸线圈9和永久磁铁10。动铁芯7通过连接轴2与真空灭弧室1相连接。

参照图7，所述的永磁机构控制器4包括一个电源模块23，电源模块23的电源输出端连接到电容器模块24的输入端，电容器模块24的输出端通过电力电子驱动模块20与分闸输出模块21、合闸输出模块22相连，永磁机构控制器4还包括调理电路14，调理电路14的输入端分别与控制分合闸命令模块12、故障分闸命令模块13的输出端相连，调理电路14的输出端连接到第一光电隔离模块15的输入端，第一光电隔离模块15的输出端与控制芯片16的输入端相连，控制芯片16的输出端通过第二光电隔离模块17分别与运行状态显示模块19和电力电子控制电路18的输入端相连，电力电子控制电路18的输出端与电力电子驱动模块20的输入端相连。

本真空断路器的控制方法是：当真空灭弧室1进行正常的分闸操作时，控制命令通过永磁机构控制器4的控制分合闸命令模块12进入，经调理电路14和第一光电隔离模块15，送到控制芯片16，控制芯片16将调制后的线圈电流信号通过另一个第二光电隔离模块17送给电力电子控制电路18，电力电子控制电路18再把信号送给电力电子驱动模块20，电力电子驱动模块20再通过分闸输出模块21或合闸输出模块22送给合闸线圈8或分闸线圈9，使得真空灭弧室1此时的分闸速度较低，在分闸过程中对真空灭弧室中波纹管的机械冲击力最小，进而延长真空断路器的机械寿命和使用寿命。

当真空灭弧室1进行故障分闸时，控制命令通过永磁机构控制器4的故障分闸命令模块13进入，经调理电路14和第一光电隔离模块15，送到控制芯片16，此时控制芯片16根据不同的故障状态，对线圈电流信号进行不同的调制，或不加调制的把线圈电流信号送给分闸线圈9。这样，真空断路器就能以最快的速度特性分闸。

因为在真空断路器的寿命周期内，分断短路电流次数占真空断路器总寿命的比例很小，故本发明所述的长寿命永磁操动真空路器得以实现。

Claims (3)

1.一种永磁操动的真空断路器，包含有真空灭弧室（1）和通过连接轴（2）与真空灭弧室（1）相连的永磁操动机构（3），永磁操动机构（3）配有永磁机构控制器（4），所述的永磁操动机构（3）包括一个中空的静铁芯（5），静铁芯（5）的顶部和底部分别设置有处在同轴线上的开口（6），静铁芯（5）内设置有动铁芯（7），动铁芯（7）上同轴设置有连接轴（2），连接轴（2）的两端分别从静铁芯（5）的顶部和底部的开口（6）伸出，在动铁芯（7）和静铁芯（5）之间依次设置有合闸线圈（8）、分闸线圈（9）和永久磁铁（10），所述的永磁机构控制器（4）包括一个电源模块（23），电源模块（23）的电源输出端连接到电容器模块（24）的输入端，电容器模块（24）的输出端通过电力电子驱动模块（20）与分闸输出模块（21）、合闸输出模块（22）相连，永磁机构控制器（4）还包括调理电路（14），调理电路（14）的输出端连接到第一光电隔离模块（15）的输入端，第一光电隔离模块（15）的输出端与控制芯片（16）的输入端相连，控制芯片（16）的输出端通过第二光电隔离模块（17）分别与运行状态显示模块（19）和电力电子控制电路（18）的输入端相连，电力电子控制电路（18）的输出端与电力电子驱动模块（20）的输入端相连，其特征在于，调理电路（14）的输入端分别连接有控制分合闸命令模块（12）和故障分闸命令模块（13），当真空灭弧室（1）进行正常的分闸和合闸操作时，控制命令通过永磁机构控制器（4）的控制分合闸命令模块（12）进入，经调理电路（14）和第一光电隔离模块（15），送到控制芯片（16），控制芯片（16）将调制后的线圈电流信号通过另一个第二光电隔离模块（17）送给电力电子控制电路（18），电力电子控制电路（18）再把信号送给电力电子驱动模块（20），电力电子驱动模块（20）再通过分闸输出模块（21）或合闸输出模块（22）送给合闸线圈（8）或分闸线圈（9）；当真空灭弧室（1）进行故障分闸时，控制命令通过永磁机构控制器（4）的故障分闸命令模块（13）进入，经调理电路（14）和第一光电隔离模块（15），送到控制芯片（16），此时控制芯片（16）根据不同的故障状态，对线圈电流信号进行不同的调制，或不加调制的把线圈电流信号送给分闸线圈（9）。

2.根据权利要求1所说的一种永磁操动的真空断路器，其特征在于，所述的故障分闸命令模块（13）是一个以上。

3.根据权利要求1所说的一种永磁操动的真空断路器，其特征在于，所述真空断路器为0.38kV到126kV电压等级的单相、两相或三相永磁操动的真空断路器。

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