CN105244198A - 高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，解决了现有的高压断路器操动机构运动零部件多，传动机构复杂，机构可控性和可靠性差的问题。包括V形摆杆（4）的中部铰接在支撑轴（5）上，V形摆杆（4）的一端与永磁直线电机（1）的输出轴（3）铰接在一起，V形摆杆（4）的另一端与传动连杆（6）的下端铰接在一起，传动连杆（6）的上端通过绝缘拉杆连接头（7）与绝缘拉杆（8）的下端连接在一起，绝缘拉杆（8）的上端通过断路器触头弹簧接头（9）与触头弹簧（10）的下端连接在一起，触头弹簧（10）的上端与断路器灭弧室（11）中的动触头（12）连接在一起。提高了操动机构和断路器关合操作的可靠性。

Description

高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构

技术领域

本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种应用于高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构。

背景技术

永磁直线电机一般用于直线驱动环境，结构大多采用电枢绕组放置在初级铁心，永磁体放置在次级铁心的方式，由于电机的快速旋转运动，这种布设方式的次级铁心与电机壳体容易产生碰撞，次级铁心上的永磁体会因为强烈碰撞而产生退磁，从而影响电机直线运动。因此，让电枢绕组运动，永磁体静止方式的直线电机可解决永磁体因碰撞产生的退磁问题。常规的电机初级铁心与次级铁心之间的气隙均为定值，气隙磁密也为恒定值，气隙越大，磁密则越小，气隙越小，磁密则越大。电机次级铁心的直线运动速度与电机的电磁推力有关，电磁推力与电枢绕组电流和气隙磁密成正比。当气隙恒定时，通过控制电枢绕组电流即可实现控制电机的直线运动速度，而电枢绕组电流的控制是通过控制器来实现的。当用直线电机控制高压断路器动触头进行分合闸操作时，由于高压断路器动触头分闸或合闸速度的要求是先慢，然后快，最后慢，这就要求对电枢绕组电流实现分段控制。但由于高压断路器分闸或合闸速度要求较高，使得电枢绕组电流达到200-300安培，这时电流分段控制就很难实现，同时也降低了电枢绕组寿命和控制器的可靠性。因此，恒定气隙的永磁直线电机在高压断路器分合闸操作过程中是不可行的，无法完成高压断路器分闸或合闸速度要求。高压断路器是电力系统中极其重要的电力设备，其运行好坏直接影响着整个系统的稳定性、可靠性，而高压断路器的操动机构又是其重要的组成部分，它不但要保证断路器长期的动作可靠性，而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。传统断路器操动机构主要为电磁操动机构、弹簧操动机构、气动操动机构和液压操动机构，这些操动机构结构复杂，运动部件多，故障率较高，而且多在关键部位，容易引起操作失误等问题。复杂的操动机构致使操动机构的响应时间长、分散性大，其结构不能完全满足断路器的运动特性和操作特性，从而无法满足现代电力系统对断路器操作智能化的要求。

发明内容

本发明提供了一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，解决了现有的高压断路器操动机构运动零部件多，传动机构复杂，机构可控性和可靠性差的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，包括永磁直线电机、电机控制器，断路器灭弧室和支撑轴，在断路器灭弧室中设置有动触头和静触头，电机控制器与永磁直线电机电连接在一起，V形摆杆的中部铰接在支撑轴上，V形摆杆的一端与永磁直线电机的输出轴铰接在一起，V形摆杆的另一端与传动连杆的下端铰接在一起，传动连杆的上端通过绝缘拉杆连接头与绝缘拉杆的下端连接在一起，绝缘拉杆的上端通过断路器触头弹簧接头与触头弹簧的下端连接在一起，触头弹簧的上端与断路器灭弧室中的动触头连接在一起。

在永磁直线电机中的初级铁心上，沿从左向右的水平方向依次设置有第一永磁体环、第二永磁体环和第三永磁体环，在第一永磁体环与第二永磁体环之间设置有第一非导磁间隔环，在第二永磁体环与第三永磁体环之间设置有第二非导磁间隔环，第一永磁体环与次级铁心上的电枢绕组之间的间隙为3.5毫米，第二永磁体环与次级铁心上的电枢绕组之间的间隙为0.5毫米，第三永磁体环与次级铁心上的电枢绕组之间的间隙为2毫米，在初级铁心的左外侧面上设置有左辅助永磁体环，在初级铁心的右外侧面上设置有右辅助永磁体环；在永磁直线电机的输出主轴的左端套接有霍尔位置传感器。

本发明所提出的高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，将传统操动机构中的运动驱动部件简化为唯一的部件旋转的电机轴，极大地减少了操动机构零部件，提高了操动机构的可靠性。采用直线电机对断路器进行驱动，结构简单，速度响应快，运动过程可控性好。本发明提出的永磁直线电机根据高压断路器的速度特性要求，采用动绕组式变气隙结构，使永磁直线电机在运动性能上与高压断路器的速度特性相匹配。这种结构一方面提高了永磁直线电机的起动电磁推力，产生较大的加速度，能实现快速动作并且迅速实现制动；另一方面减小了对操动机构的机械冲击，增加了高压断路器和操动机构的机械寿命。本发明提出的在分合闸位置直接利用辅助永磁体产生的电磁吸力来使高压断路器维持在分合闸位置，结构简单、性能可靠，有效避免了断路器的合闸弹跳，提高了操动机构和断路器关合操作的可靠性。由于高压断路器的运动时间短速度快，为防止永磁体在运动过程中碰撞导致失磁，本发明提出了动绕组式变气隙永磁直线电机结构，即将绕组放置在移动的次级铁芯上，永磁体放置在静止的初级铁芯上。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的永磁直线电机1的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，包括永磁直线电机1、电机控制器2，断路器灭弧室11和支撑轴5，在断路器灭弧室11中设置有动触头12和静触头13，电机控制器2与永磁直线电机1电连接在一起，其特征在于，V形摆杆4的中部铰接在支撑轴5上，V形摆杆4的一端与永磁直线电机1的输出轴3铰接在一起，V形摆杆4的另一端与传动连杆6的下端铰接在一起，传动连杆6的上端通过绝缘拉杆连接头7与绝缘拉杆8的下端连接在一起，绝缘拉杆8的上端通过断路器触头弹簧接头9与触头弹簧10的下端连接在一起，触头弹簧10的上端与断路器灭弧室11中的动触头12连接在一起。

在永磁直线电机1中的初级铁心14上，沿从左向右的水平方向依次设置有第一永磁体环17、第二永磁体环18和第三永磁体环19，在第一永磁体环17与第二永磁体环18之间设置有第一非导磁间隔环20，在第二永磁体环18与第三永磁体环19之间设置有第二非导磁间隔环21，第一永磁体环17与次级铁心15上的电枢绕组16之间的间隙δ₁为3.5毫米，第二永磁体环18与次级铁心15上的电枢绕组16之间的间隙δ₂为0.5毫米，第三永磁体环19与次级铁心15上的电枢绕组16之间的间隙δ₃为2毫米，在初级铁心14的左外侧面上设置有左辅助永磁体环22，在初级铁心14的右外侧面上设置有右辅助永磁体环23；在永磁直线电机1的输出主轴的左端套接有霍尔位置传感器24。

初级铁心14和次级铁心15由DW470型硅钢片叠成，电机的输出轴3选用10号钢锻造，第一永磁体环17、第二永磁体环18和第三永磁体环19的型号均为N38型钕铁硼永磁体。当次级铁心15运动至断路器合闸或分闸位置时，即位移到最左侧或最右侧时，利用磁通最短路径原则，通过左辅助永磁体环22和右辅助永磁体环23产生的永磁吸力使次级铁心15与初级铁心14吸合在一起，确保了断路器在规定的范围内运动并在分合闸位置实现保持。

永磁直线电机1中的第一永磁体环17与次级铁心15上的电枢绕组16之间的间隙δ₁为3.5毫米，第二永磁体环18与次级铁心15上的电枢绕组16之间的间隙δ₂为0.5毫米，第三永磁体环19与次级铁心15上的电枢绕组16之间的间隙δ₃为2毫米。这种变气隙结构对应于断路器分闸运动过程，在接触行程阶段，在接触行程阶段，气隙长度较小，本实施方式中取气隙长度为2毫米，使得气隙磁密较大，导致驱动电机提供的电磁转矩较大，从而能使断路器得到较大的刚分速度；在断路器刚分后3/4开距阶段，气隙长度最小，为0.5毫米，这个气隙长度下驱动电机提供的电磁转矩最大，可达到获得最快的平均分闸转速以满足断路器的速度特性要求；在分闸位置前1/4开距，气隙长度最大为3.5毫米，使得电机输出转矩减小，有利于减小对电机及断路器的机械冲击。变气隙结构从结构上保证了驱动电机与断路器的速度特性相匹配。

Claims (2)

1.一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，包括永磁直线电机（1）、电机控制器（2），断路器灭弧室（11）和支撑轴（5），在断路器灭弧室（11）中设置有动触头（12）和静触头（13），电机控制器（2）与永磁直线电机（1）电连接在一起，其特征在于，V形摆杆（4）的中部铰接在支撑轴（5）上，V形摆杆（4）的一端与永磁直线电机（1）的输出轴（3）铰接在一起，V形摆杆（4）的另一端与传动连杆（6）的下端铰接在一起，传动连杆（6）的上端通过绝缘拉杆连接头（7）与绝缘拉杆（8）的下端连接在一起，绝缘拉杆（8）的上端通过断路器触头弹簧接头（9）与触头弹簧（10）的下端连接在一起，触头弹簧（10）的上端与断路器灭弧室（11）中的动触头（12）连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，其特征在于，在永磁直线电机（1）中的初级铁心（14）上，沿从左向右的水平方向依次设置有第一永磁体环（17）、第二永磁体环（18）和第三永磁体环（19），在第一永磁体环（17）与第二永磁体环（18）之间设置有第一非导磁间隔环（20），在第二永磁体环（18）与第三永磁体环（19）之间设置有第二非导磁间隔环（21），第一永磁体环（17）与次级铁心（15）上的电枢绕组（16）之间的间隙（δ₁）为3.5毫米，第二永磁体环（18）与次级铁心（15）上的电枢绕组（16）之间的间隙（δ₂）为0.5毫米，第三永磁体环（19）与次级铁心（15）上的电枢绕组（16）之间的间隙（δ₃）为2毫米，在初级铁心（14）的左外侧面上设置有左辅助永磁体环（22），在初级铁心（14）的右外侧面上设置有右辅助永磁体环（23）；在永磁直线电机（1）的输出主轴的左端套接有霍尔位置传感器（24）。