CN105632797B - 储能电容激励的双稳态电磁操动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种储能电容激励的双稳态电磁操动机构，用于轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁式接触器中，其特点是由驱动杆、动铁心、合闸侧静铁心、合闸激励线圈、合闸激励开关、合闸储能电容、合闸保持线圈、合闸保持开关、合闸保持电源、隔磁垫、分闸侧静铁心、分闸激励线圈、分闸激励开关、分闸储能电容、充电控制电路组成。本发明利用电源向电容器充电，以将电能储存在电容器中，当进行合闸或分闸操作时，由储能电容器向合闸线圈或分闸线圈放电，提供激励能，从而使电磁操动机构完成合闸或分闸操作。
Description
技术领域
本发明涉及一个双稳态电磁操动机构，特别是涉及一个储能电容激励的双稳态电磁操动机构，本发明特点是有两个稳定的工作状态：一个是合闸状态，另一个是分闸状态。利用合闸线圈和分闸线圈实现合闸操作和分闸操作，合闸线圈和分闸线圈的激励能由预先充好电的储能电容器提供，具有分闸速度和合闸速度高，操作功大，且能频繁操作的特点，适用于轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁接触器，用于驱动触头运动。
背景技术
轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁接触器操作频繁，对电寿命和可靠性要求高，且在分闸和合闸操作过程中需要较快的分闸速度和合闸速度以及较高的操作功。电磁操动机构可以频繁操作，可靠性高，但当所需的操作功较大时，用交流或直流电源直接激励的电磁操动机构的分闸速度和合闸速度较慢，不能满足轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁接触器接通和断开电路的要求。现有技术中的轨道交通断路器一般采用气动机构加以驱动，大容量空气式电磁接触器的容量难以提升，多采用真空灭弧室，成本相对较高。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，为了满足轨道交通断路器和大容量空气式电磁接触器频繁操作、操作功大及合闸和分闸速度高的要求，经过反复试验和研究后，发明了一种储能电容激励的双稳态电磁机构。本发明所涉及的储能电容激励的双稳态电磁操动机构利用电源向电容器充电，以将电能储存在电容器中。当进行合闸或分闸操作时，由储能电容器向合闸线圈或分闸线圈放电，提供激励能，从而使电磁操动机构完成合闸或分闸操作。由于合闸和分闸操作所需要的能量由储能电容器提供，不受电源容量制约。电容器储存的能量取决于电容器的充电电压和电容器的容量，可以用直流电源直接向电容器充电，也可以将交流电整流成直流后再向电容器充电，如果直流供电系统的电压较低，还可以将直流电源经DC/DC变换升高后再向电容器充电，充电电源不受电源电压等级、电压类型限制，容量无需太大。
电磁操动机构完成合闸或分闸操作所需要的能量储存在电容器中，电容器储存的能量为U2C/2，其中U是电容器的充电电压，C是电容器的容量。由电源向电容器充电，电源既可以是直流电源，也可以是交流电源，如果电源的电压等级较低，可以通过升压电路将电压升高，以保证电容器的储能量能够满足合闸或分闸操作的要求。当进行合闸，由合闸储能电容器向合闸线圈放电或分闸线圈放电，动铁心运动到合闸位置后，接通合闸保持线圈使动铁心保持在合闸位置上，或者将用电压较低的电源直流向合闸保持线圈供电，使动铁心保持在合闸位置上；当进行分闸操作时，由分闸储能电容向分闸线圈放电，使电磁机构完成分闸操作，动铁心运动到分闸位置后，接通分闸保持线圈使动铁心保持在分闸位置上，或者用电压较低的电源向分闸保持线圈供电，使动铁心保持在分闸位置上，或者利用断路器或接触器的负载反力使动铁心保持在分闸位置上。
本发明给出的技术方案是：一种由储能电容激励的双稳态电磁操动机构，用于轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁式接触器中，其特点是该机构由驱动杆1、动铁心2、合闸侧静铁心3、合闸激励线圈4、合闸激励开关5、合闸储能电容6、合闸保持线圈7、合闸保持开关8、合闸保持电源9、隔磁垫10、分闸侧静铁心11、分闸激励线圈12、分闸激励开关13、分闸储能电容14、充电控制电路15组成，其中驱动杆1与动铁心2刚性连接，合闸激励线圈4套在动铁心3上，位于合闸静铁心3一侧，合闸激励线圈4、合闸激励开关5和合闸储能电容6串联连接，合闸保持线圈7、合闸保持开关8和合闸保持电源9相串联，分闸激励线圈12套在动铁心2上，位于分闸侧静铁心11一侧，分闸激励线圈12、分闸激励开关13和分闸储能电容14相串联，隔磁垫10位于合闸侧静铁心3和分闸侧静铁心11之间，充电控制电路15与合闸储能电容6和分闸储能电容14相连，控制合闸储能电容6和分闸储能电容14的充电过程。
驱动杆1与轨道交通断路器或大容量空气式电磁接触器的传动机构或者触头系统相连，带动触头运动。
当线圈断电时，在断路器或接触器的负载反力作用下，动铁心2处于分闸位置。
当进行合闸操作时，接通合闸激励开关5，合闸储能电容6向合闸激励线圈4放电，驱使动铁心2从分闸位置向合闸位置运动。在合闸激励开关5接通到动铁心2运动到合闸位置之间，接通合闸保持开关8，由合闸保持电源9向合闸保持线圈7供电。当动铁心2运动到合闸位置后，断开合闸激励开关5，使合闸激励线圈4断电，由充电控制电路15向合闸储能电容6充电，供下一次合闸操作用。利用合闸保持线圈7产生的电磁力使动铁心2保持在合闸位置上，合闸保持电源7可以是直流电源，也可以将交流电整流成直流电。
当进行分闸操作时，接通分闸激励开关13，分闸储能电容14向分闸激励线圈12放电，驱使动铁心2从合闸位置向分闸位置运动，运动到分闸位置后，断开分闸激励开关13，使分闸激励线圈12断电，利用断路器或接触器的负载反力使动铁心2保持在分闸位置上。
所述的合闸保持线圈7可以去掉，如果去掉合闸保持线圈7，当动铁心2运动到合闸位置时，断开合闸激励开关5，接通合闸保持开关8，由合闸保持电源9向合闸激励线圈4供电，合闸保持电源9为低压直流，合闸激励线圈4在较低直流电压激励下，使动铁心2保持在合闸位置上。
合闸储能电容6或分闸储能电容14的充电电压必须高于一定阈值才允许进行合闸操作或分闸操作，如果电压低于阈值，可能会导致动作失败。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：使电磁操动机构不仅能输出较大操作功，并且分闸速度和合闸速度快，可以满足接通和分断短路电流的要求；将电磁机构操作所需的能量储存在合闸储能电容6和分闸储能电容14中，合闸和分闸操作时，通过电容放电向合闸线圈和分闸线圈提供激励能，电源控制电源的影响小，且不受电源容量制约。
附图说明
图1为本发明给出实施例的结构示意图，电磁操动机构处于分闸位置。
图2为电磁操动机构处于由分闸位置向合闸位置运动过程中，即合闸过程示意图。
图3为电磁操动机构处于合闸位置示意图。
图4为电磁操动机构处于由合闸位置向分闸位置运动过程中，即分闸过程示意图。
图中标记：1驱动杆，2动铁心，3合闸侧静铁心，4合闸激励线圈，5合闸激励开关，6合闸储能电容，7合闸保持线圈，8合闸保持开关，9合闸保持电源，10隔磁垫，11分闸侧静铁心，12分闸激励线圈，13分闸激励开关，14分闸储能电容，15充电控制电路。
具体实施方式
如图1～图4所示，储能电容激励的双稳态电磁操动机构由驱动杆1、动铁心2、合闸侧静铁心3、合闸激励线圈4、合闸激励开关5、合闸储能电容6、合闸保持线圈7、合闸保持开关8、合闸保持电源9、隔磁垫10、分闸侧静铁心11、分闸激励线圈12、分闸激励开关13、分闸储能电容14、充电控制电路15组成，其中驱动杆1与动铁心2刚性连接，合闸激励线圈4套在动铁心3上，位于合闸静铁心3一侧，合闸激励线圈4、合闸激励开关5和合闸储能电容6串联连接，合闸保持线圈7、合闸保持开关8和合闸保持电源9相串联，分闸激励线圈12套在动铁心2上，位于分闸侧静铁心11一侧，分闸激励线圈12、分闸激励开关13和分闸储能电容14相串联，隔磁垫10位于合闸侧静铁心3和分闸侧静铁心11之间，充电控制电路15与合闸储能电容6和分闸储能电容14相连，控制合闸储能电容6和分闸储能电容14的充电过程。
在断路器或接触器负载反力作用下，动铁心2位于最上端与分闸静铁心上端面接触，动铁心2保持在分闸位置上。充电控制电路15向合闸储能电容6和分闸储能电容14充电，将电能储存在电容器中，储存的能量为U2C/2，其中U为电容器的充电电压，C为电容器的容量，合闸储能电容6和分闸储能电容14的容量和充电电压可以相等，也可以不等，但需要分别满足合闸操作功和分闸操作功。
当进行合闸操作时，接通合闸激励开关5，由合闸储能电容6向合闸激励线圈4放电。合闸激励线圈4的磁场主要集中在动铁心2的下端以及合闸侧静铁心3上，由于隔磁垫10的导磁性较差，合闸激励线圈4在动铁心2的上端和分闸侧静铁心11上产生的磁场很弱。动铁心2受到向下的电磁力，克服断路器或接触器的负载反力，使动铁心2从分闸位置向合闸位置运动。在合闸激励开关5接通之后，到动铁心2运动到合闸位置及之前，接通合闸保持开关8，合闸保持电源9向合闸保持线圈7供电。当动铁心2运动到合闸位置后，断开合闸激励开关5，充电控制电路15向合闸储能电容6充电，供下一次合闸操作用。合闸保持线圈7产生的磁场主要作用在动铁心2的下端和合闸侧静铁心3上，在动铁心2的下端和合闸静铁心3下端面之间产生电磁吸力，使动铁心2保持在合闸位置上。
也可以去掉合闸保持线圈7。如果去掉合闸保持线圈7，在进行合闸操作时，先接通合闸激励开关5，由合闸储能电容6向合闸激励线圈4放电。合闸激励线圈的磁场主要集中在动铁心2的下端以及合闸侧静铁心3上，由于隔磁垫10的导磁性较差，合闸激励线圈4在动铁心2的上端和分闸侧静铁心11上产生的磁场很弱。动铁心2受到向下的电磁力，克服断路器或接触器的负载反力，使动铁心2从分闸位置向合闸位置运动。当动铁心2运动到合闸位置后，断开合闸激励开关5，充电控制电路15向合闸储能电容6充电，供下一次合闸操作用；接通合闸保持开关8，由电压较低的直流合闸保持电源向合闸激励线圈4供电。合闸激励线圈4产生的磁场主要集中在动铁心2的下端和合闸侧静铁心3上，在动铁心2的下端和合闸静铁心3下端面之间产生电磁犀利，使动铁心2保持在合闸位置上。
当进行分闸操作时，接通分闸激励开关13，由分闸储能电容14向分闸激励线圈12放电，同时断开合闸保持开关8。分闸激励线圈12的磁场主要集中在动铁心2的上端以及分闸侧静铁心11上，由于隔磁垫10的导磁性较差，分闸激励线圈12在动铁心2的下端和和合闸侧静铁心3上产生的磁场很弱。动铁心2受到向上的电磁力，使动铁心2从合闸位置向分闸位置运动。当运动结束后，断开分闸激励开关13，由充电控制电路15向分闸储能电容充电14充电，供下一次分闸操作用。依靠断路器或接触器的负载反力使动铁心2保持在分闸位置上。
Claims (4)
1.一种储能电容激励的双稳态电磁操动机构，用于轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁式接触器中，其特征在于：该机构由驱动杆（1）、动铁心（2）、合闸侧静铁心（3）、合闸激励线圈（4）、合闸激励开关（5）、合闸储能电容（6）、合闸保持线圈（7）、合闸保持开关（8）、合闸保持电源（9）、隔磁垫（10）、分闸侧静铁心（11）、分闸激励线圈（12）、分闸激励开关（13）、分闸储能电容（14）、充电控制电路（15）组成，其中驱动杆（1）与动铁心（2）刚性连接，合闸激励线圈（4）套在动铁心（3）上，位于合闸静铁心（3）一侧，合闸激励线圈（4）、合闸激励开关（5）和合闸储能电容（6）串联连接，合闸保持线圈（4）、合闸保持开关（5）和合闸保持电源（6）相串联，分闸激励线圈（12）套在动铁心（2）上，位于分闸侧静铁心（11）一侧，分闸激励线圈（12）、分闸激励开关（13）和分闸储能电容（14）相串联，隔磁垫（10）位于合闸侧静铁心（3）和分闸侧静铁心（11）之间，充电控制电路（15）与合闸储能电容（6）和分闸储能电容（14）相连，控制合闸储能电容（6）和分闸储能电容（14）的充电过程。
2.根据权利要求1所述的储能电容激励的双稳态电磁操动机构，其特征在于：动铁心（2）能分别保持在合闸位置和分闸位置上，在合闸位置时由控制电源直接激励合闸保持线圈，使动铁心（2）保持在合闸位置上；在分闸位置时利用断路器或接触器的负载反力使动铁心（2）保持在分闸位置上。
3.根据权利要求1所述的储能电容激励的双稳态电磁操动机构，其特征在于：当进行合闸操作时，由预先充好电的储能电容向合闸激励线圈放电，驱使动铁心（2）从分闸位置向合闸位置运动完成合闸操作，由于隔磁垫（10）的作用，合闸激励线圈产生的电磁力主要集中在动铁心（2）的下端与合闸静铁心（3）上，产生合闸力，使动铁心（2）完成合闸操作；合闸结束后，利用合闸保持线圈（7）产生的电磁力使动铁心（2）保持合闸状态，或者去掉合闸保持线圈（7）采用低电压值电源激励合闸激励线圈（4），使动铁心（2）保持在合闸位置上。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的储能电容激励的双稳态电磁操动机构，其特征在于：由于隔磁垫的作用，合闸激励线圈和分闸激励线圈所产生的磁场主要集中在动铁心的合闸位置端和分闸位置端，合闸储能电容和分闸储能电容在合闸操作和分闸操作中提供充足的能量，且将在10~50ms内将储存在合闸储能电容和分闸储能电容中的电能转换成动铁心（2）运动所需的机械能，满足轨道交通真空断路器和大容量空气式电磁接触器的驱动要求。
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