CN106847606A - 一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及分合闸方法 - Google Patents

一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及分合闸方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及分合闸方法，包括非导磁外壳，设置在该非导磁外壳内的上部驱动机构、永磁保持机构、下部驱动机构、非导磁材料隔块，非导磁材料垫块，以及贯穿于非导磁外壳并与其滑动连接的导杆，所述上部驱动机构与下部驱动机构通过非导磁材料隔块形成隔离；所述永磁保持机构设置于上部驱动机构外侧。本发明通过分段驱动的方式，减小了合闸峰值电流，加快了合闸启动，在上部驱动机构的外侧设置永磁保持机构，增大保持力，加快分闸启动，同时，动铁芯与导杆分离的设计，减小了分闸过程运动部件质量，增大了分闸速度。

Description

一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及分合闸方法
技术领域
本发明涉及一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及其分合闸方法，属于高压真空断路器领域。
背景技术
真空断路器以其体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，迅速占领了中压断路器市场，并进一步向高压领域发展。真空断路器所配操动机构通常有电磁式、弹簧式和永磁式三种。其中永磁式操动机构凭借其高可靠、低能耗、免维护，以及可实现同步操作等诸多优点，日益引起人们的关注。然而，高压断路器用永磁操动机构对分合闸速度要求很高，这就导致其操作电流峰值大大增加，而且机构分合闸启动缓慢。针对这些问题，分别有专利文献提出了两级加速永磁机构、外置碟簧永磁机构和组合式永磁机构，它们分别解决了上述一些问题，但同时也存在各自的不足。其中两级加速永磁机构合闸速度过大，分闸启动缓慢，刚分速度达不到要求；外置碟簧永磁机构合闸电流峰值非常大；组合式永磁机构分闸电流上升慢，导致分闸启动缓慢。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及其合闸方法。减小了合闸电流峰值的同时，加快了分合闸启动，而且导杆与动铁芯分离的设计，大大减小了分闸过程运动部件的质量，提高了分闸速度。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构，包括非导磁外壳(2)，设置在该非导磁外壳(2)内的上部驱动机构(3)、永磁保持机构(4)、下部驱动机构(5)、非导磁材料隔块(14)、非导磁材料垫块(19)，以及贯穿于非导磁外壳(2)并与其滑动连接的导杆(1)，所述上部驱动机构(3)与下部驱动机构(5)通过非导磁材料隔块(14)形成隔离。所述永磁保持机构(4)设置于上部驱动机构(3)外侧。
所述上部驱动机构(3)包括与非导磁外壳(2)固定连接的上部静铁芯(6)，所述上部静铁芯(6)内设有上部合闸线圈(7)，所述上部静铁芯(6)下方设置有可上下运动的上部动铁芯(8)，所述上部动铁芯(8)开有上部动铁芯凹槽(8-1)，所述上部动铁芯凹槽(8-1)和所述非导磁外壳(2)之间设置有分闸弹簧(12)。且所述分闸弹簧(12)一端设置于上部动铁芯凹槽(8-1)内，另一端与非导磁外壳(2)远离下部驱动机构(5)的一侧连接。
所述永磁保持机构(4)包括永磁体(9)、以及设置在永磁体(9)上方的辅助分闸线圈(10)，所述永磁体(9)、辅助分闸线圈(10)设置在与非导磁外壳(2)固定连接的保持静铁芯(11)和上部静铁芯(6)之间，所述保持静铁芯(11)和所述非导磁外壳(2)之间设置有非导磁材料压块一(13)。
所述下部驱动机构(5)包括非导磁材料垫块二(19)、以及设置在非导磁垫块二(19)上的下部静铁芯(15)，所述下部静铁芯(15)内设置有下部合闸线圈(16)，所述下部静铁芯(15)、下部合闸线圈(16)和非导磁材料垫块二(19)形成的空腔内设置有与导杆(1)滑动连接的下部动铁芯(17)，所述下部动铁芯(17)上方设置有与导杆(1)固定连接的非导磁材料挡块(18)。
优选的：所述下部动铁芯(17)穿过导杆(1)轴线的断面呈H型，所述下部动铁芯(17)上开有下部动铁芯凹槽(17-1)，所述非导磁材料挡块(18)的外径小于所述下部动铁芯凹槽(17-1)的直径，在机构处于分闸位时，所述非导磁材料挡块(18)位于所述下部动铁芯(17)的下部动铁芯凹槽(17-1)内。所述下部动铁芯(17)与下部静铁芯(15)间的开距小于所述上部动铁芯(8)与上部静铁芯(6)之间的开距。
优选的：所述永磁保持机构(4)设置在上部驱动机构(3)的外侧，所述保持静铁芯(11)穿过导杆(1)轴线的断面呈T型，其横臂一端嵌入非导磁外壳(2)，用于自身固定，另一端用于固定所述辅助分闸线圈(10)，所述非导磁材料压块一(13)置于所述保持静铁芯(11)和非导磁外壳(2)之间，进一步保持辅助静铁芯(11)的稳固。
一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构的合闸方法：当永磁操动机构收到合闸指令时，同时向上部合闸线圈(7)和下部合闸线圈(16)中通入电流，上部合闸线圈(7)电流产生的电磁力驱动上部动铁芯(8)，直接带动导杆(1)往上运动，下部合闸线圈(16)电流产生的电磁力驱动下部动铁芯(17)，通过非导磁材料挡块二(18)的传递带动导杆(1)往上运动，在二者共同的驱动下，运动部件加速往上运动，并压缩分闸弹簧(12)。当下部动铁芯(17)与下部静铁芯(15)接触时，下部动铁芯(17)停止运动，断开下部合闸线圈(16)电流，下部动铁芯(17)在下部合闸线圈(16)的续流作用下与下部静铁芯(15)保持接触一段时间，最后在自身重力作用下回到分闸位置。而上部合闸线圈(7)继续通电，此时，运动部件由上部合闸线圈(7)产生的磁场单独驱动，运动部件继续往上运动，压缩分闸弹簧(12)。当上部动铁芯(8)运动到与上部静铁芯(6)接触时，上部动铁芯(8)在永磁体(9)的作用下保持在合闸位置。
一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构的分闸方法，当永磁机构收到分闸指令时，向辅助分闸线圈(10)中通入电流，其产生的磁场与永磁体(9)产生的磁场抵消，使上部动铁芯(8)与上部静铁芯(6)之间的保持力减小，当永磁保持力减小到低于机构 反力时，上部动铁芯(8)开始往下运动，当上部动铁芯(8)运动到分闸位时，上部动铁芯(8)在分闸弹簧(12)的预压力下保持在分闸位。
有益效果：本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明提供的一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构及分合闸方法，相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明在合闸操作中，下部驱动机构采用小气隙驱动，即下部动铁芯的行程小于上部动铁芯行程，在下部动铁芯运动到与下部静铁芯接触前，机构通过上下两个动铁芯驱动，接触后，上部动铁芯单独驱动，从而使整个机构可以采用分段驱动的方法，减小了每个动铁芯所需要的电磁力，从而减小了合闸电流峰值；而小气隙驱动减小了合闸启动时磁路的磁势降，加快了合闸启动。通过在上部驱动机构外侧设置永磁保持机构，增大了永磁保持力，而设置的辅助分闸线圈，加快了分闸电流上升速度，从而加快了分闸启动。下部动铁芯与导杆采用分离的设计，减小了分闸过程中运动部件的质量，加快了分闸速度。
附图说明
图1为本发明在分闸位置的结构示意图。
图2为本发明上部动铁芯示意图。
图3为本发明下部动铁芯示意图。
图4为本发明合闸过程启动时的磁通路径图。
图5为本发明在合闸位置的磁通路径图。
图6-1为机构分闸速度-时间曲线。
图6-2为机构分闸电流-时间曲线。
图6-3为机构合闸速度-时间曲线。
图中：1导杆、2非导磁外壳、3上部驱动机构、4永磁保持机构、5下部驱动机构、6上部静铁芯、7上部合闸线圈、8上部动铁芯、9永磁体、10辅助分闸线圈、11保持静铁芯、12分闸弹簧、13非导磁材料压块、14非导磁材料隔块、15下部静铁芯、16下部合闸线圈、17下部动铁芯、18非导磁材料挡块、19非导磁材料垫块，8-1上部动铁芯凹槽，17-1下部动铁芯凹槽，虚线为线圈产生的磁力线，实线为永磁体产生的磁力线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构，如图1-3所示，包括非导磁外壳2，设置在该非导磁外壳2内的上部驱动机构3、永磁保持机构4、下部驱动机构5、非导磁材料隔块14、非导磁材料垫块19，以及贯穿于非导磁外壳2并与其滑动连接的导杆1，所述上部驱动机构3与下部驱动机构5通过非导磁材料隔块14形成隔离。所述永磁保持机构4设置于上部驱动机构3外侧。
所述上部驱动机构3包括与非导磁外壳2固定连接的上部静铁芯6，所述上部静铁芯6内设有上部合闸线圈7，所述上部静铁芯6下方设置有可上下运动的上部动铁芯8，所述上部动铁芯8开有上部动铁芯凹槽8-1，所述上部动铁芯凹槽8-1和所述非导磁外壳2之间设置有分闸弹簧12。且所述分闸弹簧12一端设置于上部动铁芯凹槽8-1内，另一端与非导磁外壳2远离下部驱动机构5的一侧连接。
所述永磁保持机构4包括永磁体9、以及设置在永磁体9上方的辅助分闸线圈10，所述永磁体9、辅助分闸线圈10设置在与非导磁外壳2固定连接的保持静铁芯11和上部静铁芯6之间，所述保持静铁芯11和所述非导磁外壳2之间设置有非导磁材料压块一13。
所述下部驱动机构5包括非导磁材料垫块二19、以及设置在非导磁垫块二19上的下部静铁芯15，所述下部静铁芯15内设置有下部合闸线圈16，所述下部静铁芯15、下部合闸线圈16和非导磁材料垫块二19形成的空腔内设置有与导杆1滑动连接的下部动铁芯17，所述下部动铁芯17上方设置有与导杆1固定连接的非导磁材料挡块18。
所述下部动铁芯17穿过导杆1轴线的断面呈H型，所述下部动铁芯17上开有下部动铁芯凹槽17-1，所述非导磁材料挡块18的外径小于所述下部动铁芯凹槽17-1的直径，在机构处于分闸位时，所述非导磁材料挡块18位于所述下部动铁芯17的下部动铁芯凹槽17-1内。所述下部动铁芯17与下部静铁芯15间的开距小于所述上部动铁芯8与上部静铁芯6之间的开距。
所述永磁保持机构4设置在上部驱动机构3的外侧，所述保持静铁芯11穿过导杆1轴线的断面呈T型，其横臂一端嵌入非导磁外壳2，用于自身固定，另一端用于固定所述辅助分闸线圈10，所述非导磁材料压块一13置于所述保持静铁芯11和非导磁外壳2之间，进一步保持辅助静铁芯11的稳固。
一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构的合闸方法，如图4-5所示，当永磁操动机构收到合闸指令时，同时向上部合闸线圈7和下部合闸线圈16中通入电流，上部合 闸线圈7电流产生的电磁力驱动上部动铁芯8，直接带动导杆1往上运动，下部合闸线圈16电流产生的电磁力驱动下部动铁芯17，通过非导磁材料挡块二18的传递带动导杆1往上运动，在二者共同的驱动下，运动部件加速往上运动，并压缩分闸弹簧12。当下部动铁芯17与下部静铁芯15接触时，下部动铁芯17停止运动，断开下部合闸线圈16电流，由于线圈自感的作用，电流不会直接变为零，而是通过续流二极管进行续流，下部动铁芯17在下部合闸线圈16的续流作用下与下部静铁芯15保持接触一段时间，最后在自身重力作用下回到分闸位置。而上部合闸线圈7继续通电，此时，运动部件由上部合闸线圈7产生的磁场单独驱动，运动部件继续往上运动，压缩分闸弹簧12。当上部动铁芯8运动到与上部静铁芯6接触时，上部动铁芯8在永磁体9的作用下保持在合闸位置。
当永磁机构收到分闸指令时，向辅助分闸线圈10中通入电流，其产生的磁场与永磁体9产生的磁场抵消，使上部动铁芯8与上部静铁芯6之间的保持力减小，当永磁保持力减小到低于机构反力时,所述机构反力为真空开关管的触头弹簧、分闸弹簧12的弹力、整个运动部件的重力总和，上部动铁芯8开始往下运动，当上部动铁芯8运动到分闸位时，上部动铁芯8在分闸弹簧12的预压力下保持在分闸位。
图6为机构分合闸过程分合闸速度和电流的特性曲线。图6-1为各机构分闸速度与时间的关系曲线，本机构分闸启动和分闸速度快，分闸时间短；图6-2为各机构分闸电流与时间的关系曲线，本机构分闸电流上升最快，从而分闸启动快；图6-3为各机构合闸电流与时间的关系曲线，本机构合闸电流分之明显小于其他两机构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压断路器用分段驱动永磁操动机构，包括非导磁外壳(2)，设置在该非导磁外壳(2)内的上部驱动机构(3)、永磁保持机构(4)、下部驱动机构(5)、非导磁材料隔块(14)、非导磁材料垫块(19)，以及贯穿于非导磁外壳(2)并与其滑动连接的导杆(1)，其特征在于：所述上部驱动机构(3)与下部驱动机构(5)通过非导磁材料隔块(14)形成隔离；所述永磁保持机构(4)设置于上部驱动机构(3)外侧；
所述上部驱动机构(3)包括与非导磁外壳(2)固定连接的上部静铁芯(6)，所述上部静铁芯(6)内设有上部合闸线圈(7)，所述上部静铁芯(6)下方设置有可上下运动的上部动铁芯(8)，所述上部动铁芯(8)开有上部动铁芯凹槽(8-1)，所述上部动铁芯凹槽(8-1)和所述非导磁外壳(2)之间设置有分闸弹簧(12)；且所述分闸弹簧(12)一端设置于上部动铁芯凹槽(8-1)内，另一端与非导磁外壳(2)远离下部驱动机构(5)的一侧连接；
所述永磁保持机构(4)包括永磁体(9)、以及设置在永磁体(9)上方的辅助分闸线圈(10)，所述永磁体(9)、辅助分闸线圈(10)设置在与非导磁外壳(2)固定连接的保持静铁芯(11)和上部静铁芯(6)之间，所述保持静铁芯(11)和所述非导磁外壳(2)之间设置有非导磁材料压块一(13)；
所述下部驱动机构(5)包括非导磁材料垫块二(19)、以及设置在非导磁垫块二(19)上的下部静铁芯(15)，所述下部静铁芯(15)内设置有下部合闸线圈(16)，所述下部静铁芯(15)、下部合闸线圈(16)和非导磁材料垫块二(19)形成的空腔内设置有与导杆(1)滑动连接的下部动铁芯(17)，所述下部动铁芯(17)上方设置有与导杆(1)固定连接的非导磁材料挡块(18)。
2.根据权利要求1所述的高压断路器用分段驱动永磁操动机构，其特征在于：所述下部动铁芯(17)穿过导杆(1)轴线的断面呈H型，所述下部动铁芯(17)上开有下部动铁芯凹槽(17-1)，所述非导磁材料挡块(18)的外径小于所述下部动铁芯凹槽(17-1)的直径，在机构处于分闸位时，所述非导磁材料挡块(18)位于所述下部动铁芯(17)的下部动铁芯凹槽(17-1)内；所述下部动铁芯(17)与下部静铁芯(15)间的开距小于所述上部动铁芯(8)与上部静铁芯(6)之间的开距。
3.根据权利要求1所述的高压断路器用分段驱动永磁操动机构，其特征在于：所述永磁保持机构(4)设置在上部驱动机构(3)的外侧，所述保持静铁芯(11)穿过导杆(1)轴线的断面呈T型，其横臂一端嵌入非导磁外壳(2)，用于自身固定，另一端用于固定所述辅助分闸线圈(10)，所述非导磁材料压块一(13)置于所述保持静铁芯(11)和非导磁外壳(2)之间，进一步保持辅助静铁芯(11)的稳固。
4.根据权利要求1至3任一所述的高压断路器用分段驱动永磁操动机构的合闸方法，其特征在于：当永磁操动机构收到合闸指令时，同时向上部合闸线圈(7)和下部合闸线圈(16)中通入电流，上部合闸线圈(7)电流产生的电磁力驱动上部动铁芯(8)，直接带动导杆(1)往上运动，下部合闸线圈(16)电流产生的电磁力驱动下部动铁芯(17)，通过非导磁材料挡块二(18)的传递带动导杆(1)往上运动，在二者共同的驱动下，运动部件加速往上运动，并压缩分闸弹簧(12)；当下部动铁芯(17)与下部静铁芯(15)接触时，下部动铁芯(17)停止运动，断开下部合闸线圈(16)电流，下部动铁芯(17)在下部合闸线圈(16)的续流作用下与下部静铁芯(15)保持接触一段时间，最后在自身重力作用下回到分闸位置；而上部合闸线圈(7)继续通电，此时，运动部件由上部合闸线圈(7)产生的磁场单独驱动，运动部件继续往上运动，压缩分闸弹簧(12)；当上部动铁芯(8)运动到与上部静铁芯(6)接触时，上部动铁芯(8)在永磁体(9)的作用下保持在合闸位置。
5.根据权利要求1至3任一所述的高压断路器用分段驱动永磁操动机构的分闸方法，其特征在于：当永磁机构收到分闸指令时，向辅助分闸线圈(10)中通入电流，其产生的磁场与永磁体(9)产生的磁场抵消，使上部动铁芯(8)与上部静铁芯(6)之间的保持力减小，当永磁保持力减小到低于机构反力时，上部动铁芯(8)开始往下运动，当上部动铁芯(8)运动到分闸位时，上部动铁芯(8)在分闸弹簧(12)的预压力下保持在分闸位。
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