CN106876189A - 一种电磁斥力操作机构储能和触发回路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁斥力操作机构储能和触发回路及控制方法，一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，包括至少一个回路单元，每个回路单元包括充电支路和放电支路，所述充电支路设置有储能电容，其特征在于，每个回路单元还包括手动放电支路，所述放电支路设置有并联在电磁斥力操作机构两端的续流二极管，所述手动放电支路并联在储能电容的两端。可以在不触发电磁斥力操作机构动作的情况下快速给储能电容放电，便于设备的日常检修维护；进一步的，能够独立控制各分合闸回路的储能电容电压，从而控制电磁斥力操作机构的分合闸速度。

Description

一种电磁斥力操作机构储能和触发回路及控制方法

技术领域

本发明涉及一种电磁斥力操作机构储能和触发回路及控制方法。

背景技术

多端柔性直流系统中的高压混合型直流断路器所用快速机械开关需要在数毫秒内完成分合闸动作，传统交流开关所用操作机构无法满足要求，而电磁斥力操作机构在响应及动作速率方面具有明显优势，其储能和触发回路通过电容的充放电驱动操作机构动作。

现有电磁斥力操作机构的储能和触发回路一般采用全桥整流或者二极管半波整流的方式给储能电容充电，并通过调压变压器调节储能电容的电压。比如，专利号2015100881899公开了一种电磁斥力操作机构储能和触发设备及控制方法，其在一次分合闸动作后需要等待电容充电完成后才可进行下一次动作，另外，通过调压变压器无法独立快速准确控制各回路的储能电容电压值，所以无法独立准确控制分合闸速度。随着技术的发展和电压等级的提升，对电磁斥力操作机构的要求也在不断提高，现有技术已无法满足需求，存在下述不足：

第一、无法使电容在不触发操作机构的情况下完成放电，不利于回路的检修。

第二、现有电磁斥力操作机构的储能和触发回路无法独立控制分合闸速度，无法在短时间内使操作机构完成多次分合闸动作。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电磁斥力操作机构储能和触发回路及控制方法，可以在不触发电磁斥力操作机构动作的情况下快速给储能电容放电，便于设备的日常检修维护；进一步的，能够独立控制各分合闸回路的储能电容电压，从而控制电磁斥力操作机构的分合闸速度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，包括至少一个回路单元，每个回路单元包括充电支路和放电支路，所述充电支路设置有储能电容，其特征在于，每个回路单元还包括手动放电支路，所述放电支路设置有并联在电磁斥力操作机构两端的续流二极管，所述手动放电支路并联在储能电容的两端。

优选，所述充电支路包括充电电阻、充电半导体开关和储能电容，其中，充电电阻的一端与外部交流电压源的一端相连且另一端与充电半导体开关的正极相连，充电半导体开关的负极与储能电容的正极相连，储能电容的负极与外部交流电压源的另一端相连。

优选，所述放电支路包括放电半导体开关和续流二极管，其中，放电半导体开关的正极与充电支路中的储能电容的正极相连，放电半导体开关的负极分别与续流二极管的负极、电磁斥力操作机构线圈的一端相连，续流二极管的正极与电磁斥力操作机构线圈的另一端均与外部交流电压源的另一端相连。

优选，所述手动放电支路包括串联的手动开关和放电电阻，所述手动放电支路并联在储能电容两端。

优选，包括N个并联的回路单元，其中，M个回路单元作为分闸回路，（N-M）个回路单元作为合闸回路，其中，N≥2，N ＞M≥1，且：

M个并联的分闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的分闸线圈；（N-M）个并联的合闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的合闸线圈；N个并联的回路单元共用一个放电电阻。

一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的控制方法，充电过程包括如下步骤：

S01、对每个回路单元设置一个电压参考值；或设置每个回路单元的储能电容容值；或对每个回路单元设置开通电压参考值和闭锁电压参考值且开通电压参考值小于闭锁电压参考值；

S02、采集储能电容两端的电压并与相应参考值比较；

S03、当对每个回路单元设置一个电压参考值时：

若采集的储能电容两端电压值大于预先设定的电压参考值时，控制闭锁充电半导体开关；若采集的储能电容两端电压值小于预先设定的电压参考值时，控制开通充电半导体开关，储能电容充电；

当对每个回路单元设置开通电压参考值和闭锁电压参考值时：

若采集的储能电容两端电压值大于闭锁电压参考值时，控制闭锁充电半导体开关；若采集的储能电容两端电压值小于开通电压参考值时，控制开通充电半导体开关，储能电容充电。

优选，放电过程包括如下步骤：

S11、放电半导体开关在收到触发脉冲前一直处于关断状态；

S21、当收到上级控制器下发的分合闸指令后，触发相应回路的放电半导体开关导通，储能电容向电磁斥力操作机构的分闸线圈或合闸线圈放电，放电后放电半导体开关自行关断。

优选，各分闸回路设置不同的电压参考值，或选择不同的储能电容容值，通过控制触发相应的分闸回路实现快分和慢分两种功能。

本发明的有益效果是：

第一、手动放电支路允许在不触发电磁斥力操作机构动作的情况下快速给储能电容放电，便于设备的日常检修维护。

第二、通过多组分合闸回路的并联，从而实现电磁斥力操作机构短时间内的连续分合动作。

第三、能够独立控制各分合闸回路的储能电容电压，从而控制电磁斥力操作机构的分合闸速度。

第四、各回路可设置不同的电压参考值，亦可选择不同的储能电容容值。根据设置电压值和储能电容容值的不同，各回路释放的电磁斥力大小也不同。通过控制触发相应的分闸回路，可以实现快分和慢分两种功能。快分功能用于故障时快速切除短路电流，斥力机构受力较大；慢分功能用于线路正常分断时，斥力机构受力较小，可有效延长使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的拓扑示意图；

图2是本发明一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的一种优选实施例示意图；

附图的标记含义如下：

1：充电电阻；2：储能电容；3：放电电阻；4：续流二极管。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，包括至少一个回路单元，如图1所示，每个回路单元包括充电支路、放电支路和手动放电支路，其中，所述充电支路设置有储能电容用于实现充电功能，所述放电支路设置有并联在电磁斥力操作机构两端的续流二极管，所述手动放电支路并联在储能电容的两端，可以通过手动方式对储能电容进行放电。

下面对各个支路的优选电路进行描述，参见图1：

所述充电支路包括充电电阻1、充电半导体开关和储能电容2，其中，充电电阻的一端与外部交流电压源的一端相连且另一端与充电半导体开关的正极相连，充电半导体开关的负极与储能电容的正极相连，储能电容的负极与外部交流电压源的另一端（可以将此端设为公共端）相连。

所述放电支路包括放电半导体开关和续流二极管4，其中，放电半导体开关的正极与充电支路中的储能电容的正极相连，放电半导体开关的负极分别与续流二极管的负极、电磁斥力操作机构线圈的一端相连，续流二极管的正极与电磁斥力操作机构线圈的另一端均与外部交流电压源的另一端（即公共端）相连。

所述手动放电支路包括串联的手动开关和放电电阻3，所述手动放电支路并联在储能电容两端，手动放电支路允许在不触发电磁斥力操作机构动作的情况下快速给储能电容放电，便于设备的日常检修维护。

其中，所述充电半导体开关和/或放电半导体开关为晶闸管，或为串联的全控型半导体开关单元与二极管。所述全控型半导体开关单元为反向二极管与下述任意一项元件的并联，所述元件包括GTO（可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管）、MOSFET（金属-氧化层 半导体场效晶体管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和IGCT（集成门极换流晶闸管）。

每个回路单元可以作为分闸回路或者合闸回路，故回路单元的数量可根据实际需要进行设定，一般的，包括N个并联的回路单元，其中，M个回路单元作为分闸回路，（N-M）个回路单元作为合闸回路，其中，N≥2，N ＞M≥1，且：M个并联的分闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的分闸线圈；（N-M）个并联的合闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的合闸线圈；其中，N个并联的回路单元可以共用一个放电电阻，也可每个回路单独设置一个，或者N个放电电阻并联给所有回路单元共用。

如图2所示，共包括2个并联的分闸回路和1个合闸回路，其中，2个并联的分闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的分闸线圈；1个合闸回路与分闸回路并联，并连接到电磁斥力操作机构的合闸线圈，所有并联的分闸回路和合闸回路共用一个放电电阻。通过多组分合闸回路的并联，从而实现电磁斥力操作机构短时间内的连续分合动作。能够独立控制各分合闸回路的储能电容电压，从而控制电磁斥力操作机构的分合闸速度。

相应的，一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的控制方法，其充电过程包括如下步骤：

S01、对每个回路单元设置一个电压参考值；或设置每个回路单元的储能电容容值；或对每个回路单元设置开通电压参考值和闭锁电压参考值且开通电压参考值小于闭锁电压参考值；

S02、采集储能电容两端的电压并与相应参考值比较；

S03、当对每个回路单元设置一个电压参考值时：

若采集的储能电容两端电压值大于预先设定的电压参考值时，控制闭锁充电半导体开关（控制电路停止下发触发脉冲，充电半导体开关在电压负半周自行关断，并保持关断状态）；若采集的储能电容两端电压值小于预先设定的电压参考值时，控制开通充电半导体开关（控制电路下发触发脉冲，充电半导体开关在电压正半周导通），储能电容充电。若采集的储能电容两端电压值等于预先设定的电压参考值时，可根据需要设定控制闭锁充电半导体开关或控制开通充电半导体开关。

当对每个回路单元设置开通电压参考值和闭锁电压参考值时：

若采集的储能电容两端电压值大于闭锁电压参考值时，控制闭锁充电半导体开关；若采集的储能电容两端电压值小于开通电压参考值时，控制开通充电半导体开关，储能电容充电。比如，电压大于20V时关断，小于10V时导通。若采集的储能电容两端电压值等于闭锁电压参考值或等于开通电压参考值时，可根据需要自行设定对应的控制策略。

放电过程包括如下步骤：

S11、放电半导体开关在收到触发脉冲前一直处于关断状态；

S21、当控制电路收到上级控制器下发的分合闸指令后，触发相应回路的放电半导体开关导通，储能电容向电磁斥力操作机构的分闸线圈或合闸线圈放电，放电后放电半导体开关自行关断。

手动放电过程包括如下步骤：

S21、控制电路停止触发充电半导体开关；

S22、手动闭合手动开关，储能电容通过手动放电支路的放电电阻完成放电。

其中，各回路可设置不同的电压参考值，亦可选择不同的储能电容容值。根据设置电压值和储能电容容值的不同，各回路释放的电磁斥力大小也不同。通过控制触发相应的分闸回路，可以实现快分和慢分两种功能。快分功能用于故障时快速切除短路电流，斥力机构受力较大；慢分功能用于线路正常分断时，斥力机构受力较小，可有效延长使用寿命。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，包括至少一个回路单元，每个回路单元包括充电支路和放电支路，所述充电支路设置有储能电容，其特征在于，每个回路单元还包括手动放电支路，所述放电支路设置有并联在电磁斥力操作机构两端的续流二极管，所述手动放电支路并联在储能电容的两端。

2.根据权利要求1所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，其特征在于，所述充电支路包括充电电阻、充电半导体开关和储能电容，其中，充电电阻的一端与外部交流电压源的一端相连且另一端与充电半导体开关的正极相连，充电半导体开关的负极与储能电容的正极相连，储能电容的负极与外部交流电压源的另一端相连。

3.根据权利要求2所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，其特征在于，所述放电支路包括放电半导体开关和续流二极管，其中，放电半导体开关的正极与充电支路中的储能电容的正极相连，放电半导体开关的负极分别与续流二极管的负极、电磁斥力操作机构线圈的一端相连，续流二极管的正极与电磁斥力操作机构线圈的另一端均与外部交流电压源的另一端相连。

4.根据权利要求3所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，其特征在于，所述手动放电支路包括串联的手动开关和放电电阻，所述手动放电支路并联在储能电容两端。

5.根据权利要求3所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，其特征在于：所述充电半导体开关和/或放电半导体开关为晶闸管，或为串联的全控型半导体开关单元与二极管；所述全控型半导体开关单元为反向二极管与下述任意一项元件的并联，所述元件包括GTO、GTR、MOSFET、IGBT和IGCT。

6.根据权利要求4所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路，其特征在于，包括N个并联的回路单元，其中，M个回路单元作为分闸回路，（N-M）个回路单元作为合闸回路，其中，N≥2，N ＞M≥1，且：

M个并联的分闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的分闸线圈；（N-M）个并联的合闸回路共用一个续流二极管并连接到电磁斥力操作机构的合闸线圈；N个并联的回路单元共用一个放电电阻。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的控制方法，其特征在于，充电过程包括如下步骤：

S01、对每个回路单元设置一个电压参考值；或设置每个回路单元的储能电容容值；或对每个回路单元设置开通电压参考值和闭锁电压参考值且开通电压参考值小于闭锁电压参考值；

S02、采集储能电容两端的电压并与相应参考值比较；

S03、当对每个回路单元设置一个电压参考值时：

若采集的储能电容两端电压值大于预先设定的电压参考值时，控制闭锁充电半导体开关；若采集的储能电容两端电压值小于预先设定的电压参考值时，控制开通充电半导体开关，储能电容充电；

当对每个回路单元设置开通电压参考值和闭锁电压参考值时：

若采集的储能电容两端电压值大于闭锁电压参考值时，控制闭锁充电半导体开关；若采集的储能电容两端电压值小于开通电压参考值时，控制开通充电半导体开关，储能电容充电。

8.根据权利要求7所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的控制方法，其特征在于，放电过程包括如下步骤：

S11、放电半导体开关在收到触发脉冲前一直处于关断状态；

S21、当收到上级控制器下发的分合闸指令后，触发相应回路的放电半导体开关导通，储能电容向电磁斥力操作机构的分闸线圈或合闸线圈放电，放电后放电半导体开关自行关断。

9.根据权利要求8所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的控制方法，其特征在于，各分闸回路设置不同的电压参考值，或选择不同的储能电容容值，通过控制触发相应的分闸回路实现快分和慢分两种功能。

10.根据权利要求8所述的一种电磁斥力操作机构储能和触发回路的控制方法，其特征在于，手动放电过程包括如下步骤：

S21、控制电路停止触发充电半导体开关；

S22、手动闭合手动开关，储能电容通过手动放电支路的放电电阻完成放电。