CN103943428A - 一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置，该装置由分闸绕组、动铁心、永磁体、固定装置、合闸绕组、静铁心、驱动连杆组成；所述分闸绕组绕在静铁心的上部，所述合闸绕组绕在静铁心的下部；所述动铁心采用“I”形结构；所述永磁体与固定装置环绕嵌在动铁心上，其中固定装置嵌在动铁心中部，两块永磁体分别嵌在固定装置两端的动铁芯上；驱动连杆与动铁心连成一体。本发明装置的永磁体嵌入动铁芯方式，与绕组磁场共同作用，缩短分合闸过渡过程，迅速达到极限稳态。本发明可在电力系统的变电站、铁路牵引变电所及各种馈线保护中使用。

Description

一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置

 

技术领域    

本发明涉及一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置，属于电力系统制造技术领域。

背景技术    

在电力系统断路器开关领域，传统的断路器的驱动装置由机械弹簧或机械扣锁构成，同时缠绕的绕组很多，这就增加断路器驱动装置的复杂性，由于弹簧装置使用寿命具有一定的年限，而机械扣锁装置需要一定的反应时限，这两者都很容易出现断路器的误动与不动，过多的绕组在通入大的驱动电流时发热，这就导致绕组容易被烧坏，这也增加断路器开关的风险。

使用传统的电磁断路器同样需要在静铁心上缠绕过多的绕组，由于温度的限制，不能充分运用于大电流的电路关断。

当前在电力系统中的一些变电站及馈线保护领域使用永磁机构来驱动断路器开关，但存在以下几个缺点：（1）结构有缺陷，永磁体分布在静铁心上，这在工艺上增加制造难度，需要在静铁心内部开槽嵌入永磁体；（2）永磁体与绕组的距离较近，当绕组温度过高时容易引起消磁现象；（3）永磁体产生的磁场是恒定的，磁通路径也是固定不变的，当磁通路径与通入电流的绕组磁通路径方向相反时，也容易出现严重的消磁现象，因为消磁过程伴随着绕组电流的通入而持续稳定地进行，这是很不利的后果。

发明内容    

本发明的目的是，为了解决电力系统变电站永磁机构来驱动断路器开关存在的问题，本发明提出一种永磁体可移动式反应速度灵敏的断路器驱动装置。

实现本发明的技术方案是，本发明一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置由分闸绕组、动铁心、永磁体、固定装置、合闸绕组、静铁心、驱动连杆组成。分闸绕组绕在静铁心的上部，合闸绕组绕在静铁心的下部；动铁心采用“I”形结构，永磁体与固定装置环绕嵌在动铁心上，其中固定装置嵌在动铁心中部，紧靠固定装置两端的两块永磁体分别同时嵌在动铁芯上；驱动连杆与动铁心连成一体。

所述固定装置采用铝加工制作而成，由两个半圆环通过螺母螺栓构成铝环，可将上、下两块紧靠固定装置的永磁体牢固嵌在动铁芯上的同时，也能够起到隔磁材料的作用。

本发明一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置的运行原理如下：

断路器处于分闸状态时，动铁心的上下两对永磁体通过静铁心与动铁心之间形成磁路。上方永磁体与上部静铁心之间的空气隙较短，上下方永磁体与两侧的静铁心之间的磁路的磁阻也很小，这样动铁心就可以牢牢地吸在静铁心上，也即动铁心稳稳地固定在分闸状态，不会因重力作用而使动铁心下滑。

断路器处于合闸过程时，静铁心下方的绕组通入合闸电流，当合闸电流逐渐增大时，上方永磁体与静铁心上部的空气隙距离开始拉大，磁路的磁阻就变大了；下方永磁体与下部静铁心的空气隙逐渐缩短，磁路的磁阻随之减小，而合闸电流磁场只须抵消动铁心上永磁体产生的部分磁场作用，此时，在合闸电流产生的磁场与动铁心下方的永磁体共同作用下，受到一个向下的“拉力”，动铁心克服摩擦力迅速下移，以达到合闸的目的。

断路器处于合闸状态时，动铁心的上下两对永磁体通过静铁心与动铁心之间形成磁路。下方永磁体与下部静铁心之间的空气隙较短，上下方永磁体与两侧的静铁心之间的磁路的磁阻也很小，这样动铁心就可以牢牢地吸在静铁心上，使动铁心处于合闸状态，上方永磁体与静铁心上部的空气隙距离很大，不易形成磁路，这时，不会因上方的永磁体的作用而向上移动。

断路器处于分闸过程时，静铁心上方的绕组通入分闸电流，当分闸电流逐渐增大时，下方永磁体与静铁心下部的空气隙逐渐增大，磁路的磁阻随之增大，上方永磁体与上部静铁心的空气隙逐渐缩短，磁路的磁阻进而减小，此时的分闸电流抵消动铁心上永磁体产生的部分磁场作用，在分闸电流产生的磁场在与动铁心上方的永磁体共同作用下，受到一个向上的“拉力”，克服摩擦力和重力后动铁心迅速上移，以达到分闸的目的。

永磁体位于动铁心上，在分闸和合闸两种极限稳定状态下，都可以保持动铁心的稳定，且在过渡过程中起到增大分闸或合闸的磁场作用。

本发明的整个驱动装置结构简单，由于断路器采用永磁体可移动式，永磁体的位置是可以上下变化，也即相对通入电流绕组的距离是变化的，这也有利于减少永磁体受绕组温度影响。动铁心的硅钢冲压构造增大磁导率的作用，使磁场的形成时间快速缩短，增大反应速度。本发明将永磁体嵌入在动铁心，永磁体形成的磁路是随着位置的变化不断改变的，这可以使分合闸过程的磁场增强，这不仅减少外部分合闸电流的通入量，且还可以降低绕组高温烧坏概率。

本发明装置的动铁心在上下移动时，永磁体横向都可以形成闭合的磁路，且两端受力相同，使移动呈现出快速、平稳的直线运动，不至于出现运动方向的波动，这就减少摩擦力，使运动更快捷。永磁体处于上述两种过渡状态时，都会出现一对永磁体与垂直方向的静铁心距离拉大，气隙磁场的逐渐减弱，同时另一端的气隙磁场逐渐增大，使过渡状态及时结束，缩短断路器投切的时间。

动铁心与静铁芯之间的紧密结合，首先使运动路径无波折；其次，增大气隙磁场，减少横向磁通损耗。

本发明装置的永磁体嵌入方式，与绕组磁场共同作用，缩短分合闸过渡过程，迅速达到极限稳态。本发明可在电力系统的变电站、铁路牵引变电所及各种馈线保护中使用。

本发明的有益效果是，本发明驱动装置的运动部件只有一个，可以大大延长机构的机械使用寿命，而且无需其它机械扣锁装置、弹簧装置、纯粹电磁操作的高强度运动装置，本发明在装置中设置了可移动的永磁体，可以降低磁场损耗，大大提高了本发明装置的机械可靠性。

附图说明    

图1为本发明当动铁心处于分闸状态时的断路器驱动结构示意图，永磁体产生的各磁场，虚线与箭头为磁通路径方向图；

图2为本发明当动铁心处于合闸过渡状态时的断路器驱动结构示意图，合闸绕组与钕铁硼（铁氧体）永磁体产生的各磁场，虚线与箭头为磁通路径方向图；

图3为本发明当动铁心处于合闸状态时的断路器驱动结构示意图，钕铁硼（铁氧体）永磁体产生的各磁场，虚线与箭头为磁通路径方向图；

图4为本发明当动铁心处于分闸过渡状态时的断路器驱动结构示意图，分闸绕组与钕铁硼（铁氧体）永磁体产生的各磁场，虚线与箭头为磁通路径方向图；

图5为本发明铁芯中部横截面示意图；

图中：1是分闸绕组、2是动铁心、3是永磁体、4是固定装置、5是合闸绕组、6是静铁心、7是驱动连杆；21是动铁芯中部横截面；22是动铁芯上部和下部的横截面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明。

如附图1~5所示，本发明一种中低压永磁可移动式断路器驱动装置，包括分闸绕组1、动铁心2、永磁体3、固定装置4、合闸绕组5、静铁心6、驱动连杆7。

分合闸绕组分别绕在静铁心的6上部和下部。

动铁心2采用“I”形结构设计，动铁芯截面积为圆形，动铁芯两端横截面直径大于动铁芯中部横截面直径，如图5所示，其中固定装置铝环或永磁体的内直径为动铁芯内圆直径，铝环或者永磁体的外直径为动铁芯两端外圆的直径。永磁体3与固定装置铝环4嵌在动铁心6上，其中固定装置铝环4与动铁心2共同作用下使永磁体3牢固环绕嵌在动铁心2上，以防永磁体3脱落并能够起到隔磁材料的作用，驱动连杆7与动铁心2连成一体。

本实施例的永磁体环绕动铁心圆柱状固定，使绕组通入电流减少，降低绕组的温度，永磁体所受温度影响较小，动铁心与静铁心之间的摩擦力均匀，运动无波动。

本实施例的绕组均采用漆包线绕制，然后在静铁心开槽嵌入，可以采用矩形绕组嵌入，这可以与静铁心的各倒角紧密连接，可增加气隙磁场。

本实施例的固定装置采用铝材制作，形成两个半圆环，通过螺栓螺母的形式固定在动铁芯上，首先可以起到固定永磁体的作用，其次可以降低永磁体的磁能损耗，起到隔磁材料的作用，同时它的价格相对较低也容易获取。

本实施例对应的分合闸绕组分别通入电流后，就可以实现永磁体与动铁心之间相对静止地运动，提高分合闸能力。这种驱动装置的运动部件只有一个，这可以延长机构的机械使用寿命，而且没有机械扣锁装置、弹簧装置、纯粹电磁操作的高强度运动装置，而且对于静止的永磁体来说可以降低磁场损耗，这使该发明装置的机械可靠性非常高。

Claims (3)

1.一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置，其特征在于，所述装置由分闸绕组、动铁心、永磁体、固定装置、合闸绕组、静铁心、驱动连杆组成；所述分闸绕组绕在静铁心的上部，所述合闸绕组绕在静铁心的下部；所述动铁心采用“I”形结构；所述永磁体与固定装置嵌在动铁心上，其中，紧靠固定装置两端的两块永磁体分别同时环绕嵌在动铁芯上；驱动连杆与动铁心连成一体。

2.根据权利要求１所述的一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置，其特征在于，所述永磁体位于动铁心上，在分闸和合闸两种极限稳定状态下，都可以保持动铁心的稳定，且在过渡过程中起到增大分闸或合闸的磁场作用。

3.根据权利要求１所述的一种永磁体可移动式中低压断路器驱动装置，其特征在于，所述固定装置由两个铝半圆环构成，通过螺母螺栓构成一个整的圆环嵌在动铁心中部，可将上下两块紧靠固定装置的永磁体牢固嵌在动铁芯上。