CN103441033B - 一种真空接触器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空接触器，其特征在于：包括灭弧室、斥力机构、永磁机构、传动机构、合闸弹簧和电容储能电路；所述灭弧室内设置有接触器动触头和静触头；所述永磁机构包括永磁铁；所述斥力机构包括驱动线圈、磁衔铁，所述驱动线圈设置在磁衔铁上，用于产生与永磁机构相斥的磁场，且该驱动线圈与电容储能电路电连接；所述传动机构包括传动杆，该传动杆穿过合闸弹簧，一端连接灭弧室动触头，另一端连接斥力机构，通过其上下移动实现真空接触器的合闸或分闸。该真空接触器斥力机构采用永磁斥力式机构和弹簧储能式结构相结合而形成的新的驱动形式，以实现3ms内的合闸时间，并且合闸弹跳时间小于2ms，广泛应用于需快速合闸的输电线路。

Description

一种真空接触器

技术领域

本发明涉及一种输电线路开关电器，具体地讲是一种真空接触器。

背景技术

电力作为生活和生产中不可缺少的能源，其重要作用越来越大，为了保障生活和生产的正常运转，用户对电力的可靠性和质量上要求也越来越高。真空接触器作为电力上的开关器件，用户对真空接触器的动作速度有着越来越高的要求。现有技术中，真空接触器采用的是电磁机构带动灭弧室动作，由于电磁线圈的电感效应导致触动时间较长，此种真空接触器在一些场合无法满足使用要求。例如，在柔性直流输电中要对IGBT器件的旁路保护，需要一款能在3ms内合闸的快速动作真空接触器，在IGBT器件发生故障时在短时间内将其旁路掉，避免半导体器件由于故障电流产生的热量使其损坏。现有的真空接触器无法在很短的时间内实现所要求的动作，无法避免由于故障电流产生的热量对电力系统的损害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快动作真空接触器，所述真空接触器能够在很短的时间内完成合闸行动，避免故障电流对电力系统的损坏。

实现本发明的技术方案是：一种真空接触器，包括灭弧室、斥力机构、永磁机构、传动机构、合闸弹簧和为驱动线圈提供电流的电容储能电路；

—所述灭弧室内设置有灭弧室动触头和定触头；

—所述永磁机构包括永磁铁；

—所述斥力机构包括驱动线圈、磁衔铁，所述驱动线圈设置在磁衔铁上，所述斥力机构和永磁机构二者端面相吸合，所述驱动线圈与电容储能电路相连接，所述驱动线圈通电时可以产生与永磁机构的端面磁场极性相斥的磁场；

—所述传动机构包括传动杆，该传动杆穿过合闸弹簧，一端连接灭弧室动触头，另一端连接斥力机构，通过其移动实现真空接触器的合闸或分闸。

当所述真空接触器处于分闸状态时，合闸弹簧处于弹性势能状态，磁衔铁与永磁机构相吸合，永磁机构和磁衔铁中形成闭合的磁回路；所述真空接触器合闸时，电容储能电路为驱动线圈加载电流，驱动线圈在磁衔铁中形成与永磁机构和磁衔铁中形成闭合的磁回路相排斥的磁场（见附图7），使永磁机构和磁衔铁排斥开并释放合闸弹簧的弹性势能，将永磁机构与磁衔铁从初步分离状态变成加速释放状态，通过传动杆动作，实现真空接触器的快速合闸。

所述真空接触器的永磁机构还包括磁轭、铁芯，所述铁芯置于永磁铁中，所述磁轭置于永磁铁四周；所述真空接触器处于分闸状态时，所述磁衔铁置于永磁机构外并靠近铁芯的一端部，所述磁衔铁的一端面与铁芯的一端面相吸合，磁衔铁、铁芯、磁轭和永磁铁形成闭合的磁回路；所述真空接触器合闸时，电容储能电路为驱动线圈加载电流，驱动线圈在磁衔铁中形成与铁芯、磁轭、磁衔铁和永磁铁中形成闭合的磁回路相排斥的磁场(见附图7)，释放合闸弹簧的弹性势能，将磁衔铁与铁芯从初步分离状态变成加速释放状态，通过传动杆动作，实现真空接触器的快速合闸。

所述真空接触器还包括手动分闸机构，通过手动分闸机构实现真空接触器的分闸。

所述手动分闸机构包括手动分闸杆、分闸撬杆、支架、轴销，分闸撬杆一端通过轴销与支架相连接，另一端通过轴销与手动分闸杆相连接，所述分闸撬杆通过传动杆上设置的卡销与传动杆相接触；通过手动分闸杆的分闸动作，带动传动机构的动作，使斥力机构与永磁机构相吸合，并使合闸弹簧处于弹性势能状态，实现真空接触器的分闸。

所述真空接触器还包括绝缘子，所述绝缘子位于灭弧室与传动杆之间，所述绝缘子包括螺杆，所述螺杆通过焊接方式与传动杆连接在一起，通过传动杆的动作，推动绝缘子动作，实现真空接触器的合闸或分闸。真空接触器合闸的同时，合闸弹簧作用在绝缘子上，又起到了触头弹簧的作用，使得灭弧室动触头在高速运动接触到定触头后有500N左右的弹簧力施加到动触头上，尽量的减小合闸时的触头弹跳时间，其合闸弹跳时间不大于2ms。

所述的真空接触器还包括绝缘框架和面板，所述灭弧室、绝缘子、斥力机构、永磁机构、传动机构、合闸弹簧和电容储能电路均置于所述绝缘框架和面板围成的空间内，以减小外界电磁干扰对合闸时间的影响，增加可靠性，同时也可以保证安全性。

所述的真空接触器，为了减小永磁铁对合闸过程的影响，所述传动杆是不导磁材料制成，所述不导磁材料是无磁不锈钢或者硬铝。

采用本发明技术方案的真空接触器能够实现3ms内的合闸时间，并且合闸弹跳时间小于2ms。

采用本发明技术方案的真空接触器，由于真空接触器合闸速度特别快，需要较大的能量，但是在柔性直流输电系统中不能提供较大的能量给合闸系统，所以采用电容充放电形式的电容储能电路给合闸系统提供能量。

所述的真空接触器的电容储能电路是：第一二极管D1的阳极与给电容C2充电的电源正极连接，其阴极与限流电阻R1一端连接，所述限流电阻R1的另一端与第二二极管D2的阴极连接，所述第二二极管D2与线圈KM并联，所述第二二极管D2的阳极与驱动线圈一端连接；所述电容C2的一端与第二二极管D2的阴极一端连接，其另一端与电源的负极和驱动线圈的另一端连接，所述电容C2的两端并联一放电电阻R2。

本发明的有益效果是：

1、斥力机构采用永磁斥力式机构和弹簧储能式结构相结合而形成的新的驱动形式，以实现3ms内的合闸时间，并且合闸弹跳时间小于2ms。

2、快速合闸真空接触器的绝缘框架。该绝缘框架采用全封闭式结构设计，避免外界因素对合闸时间的影响。该绝缘框架采用上下布置式，上部分是高压和弹簧驱动部分，下部分是永磁斥力式结构部分。由框架和两块面板组成，将整个机构封闭在绝缘框架内部，引出部分只有上下母排、手动分闸操作杆、接线座。这种结构保证了良好的外部绝缘性能，在接触器装入柜体时节省了空间。

3、在传动部分都采用了无磁不锈钢和硬铝等不导磁的材料。减小了在合闸过程中永磁铁对合闸过程的影响，

4、设计了电容充放电为基础的驱动方式，通过续流二极管的应用，减小了电解电容在充电完成后对电源侧的影响，并且该电气原理图电气元件少，减少了故障点，使得整个充放电过程更为可靠。

附图说明

图1真空接触器结构图；

图2a真空接触器合闸状态图；

图2b真空接触器分闸状态图；

图3永磁机构结构图；

图4a手动分闸机构合闸示意图；

图4b手动分闸机构分闸示意图；

图5绝缘子和传动杆连接示意图；

图6电容储能电路图；

图7驱动线圈通电斥力机构产生与永磁机构相斥的磁场示意图；

图中标号：1、灭弧室，2、驱动线圈，3、磁衔铁，4、永磁机构，5、传动杆，6、合闸弹簧，7、磁轭，8、铁芯，9、手动分闸杆，10、分闸撬杆，11、支架，12、轴销，13、卡销，14、绝缘框架，15、面板，16、绝缘子，17、永磁铁、18、螺杆。

具体实施方式

实施例一：

如图1、图2a、图2b和图6所示，一种真空接触器，包括灭弧室1、磁衔铁3、驱动线圈2、永磁机构4、传动杆5、合闸弹簧6和电容储能电路；所述永磁机构4包括永磁铁17，所述磁衔铁3上设置有驱动线圈2；所述真空接触器处于分闸状态时，合闸弹簧6处于压缩状态（根据实际设计需要合闸弹簧6也可以设计成拉伸状态），磁衔铁3与永磁铁17相吸合，永磁铁17和磁衔铁3中形成闭合的磁回路；电容储能电路为驱动线圈2加载电流时，驱动线圈2在磁衔铁3中形成与永磁铁17和磁衔铁3中形成闭合的磁回路相排斥的磁场，使永磁铁17和磁衔铁3排斥开并释放合闸弹簧6的压缩状态时的弹性势能，所述合闸弹簧6释放弹性势能同时将磁衔铁3与永磁铁17从初步分离状态变成加速释放状态，通过传动杆5动作，实现真空接触器的快速合闸。

本实施例中的电容储能电路是：第一二极管D1的阳极与给电容C2充电的电源正极连接，所述第一二极管D1的阴极与限流电阻R1一端连接，所述限流电阻R1的另一端与第二二极管D2的阴极连接，第一二极管D1可以使电容C2在对驱动线圈2放电时减小对充电电源的影响，所述第二二极管D2与驱动线圈2并联，所述第二二极管D2的阳极与控制模块一端SCR-A连接，所述驱动线圈2和第二二极管D2形成一个放电回路，使电容C2对驱动线圈2充电后，驱动线圈2中的多余电流通过所述回路释放，以保护驱动线圈2；所述电容C2的一端与第二二极管D2的阴极一端连接，其另一端与电源的负极以及控制模块的另一端SCR-K连接，所述电容C2的两端并联一放电电阻R2，通过控制模块SCR接通实现电容C2对驱动线圈2的放电。

实施例二：

如图3所示。实施例二与实施例一不同点在于，其永磁机构4除了永磁铁17外还增加了磁轭7、铁芯8，所述铁芯8置于永磁铁17中，所述磁轭7置于永磁铁17四周（以形成一个封闭的磁场，减小磁损耗，增大磁力），所述真空接触器处于分闸状态时，所述磁衔铁3置于永磁机构4外并靠近铁芯8的一端部，所述磁衔铁3的一端面与铁芯8的一端面相吸合，磁衔铁3、铁芯8、磁轭7和永磁铁17形成闭合的磁回路；当所述真空接触器处于分闸状态时，合闸弹簧6处于压缩状态（根据实际设计需要合闸弹簧6也可以设计成拉伸状态）），磁衔铁3与铁芯8相吸合，永磁铁17、磁轭7、铁芯8和磁衔铁3中形成闭合的磁回路，所述真空接触器合闸时，电容储能电路为驱动线圈2加载电流，驱动线圈2在磁衔铁3形成磁场，所述磁场与真空接触器分闸状态时永磁铁17、磁轭7、铁芯8和磁衔铁3中形成闭合的磁回路相排斥，使永磁铁17和磁衔铁3排斥开并释放合闸弹簧6的压缩状态时的弹性势能，所述合闸弹簧6释放弹性弹性势能同时将磁衔铁3与永磁铁17从初步分离状态变成加速释放状态，通过传动杆5动作，实现真空接触器的快速合闸。

实施例三

如图4a、图4b所示，实施例三在前述的实施例中，增加了手动分闸机构，通过手动分闸机构实现真空接触器的分闸，所述手动分闸机构包括手动分闸杆9、分闸撬杆10、支架11、轴销12，分闸撬杆10一端通过轴销12与支架11相连接，另一端通过轴销12与手动分闸杆9相连接，所述传动杆5上设有一卡销13，通过手动分闸杆9的分闸动作，使分闸撬杆10作用在所述卡销13上，以卡销13为支点带动传动杆5的动作，合闸弹簧6处于压缩状态（根据实际设计需要合闸弹簧6也可以设计成拉伸状态），同时能使磁衔铁3与铁芯8（或者永磁铁17）相吸合，实现真空接触器的分闸，实施例三的真空接触器合闸过程和实施例一和实施例二是相同的。

实施例四

如图5所示，实施例四与上述实施例的区别是：所述真空接触器还包括绝缘子16，所述绝缘子16位于灭弧室1与传动杆5之间，所述绝缘子16包括螺杆18，所述传动杆5通过焊接方式与螺杆18连接在一起，通过传动杆5的动作，推动绝缘子16动作，实现真空接触器的合闸。

实施例五

实施例五与上述实施例的区别是：所述真空接触器还包括绝缘框架14和面板15，所述灭弧室1、绝缘子16、驱动线圈2、磁衔铁3、永磁铁17、磁轭7、铁芯8、传动杆5、合闸弹簧6和电容储能电路均置于所述绝缘框架14和面板15围成的空间内。以减小外界电磁干扰对合闸时间的影响，增加可靠性，同时也可以保证安全性。

Claims (8)

1.一种真空接触器，其特征在于：包括灭弧室、斥力机构、永磁机构、传动机构、合闸弹簧和为驱动线圈提供电流的电容储能电路；

—所述灭弧室内设置有灭弧室动触头和定触头；

—所述永磁机构包括永磁铁；

—所述斥力机构包括驱动线圈、磁衔铁，所述驱动线圈设置在磁衔铁上，所述斥力机构和永磁机构二者端面相吸合，所述驱动线圈与电容储能电路相连接，所述驱动线圈通电时可以产生与永磁机构的端面磁场极性相斥的磁场；

—所述传动机构包括传动杆，该传动杆穿过合闸弹簧，一端连接灭弧室动触头，另一端连接斥力机构，通过其移动实现真空接触器的合闸或分闸。

2.如权利要求1所述的真空接触器，其特征在于：所述永磁机构还包括磁轭、铁芯，所述铁芯置于永磁铁中，所述磁轭置于永磁铁四周，所述铁芯的一端面与磁衔铁的一端面相吸合。

3.如权利要求1或2所述的真空接触器，其特征在于：所述真空接触器还包括手动分闸机构，通过手动分闸机构实现真空接触器的分闸。

4.如权利要求3所述的真空接触器，其特征在于：所述手动分闸机构包括手动分闸杆、分闸撬杆、支架、轴销，分闸撬杆一端通过轴销与支架相连接，另一端通过轴销与手动分闸杆相连接，所述分闸撬杆通过传动杆上设置的卡销与传动杆相接触。

5.如权利要求1、2或4之一所述的真空接触器，其特征在于：所述真空接触器还包括绝缘子，所述绝缘子位于灭弧室与传动杆之间，所述绝缘子包括螺杆，所述螺杆通过焊接方式与传动杆连接在一起，通过传动杆的动作，推动绝缘子动作，实现真空接触器的合闸或分闸。

6.如权利要求5所述的真空接触器，其特征在于：所述真空接触器还包括绝缘框架和面板，所述灭弧室、绝缘子、斥力机构、永磁机构、传动机构、合闸弹簧和电容储能电路均置于所述绝缘框架和面板围成的空间内。

7.如权利要求6所述的真空接触器，其特征在于：所述传动杆是由不导磁材料制成，所述不导磁材料是无磁不锈钢或者硬铝。

8.如权利要求1所述的真空接触器，其特征在于：所述电容储能电路是：第一二极管D1的阳极与给电容C2充电的电源正极连接，其阴极与限流电阻R1一端连接，所述限流电阻R1的另一端与第二二极管D2的阴极连接，所述第二二极管D2与驱动线圈并联，所述第二二极管D2的阳极与控制模块一端连接；所述电容C2的一端与第二二极管D2的阴极一端连接，其另一端与电源的负极以及控制模块的另一端连接，所述电容C2的两端并联一电阻R2，通过接通控制模块实现电容C2对驱动线圈KM的放电。