CN102262982A

CN102262982A - 限流断路器高速触头驱动机构

Info

Publication number: CN102262982A
Application number: CN2011101833019A
Authority: CN
Inventors: 庄劲武; 江壮贤; 武瑾; 徐国顺; 王晨; 刘路辉
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种高速真空直流限流断路器，包括用于接收到外部命令时快速分闸的高速真空触头机构、用于在真空灭弧室中制造电流过零点的反向电流产生电路、用于使真空灭弧室电流过零后得到零电压恢复时间的续流电路以及用于吸收电路能量的吸能电路，所述的高速真空触头机构、反向电流产生电路、续流电路和吸能电路并联连接。本发明具有限流能力强，动作迅速、关断可靠等优点。

Description

限流断路器高速触头驱动机构

技术领域

本发明涉及限流断路器的高速触头机构，尤其涉及一种基于高速电磁斥力机构和永磁机构联合驱动的混合型限流断路器高速触头驱动机构。

背景技术

混合型限流断路器采用机械触头并联电力电子开关的方式来分断电流，为了达到限制故障电流、减小电力电子开关分断压力的目的，要求机械触头能够在短路故障发生后几百微秒内使动静触头快速分离，并在触头两端出现过电压时，能够形成足够大的触头开距，防止触头间隙被击穿重燃。

传统的断路器触头驱动机构采用弹簧驱动机构，由于其结构复杂、分闸时间长(一般需要几十毫秒以上)、时间离散性大等原因，不适合用于混合型限流断路器的触头驱动机构中。近年来快速发展的永磁机构具有结构简单、动作稳定性高等特点，已越来越多地用于真空断路器、直流断路器中，但是由于永磁机构的驱动线圈电感大，其分闸时间通常需要几个毫秒以上，同样不适合于对限流要求较高的断路器触头驱动机构中。

利用电磁感应涡流原理的电磁斥力机构具有反应快、初始速度高的特点，特别适合用于具有快速性要求的混合型限流断路器触头驱动机构中。电磁斥力机构利用脉冲感应磁场产生的脉冲电磁力推动触头高速运动，由于电磁斥力机构的效率较低，通常在5％-10％以下，为了达到额定触头开距，需要巨大的初始能量，同时由于触头运动速度高对机构的冲击大，易导致分闸后锁扣不可靠，机构机械寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种分闸时间短、初始分离速度快、动作可靠性高、机械寿命长的混合型限流断路器高速触头驱动机构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种限流断路器高速触头驱动机构，包括一机架，机架中依次固定安装有电磁斥力机构、弹簧连接机构、永磁机构；所述的电磁斥力机构包括平行叠放的斥力驱动线圈和斥力金属盘，所述的斥力驱动线圈两端连接有用于提供驱动电流的驱动电路；所述弹簧连接机构包括沿斥力金属盘周向布置的弹性部件；所述的永磁机构包括静铁心和静铁心中部镶嵌的永磁体，所述的永磁体的两侧分别安装有分闸线圈和合闸线圈，在所述的永磁体和静铁心的磁极之间设置有动铁心，所述动铁心中设有动触头驱动杆，动触头驱动杆依次穿过静铁心、弹簧连接机构、斥力驱动线圈以及斥力金属盘的轴心部与断路器触头连接。

在上述技术方案中，所述弹簧连接机构包括压缩盖、弹簧、支柱及钢盘，弹簧嵌套在支柱中，压缩盖上设置弹簧孔，支柱穿过弹簧孔与钢盘连接。

在上述技术方案中，所述驱动电路包括预充电电容、晶闸管和续流二极管，所述预充电电容的正极和晶闸管阳极均与斥力驱动线圈的一端连接，预充电电容的负极与续流二极管的正极连接，晶闸管阴极和续流二极管的负极均与斥力驱动线圈的另一端连接所述电磁斥力机构由斥力驱动线圈、斥力金属盘和斥力驱动线圈驱动电路构成，所述斥力金属盘与动触头驱动杆连接并置于斥力驱动线圈正上方。

在上述技术方案中，所述金属斥力盘为铜盘

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)在系统发生短路故障时，通过电磁斥力机构和永磁机构共同驱动动触头，实现动触头快速、可靠分闸，保证混合型限流断路器限流分断效果；

2)在系统正常启停的工作状态下，由永磁机构单独机构完成触头正常分、合闸动作，并提供触头在合闸状态时，动静触头之间的压力，保持触头在分闸状态的稳定性，不仅结构简单、动作可靠，而且有效地延长了机械寿命。

3)在电磁斥力机构和永磁机构之间设置弹簧连接机构，实现了将电磁斥力机构与永磁机构的弹性连接，这样，在系统正常启停时，断路器正常分闸、合闸以及静态时整体机构力平稳可靠地传递，并且在断路器高速分闸时使运动部件质量有效分解，提高了动触头在分闸时运动初期的加速度，有效保证了动触头快速可靠分离。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中电磁斥力驱动机构原理图；

图3是图1中永磁机构结构示意图；

图4是图1中弹簧连接机构的结构图；

图中，1-电磁斥力机构，2-永磁机构，3-弹簧连接机构，4-动触头，5-机架，6-动触头驱动杆，7-静铁心，8-上磁极，9-动铁心，10-分闸线圈，11-永磁体，12-下磁极，13-合闸线圈，14-压缩盖，15-支柱，16-弹簧，17-弹簧孔，18-钢盘，19-斥力驱动线圈，20-斥力金属盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细地描述：

如图1所示，本发明限流断路器高速触头驱动机构包括一机架5，机架5中依次设有电磁斥力机构1、弹簧连接机构3、永磁机构2，其中，机架5包括四根竖立的柱子，柱子的顶端、中部、下部分别用螺栓固定安装横架，永磁机构2通过螺栓固定悬挂在柱子顶端的横架下方，电磁斥力机构1用螺栓固定安装在柱子中部的横架上方，弹簧连接机构3固定安装在电磁斥力机构1的上方。

电磁斥力机构包括上下平行叠放的斥力驱动线圈19和斥力金属盘20，由于铜质金属盘易于产生较大感应电流，金属斥力盘20一般采用铜盘。如图2所示，斥力金属盘20置于斥力驱动线圈19正上方，斥力驱动线圈19的两端连接有驱动电路，该驱动电路用于提供驱动电流，驱动电路包括预充电电容C、晶闸管T和续流二极管D，预充电电容C的正极和晶闸管T阳极均与斥力驱动线圈19的一端连接，预充电电容C的负极与续流二极管D的正极连接，晶闸管T阴极和续流二极管D的负极均与斥力驱动线圈19的另一端连接，当晶闸管T接到导通信号时，预充电电容C即对斥力驱动线圈19放电，形成脉冲电流ip，并在斥力驱动线圈19周围产生脉冲磁场B，位于斥力驱动线圈19正上方的斥力金属盘20中由于脉冲磁场的作用，形成感应涡流iq，iq方向与斥力线圈中的电流ip方向相反，因而感应涡流iq所产生的磁场与线圈产生的磁场方向相反，从而在斥力线圈与斥力金属盘20之间产生巨大的电磁斥力Fz，为断路器的分断提供斥力。

永磁机构包括动触头驱动杆6、静铁心7、上磁极8、动铁心9、分闸线圈10、永磁体11、下磁极12和合闸线圈13，其结构见图3，永磁机构处于稳态时，静铁心7中部镶着永磁体11，永磁体11的上方和下方分别安装着分闸线圈10和合闸线圈13，动铁心9上的触头驱动杆6穿过静铁心7，触头驱动杆6用于驱动断路器作分合闸运动。

当永磁机构处于上稳态状态时，动铁心9与上磁极8接触，形成一个由永磁体11、动铁心9、上磁极8、磁轭组成的低阻磁路，同时由于动铁心9与下磁极12间存在较大的气隙，使得经过下磁极12的路径磁阻很大，永磁体11的磁力线大部分通过上部磁路，产生很大的磁力，将动铁心9紧紧地吸在静铁心7的上磁极上。

合闸时，通过电源对合闸线圈通以脉冲电流，该电流产生的磁场与永磁体11在上端产生的磁场方向相反，随着电流的增大，合闸线圈中产生的磁场使动铁心9所受的向上的吸力越来越小，当电流增大到一定程度时，动铁心9所受的吸力之和小于动铁心9上的机械负载，这时动铁心9就将向下运动。一旦动铁心9开始向下运动，它与上磁极8之间就出现间隙，上端磁路的磁阻便立刻增大，下端的磁阻减小。动铁心9所受向上的吸力变小，所受向下的吸力增大，随着该过程的进行，动铁心9受到的向下合力越来越大，使其加速向下运动，直到动铁心9下端与静铁心7下磁极相接触，至此永磁机构的合闸过程完成，动铁心9又被牢牢固定在合闸状态。

弹簧连接机构包括压缩盖14、弹簧16、支柱15及钢盘18，如图4所示，弹簧16嵌套在支柱15中，压缩盖14上设置弹簧孔，支柱15穿过弹簧孔与钢盘18连接。

正常工作时，弹簧连接机构的弹簧16均受到压缩盖14的压缩，每根支柱15的销孔中插上开口销，防止弹簧16弹出。斥力动作时，斥力金属盘20受到巨大电磁斥力的作用，推动钢盘18进一步压缩弹簧连接机构中的弹簧16向上运动，由于此时动触头与永磁机构之间靠弹簧连接机构连接在一起，所以运动部件的质量仅为斥力机构和动触头质量之和，该运动部件受到的阻力为弹簧预压力。之后随着动触头进一步运动，弹簧16被继续压缩，弹簧16弹力大于永磁机构向下的永磁力，永磁机构触头驱动杆6开始向上运动，永磁机构开始分闸。

在短路发生时，斥力机构与永磁机构同时发出动作信号，但是由于永磁机构的始动时间要远慢于斥力机构，所以斥力机构完成了触头前期的快速动作，而永磁机构则完成了动触头快速度分离形成电气间隙之后的进一步可靠分闸，两者的动作能够协调一致地可靠完成，正是得利于弹簧连接机构所发挥的作用。

Claims

1.一种限流断路器高速触头驱动机构，其特征在于：包括一机架，机架中依次固定安装有电磁斥力机构、弹簧连接机构、永磁机构；所述的电磁斥力机构包括平行叠放的斥力驱动线圈和斥力金属盘，所述的斥力驱动线圈两端连接有用于提供驱动电流的驱动电路；所述弹簧连接机构包括沿斥力金属盘周向布置的弹性部件；所述的永磁机构包括静铁心和静铁心中部镶嵌的永磁体，所述的永磁体的两侧分别安装有分闸线圈和合闸线圈，在所述的永磁体和静铁心的磁极之间设置有动铁心，所述动铁心中设有动触头驱动杆，动触头驱动杆依次穿过静铁心、弹簧连接机构、斥力驱动线圈以及斥力金属盘的轴心部与断路器触头连接。

2.根据权利要求1所述的限流断路器高速触头驱动机构，其特征在于：所述弹簧连接机构包括压缩盖、弹簧、支柱及钢盘，弹簧嵌套在支柱中，压缩盖上设置弹簧孔，支柱穿过弹簧孔与钢盘连接。

3.根据权利要求1所述的限流断路器高速触头驱动机构，其特征在于：所述驱动电路包括预充电电容、晶闸管和续流二极管，所述预充电电容的正极和晶闸管阳极均与斥力驱动线圈的一端连接，预充电电容的负极与续流二极管的正极连接，晶闸管阴极和续流二极管的负极均与斥力驱动线圈的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的限流断路器高速触头驱动机构，其特征在于：所述金属斥力盘为铜盘。