CN105529207A - 一种电磁式高压隔离开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁式高压隔离开关。开关的闭合、断开等工作过程能直观地观测到，并有状态信号输出；采用耐电弧烧蚀、机械强度高、导电性能好的合金材料，具有较长的使用寿命及通流能力；利用弹簧为主的机械控制装置与电磁牵引铁为主的开关闭合联动装置配合，能快速实现隔离开关的闭合与断开，结构简单，可靠性高；能根据外部控制电源的要求灵活选择交流电磁牵引铁或直流电磁牵引铁，控制方便；此外，本发明能从根本上实现不同端口之间的物理隔离，安全可靠，实现简单，便于实际应用。

Description

一种电磁式高压隔离开关

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种电磁式高压隔离开关。

背景技术

随着高电压技术和脉冲功率技术的发展，经常需要对不同电位的端口实现电气隔离，同时需要实现某些工况下的端口连接。因此，对常开/常闭高压隔离开关的需求越来越大。

目前，常采用真空继电器或高电压可控固体开关等作为隔离开关。但真空继电器容易出现触点粘连而失效，且其封闭的结构难以发现该内部故障，同时其较小的操作机构使得其通流能力较差。高电压可控固体开关控制方便，可靠性较高，但其散热困难，无法真正实现需要电位隔离端口间的物理隔离，失效后难以发现故障，限制了其使用范围。无论采用真空继电器或高电压可控开关，由于其制造工艺复杂，成本较高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电磁式高压隔离开关，通过机械联动实现常开/常闭高电压隔离开关的闭合切换，具有结构简单、控制方便、安全可靠、成本低廉等特点，并可根据电压等级需灵活设计，具有带小电流闭合能力，应用范围广泛。

为实现上述目的，本发明提供了一种电磁式高压隔离开关，其特征在于，包括第一固定电极、第二固定电极、结构支撑件、活动电极、操纵连杆、驱动弹簧、衔铁和牵引铁；所述结构支撑件上设有第一限位板，所述操纵连杆穿过所述第一限位板，其顶部设有活动电极，其底部与所述衔铁的第一端固定连接，所述衔铁的第二端设置在所述牵引铁内，所述操纵连杆上设置有第二限位板，所述第二限位板位于所述第一限位板下方，所述驱动弹簧设置在所述第二限位板和所述牵引铁之间，包覆所述衔铁；所述第一固定电极和所述第二固定电极为圆柱形，设置在所述操纵连杆两侧，固定在所述结构支撑件上；

所述牵引铁处于断电状态时，所述衔铁远离所述牵引铁的腔体底部，所述第二限位板与所述第一限位板接触，所述驱动弹簧处于压缩状态；所述牵引铁处于通电状态时，所述衔铁到达所述牵引铁的腔体底部，所述第二限位板远离所述第一限位板，所述驱动弹簧处于压缩状态。

优选地，所述第一固定电极和所述第二固定电极位于所述活动电极的下方，所述电磁式高压隔离开关构成电磁式常开高压隔离开关；所述牵引铁处于断电状态时，所述活动电极远离所述第一固定电极和所述第二固定电极，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，所述电磁式常开高压隔离开关处于断开状态；所述牵引铁处于通电状态时，所述活动电极与所述第一固定电极和所述第二固定电极接触，所述电磁式常开高压隔离开关处于闭合状态。

优选地，所述第一固定电极和所述第二固定电极位于所述活动电极的上方，所述电磁式高压隔离开关构成电磁式常闭高压隔离开关；所述牵引铁处于断电状态时，所述活动电极与所述第一固定电极和所述第二固定电极接触，所述电磁式常闭高压隔离开关处于闭合状态；所述牵引铁处于通电状态时，所述活动电极远离所述第一固定电极和所述第二固定电极，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，所述电磁式常闭高压隔离开关处于断开状态。

优选地，上述电磁式高压隔离开关还包括设置在所述结构支撑件上的微动开关和接线端子排；所述牵引铁处于断电状态时，所述第二限位板远离所述微动开关的摆针，所述牵引铁处于通电状态时，所述第二限位板压紧所述微动开关的摆针，从而使所述微动开关的断开与闭合状态对应所述电磁式高压隔离开关的开关状态；所述微动开关的状态不同，通过所述接线端子排输出不同的电信号，通过检测输出的电信号，实时检测所述电磁式高压隔离开关的开关状态。

优选地，所述活动电极上依次设有限位弹簧和紧固件，通过所述紧固件和所述限位弹簧，使所述活动电极与所述操纵连杆紧密压接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：开关的闭合、断开等工作过程能直观地观测到，并有状态信号输出；采用耐电弧烧蚀、机械强度高、导电性能好的合金材料，具有较长的使用寿命及通流能力；利用弹簧为主的机械控制装置与电磁牵引铁为主的开关闭合联动装置配合，能快速实现隔离开关的闭合与断开，结构简单，可靠性高；能根据外部控制电源的要求灵活选择交流电磁牵引铁或直流电磁牵引铁，控制方便；此外，本发明能从根本上实现不同端口之间的物理隔离，安全可靠，实现简单，便于实际应用。

附图说明

图1是本发明实施例的电磁式常开高压隔离开关的结构示意图；

图2是本发明实施例的电磁式常闭高压隔离开关的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：101-第一固定电极，102-第二固定电极，103-活动电极，104-操纵连杆，105-第一限位板，106-第二限位板，107-橡胶垫，108-驱动弹簧，109-牵引铁，110-紧固件，111-限位弹簧，112-微动开关，113-接线端子排，114-电源变换器，115-结构支撑件，116-第二接线端子，117-第一接线端子，118-衔铁。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和图2所示，本发明实施例的电磁式高压隔离开关包括第一固定电极101、第二固定电极102、结构支撑件115、活动电极103、操纵连杆104、驱动弹簧108、牵引铁109和衔铁118。结构支撑件115上设有第一限位板105，操纵连杆104穿过第一限位板105，其底部与衔铁118的第一端固定连接，其顶部设有活动电极103，通过紧固件110以及设置在紧固件110和活动电极103之间的限位弹簧111，使活动电极103与操纵连杆104紧密压接，以保证活动电极103处于水平位置，且能在外力作用下随操纵连杆104产生竖直方向的位移。

衔铁118的第二端设置在牵引铁109内，操纵连杆104上设置有第二限位板106，第二限位板106位于第一限位板105下方，驱动弹簧108设置在第二限位板106和牵引铁109之间，包覆衔铁118。第一固定电极101和第二固定电极102为圆柱形，设置在操纵连杆104两侧，分别通过第一接线端子117和第二接线端子116固定在结构支撑件115上，第一接线端子117和第二接线端子116分别与第一固定电极101和第二固定电极102通过螺纹连接。微动开关112、接线端子排113和电源变换器114设置在结构支撑件115上。

具体地，第一限位板105的开口尺寸稍大于截面为圆滑矩形的操纵连杆104，以保证操纵连杆104始终沿竖直方向运动。操纵连杆104底部开孔，与衔铁118通过销连接，使操纵连杆104与衔铁118在竖直方向上成为一个整体。驱动弹簧108能使牵引铁109在断电状态下，衔铁118远离牵引铁109的腔体底部，为衔铁118在竖直方向上预留足够的运动空间。第二限位板106上设有橡胶垫107，以减轻衔铁118多次运动对电极的冲击力。

具体地，牵引铁109可采用交流电磁牵引铁或直流电磁牵引铁。第一固定电极101、第二固定电极102和活动电极103采用耐电弧烧蚀、机械强度高、导电性能好的合金材料，如钨铜合金、镍铜合金等，电极表面进行镀银处理以获得更好的导电性能。

概括起来，上述电磁式高压隔离开关包括以下几大部分：

第一固定电极101、第二固定电极102和活动电极103构成隔离开关的接触电极；第一固定电极101、第二固定电极102、活动电极103、操纵连杆104、第一限位板105、第二限位板106、橡胶垫107、驱动弹簧108、牵引铁109、紧固件110和限位弹簧111构成隔离开关的机械控制及联动装置；第二限位板106、微动开关112和接线端子排113构成隔离开关的状态监测模块；接线端子排113和电源变换器114构成隔离开关的输入电源转换模块，对输入电源进行控制，能灵活采用交流电、直流电对开关进行控制。开关闭合/断开后可通过较小的电流保持开关闭合/断开状态。；结构支撑件115、第一接线端子117和第二接线端子116构成隔离开关与外回路连接端口。

在本发明的一个实施例中，第一固定电极101和第二固定电极102位于活动电极103的下方，构成电磁式常开高压隔离开关，如图1所示。

在本发明的另一个实施例中，第一固定电极101和第二固定电极102位于活动电极103的上方，构成电磁式常闭高压隔离开关，如图2所示。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面以电磁式常开高压隔离开关为例，对其工作原理进行详细说明。

需要高电压隔离的两端口分别接在两个固定电极上，隔离开关为常开状态，能实现两端口的电气绝缘；闭合隔离开关的输入电源，活动电极在闭合联动装置作用下与固定电极实现良好接触，实现隔离开关闭合，原被隔离的两端口实现电气上的良好连接；控制输入电源的通电时间，能实现对隔离开关闭合时间的精确控制；断开输入电源，活动电极在弹簧操作装置作用下快速与固定电极分离，隔离开关恢复常开状态。外接回路的两端口实现高电压的电气隔离。

具体地，牵引铁109处于断电状态时，第二限位板106通过橡胶垫107与第一限位板105接触，驱动弹簧108处于轻微压缩状态，活动电极103远离第一固定电极101和第二固定电极102上方，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，电磁式常开高压隔离开关处于断开状态；通过电源变换器114使牵引铁109通电，其内部线圈产生电磁力，电磁力大于驱动弹簧108的弹力，使衔铁118向下运动，并通过操纵连杆104带动活动电极103向下运动，使活动电极103与第一固定电极101和第二固定电极102接触，电磁式常开高压隔离开关闭合，此时第二限位板106远离第一限位板105，活动电极103与紧固件110配合作用使限位弹簧111收缩，有利于活动电极103与第一固定电极101和第二固定电极102形成灵活可靠的接触，同时使衔铁118能运动至牵引铁109的腔体底部，有利于提高牵引铁109的寿命和可靠性；使牵引铁109断电，电磁力消失，在驱动弹簧108的弹力作用下，衔铁118向上运动，并通过操纵连杆104带动活动电极103向上运动，使活动电极103远离第一固定电极101和第二固定电极102，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，电磁式常开高压隔离开关断开，此时第二限位板106再次通过橡胶垫107与第一限位板105接触。

电磁式常开高压隔离开关的断开与闭合，对应着第二限位板106的最高点和最低点。最高点时，第二限位板106与微动开关112的摆针可靠断开，最低点时，第二限位板106压紧微动开关112的摆针，从而使电磁式常开高压隔离开关的断开与闭合状态分别对应微动开关112断开与闭合状态。微动开关112的断开与闭合会分别输出不同电位的电信号，通过接线端子排113将电信号输出，通过监测输出的电信号，实时检测电磁式常开高压隔离开关的开关状态。具体地，牵引铁109在通电状态下，状态监测模块输出开关闭合状态信号；牵引铁109在断电状态下，状态监测模块输出开关断开状态信号。

若外部电源保持不断，衔铁118处于复位状态，只需较小的电流即能维持该状态，电磁式常开高压隔离开关维持在闭合状态。外部电源断开后，牵引铁109对衔铁118的吸力消失，操纵连杆104在弹簧108的作用下快速向上运动，活动电极103与第一固定电极101和第二固定电极102分离。当弹簧108复位到受第一限位板105的作用时，活动电极103与第一固定电极101和第二固定电极102实现物理隔离，电磁式常开高压隔离开关恢复到常开状态。通过外接电源的控制，实现对电磁式常开高压隔离开关闭合和断开的灵活控制。

常闭高压隔离开关的工作原理与上述常开高压隔离开关相似。牵引铁109处于断电状态时，第二限位板106通过橡胶垫107与第一限位板105接触，驱动弹簧108处于轻微压缩状态，活动电极103与第一固定电极101和第二固定电极102可靠接触，电磁式常闭高压隔离开关闭合，状态监测模块输出开关闭合状态信号；通过电源变换器114使牵引铁109通电，衔铁118向下运动至牵引铁109的腔体底部，并通过操纵连杆104带动活动电极103向下运动，使活动电极103远离第一固定电极101和第二固定电极102，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，电磁式常闭高压隔离开关断开，状态监测模块输出开关断开状态信号，此时第二限位板106远离第一限位板105。

电磁式常闭高压隔离开关的断开与闭合，对应着第二限位板106的最低点和最高点。最低点时，第二限位板106压紧微动开关112的摆针，最高点时，第二限位板106与微动开关112的摆针可靠断开，从而使电磁式常开高压隔离开关的断开与闭合状态分别对应微动开关112闭合与断开状态。

若外部电源保持不断，衔铁118处于复位状态，只需较小的电流即能维持该状态，电磁式常闭高压隔离开关维持在断开状态。外部电源断开后，牵引铁109对衔铁118的吸力消失，操纵连杆104在驱动弹簧108的作用下快速向上运动，活动电极103与第一固定电极101和第二固定电极102实现可靠接触，电磁式常闭隔离开关恢复到常闭状态。

上述电磁式高压隔离开关，在开关闭合时，能实现外接端口的良好电气连接，在开关断开时，能实现外界端口的良好电气隔离。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电磁式高压隔离开关，其特征在于，包括第一固定电极、第二固定电极、结构支撑件、活动电极、操纵连杆、驱动弹簧、衔铁和牵引铁；所述结构支撑件上设有第一限位板，所述操纵连杆穿过所述第一限位板，其顶部设有活动电极，其底部与所述衔铁的第一端固定连接，所述衔铁的第二端设置在所述牵引铁内，所述操纵连杆上设置有第二限位板，所述第二限位板位于所述第一限位板下方，所述驱动弹簧设置在所述第二限位板和所述牵引铁之间，包覆所述衔铁；所述第一固定电极和所述第二固定电极为圆柱形，设置在所述操纵连杆两侧，固定在所述结构支撑件上；

所述牵引铁处于断电状态时，所述衔铁远离所述牵引铁的腔体底部，所述第二限位板与所述第一限位板接触，所述驱动弹簧处于压缩状态；所述牵引铁处于通电状态时，所述衔铁到达所述牵引铁的腔体底部，所述第二限位板远离所述第一限位板，所述驱动弹簧处于压缩状态。

2.如权利要求1所述的电磁式高压隔离开关，其特征在于，所述第一固定电极和所述第二固定电极位于所述活动电极的下方，所述电磁式高压隔离开关构成电磁式常开高压隔离开关；所述牵引铁处于断电状态时，所述活动电极远离所述第一固定电极和所述第二固定电极，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，所述电磁式常开高压隔离开关处于断开状态；所述牵引铁处于通电状态时，所述活动电极与所述第一固定电极和所述第二固定电极接触，所述电磁式常开高压隔离开关处于闭合状态。

3.如权利要求1所述的电磁式高压隔离开关，其特征在于，所述第一固定电极和所述第二固定电极位于所述活动电极的上方，所述电磁式高压隔离开关构成电磁式常闭高压隔离开关；所述牵引铁处于断电状态时，所述活动电极与所述第一固定电极和所述第二固定电极接触，所述电磁式常闭高压隔离开关处于闭合状态；所述牵引铁处于通电状态时，所述活动电极远离所述第一固定电极和所述第二固定电极，利用空气间隙实现电极间的可靠电气绝缘，所述电磁式常闭高压隔离开关处于断开状态。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电磁式高压隔离开关，其特征在于，还包括设置在所述结构支撑件上的微动开关和接线端子排；所述牵引铁处于断电状态时，所述第二限位板远离所述微动开关的摆针，所述牵引铁处于通电状态时，所述第二限位板压紧所述微动开关的摆针，从而使所述微动开关的断开与闭合状态对应所述电磁式高压隔离开关的开关状态；所述微动开关的状态不同，通过所述接线端子排输出不同的电信号，通过检测输出的电信号，实时检测所述电磁式高压隔离开关的开关状态。

5.如权利要求1至3中任一项所述的电磁式高压隔离开关，其特征在于，所述活动电极上依次设有限位弹簧和紧固件，通过所述紧固件和所述限位弹簧，使所述活动电极与所述操纵连杆紧密压接。