CN106935438A - 一种磁力操动机构控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁力操动机构控制方法及控制装置，向布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作，在合闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流，在分闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。合闸缓冲电流及分闸缓冲电流可在电磁线圈上行程反向受力，进行行程电磁缓冲，有效降低电磁线圈的运动速度，降低对其他部件的机械冲击，降低分合闸弹跳及反弹。

Description

一种磁力操动机构控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种磁力操动机构控制方法及控制装置。

背景技术

高压断路器作为电网中最重要的开关设备，在电网出现短路故障时及时完成开断动作并切除故障，从而保证电网安全可靠的运行。操动机构作为高压断路器的核心动作部件，需满足可靠性、速动性要求。传统的操动机构有弹簧操动机构、永磁操动机构等。弹簧操动机构机械结构复杂，故障率高，可靠性较差且运动不可控；永磁操动机构是通过固定线圈对动铁心产生螺管电磁力进行驱动，永磁操动机构凭借其结构简单、运行免维护、操作可靠性高等优点被广泛应用于中压领域断路器。但由于存在退磁现象，出力不足，并且由于自身结构限制，无法实现长行程设计，因此永磁机构难以用于高压领域。而磁力操动机构从理论上讲可以满足任意的行程，并且具备永磁机构优点，在中高压领域有着良好的前景。

在授权公告号为CN201315272Y的中国实用新型专利中公开了一种磁力操动机构，该机构则是采用带电线圈在强磁场中受力移动的原理来输出驱动力，包括由竖向排列的支柱和固定在支柱两端的固定板组成的机构框架，机构框架上沿上下方向滑动装配有轨道框架，轨道框架上固定有动力输出轴和电磁线圈，各立柱的相对侧壁上采用异极对置的方式设置板形永磁体，相邻支柱之间形成相互平行的磁场间隙，轨道框架上的各电磁线圈滑动设置于相邻的两磁场间隙中，并且，电磁线圈和永磁体之间留有间隙，这种磁力操动机构受限制较小，可提供大行程的动力输出，且其零部件数量少，故障率低。使用时，在合闸过程中，向电磁线圈通入合闸电流，以使得电磁线圈在平行磁场间隙中受磁场作用力向上移动实现合闸操作，在分闸过程中，向电磁线圈通入分闸电流，以使得电磁线圈在平行磁场间隙中受磁场作用力向下移动以实现分闸操作。

传统的磁力操动机构中，通常在板形永磁体的上下两端分别布置反向磁极，这些反向磁极提供缓冲和固定分、合闸位置的保持力。另外，还会设置相应的缓冲弹簧来减少机械冲击力，以降低断路器的分合闸弹跳及反弹。但这种方式不仅存在机械缓冲所带来的缓冲效率低，可靠性低的问题，还存在弹簧缓冲特性的可控性差而不利于实现智能操作的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缓冲效率高、方便实现智能控制的磁力操动机构控制方法，同时，本发明还提供一种磁力操动机构控制装置。

为实现上述目的，本发明所提供的磁力操动机构控制方法的技术方案是：一种磁力操动机构控制方法，向布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作，在合闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流，在分闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。

在分闸过程中，电磁线圈的分闸移动行程包括在前的分闸驱动行程和在后的分闸缓冲行程，在分闸缓冲行程上通入所述的分闸缓冲电流。

所述分闸缓冲行程为所述电磁线圈的分闸移动行程的½~⅓。

在合闸过程中，电磁线圈的合闸移动行程包括在前的合闸驱动行程和在后的合闸缓冲行程，在合闸缓冲行程上通入所述的合闸缓冲电流。

所述合闸缓冲行程为所述电磁线圈的合闸移动行程的⅓。

本发明所提供的磁力操动机构控制装置的技术方案是：一种磁力操动机构控制装置，该装置包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，所述第一控制模块用于使布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作；所述第二控制模块用于在合闸过程中，按照设定时间使电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流；所述第三控制模块用于在分闸过程中，按照设定时间使电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。

所述第三控制模块在电磁线圈位于所述电磁线圈的分闸移动行程中在后的分闸缓冲行程上时使电磁线圈通入分闸缓冲电流。

所述分闸缓冲行程为所述电磁线圈的分闸移动行程的½~⅓。

所述第二控制模块在电磁线圈位于所述电磁线圈的合闸移动行程中在后的合闸缓冲行程上时使电磁线圈通入合闸缓冲电流。

所述合闸缓冲行程为所述电磁线圈的合闸移动行程的⅓。

上述磁力操动机构包括机构框架，机构框架上沿上下方向往复移动装配有至少一个线圈组件，线圈组件包括线圈框架和电磁线圈，各电磁线圈位于所述机构框架上对应该电磁线圈所设有的由相对布置的永磁体形成的平行磁场间隙中，线圈框架与对应的永磁体之间留有位置间隙，所述平行磁场间隙中于对应线圈组件的线圈框架的上侧和/或下侧固设有磁路闭合磁块，所述磁路闭合磁块具有用于与相应线圈组件的线圈框架顶推接触的接触面，所述磁路闭合磁块与相对布置的永磁体均接触。

所述永磁体为相对布置的两侧板形永磁体，两侧板形永磁体采用异极对置的方式布置以形成所述平行磁场间隙，位于对应线圈组件的线圈框架的上侧和/或下侧的所述磁路闭合磁块与两侧板形永磁体接触。

所述平行磁场间隙包括位于中间的用于向相应电磁线圈施加分合闸驱动力的主磁场间隙和位于主磁场间隙上下两侧的辅助磁场间隙，主磁场间隙和辅助磁场间隙的磁场方向相反，所述永磁体包括位于中间的主板形永磁体和位于端部的辅助永磁体，主板形永磁体采用异极对置的方式布置以形成所述主磁场间隙，辅助永磁体采用采用异极对置的方式布置以形成所述辅助磁场间隙，位于对应线圈组件的线圈框架的上侧和/或下侧的所述磁路闭合磁块与形成相应辅助磁场间隙的辅助永磁体接触。

所述线圈组件的往复移动行程上具有对应合闸的上极限位和对应分闸的下极限位，位于对应线圈组件的线圈框架的上侧和/或下侧的所述磁路闭合磁块对应相应线圈组件的上极限位和/或下极限位布置。

本发明的有益效果是：本发明所提供的磁力操动机构控制方法中，向布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电以实现相应的分合闸操作，并且，在合闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流，在分闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流，合闸缓冲电流及分闸缓冲电流可在电磁线圈上行程反向受力，进行行程电磁缓冲，有效降低电磁线圈的运动速度，降低对其他部件的机械冲击，降低分合闸弹跳及反弹。

附图说明

图1为使用本发明所提供的磁力操动机构控制方法的磁力操动机构的一种施例的结构示意图；

图2为在不同位置通入电磁缓冲电流与分闸终止速度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

如图1和图2所示，磁力操动机构包括机构框架，机构框架包括沿上下方向延伸的多个间隔布置的立柱和固设于立柱两端的上盖板1、下底板5，还包括布置在立柱外侧的机构固定架2，机构框架上沿上下方向往复移动装配有一个线圈组件，该线圈组件包括线圈框架3，线圈框架3包括中心支撑板4和布置在中心支撑板4上下两端的两端挡板，中心支撑板4和两端挡板形成环槽，电磁线圈对应的缠绕在环槽中以固定在线圈框架3上，线圈框架全部或部分选用铁磁性材料，可起到相应的铁芯作用。

上述机构框架的各个立柱根据其与线圈组件的位置关系，可分为穿套在线圈组件中的中相立柱和位于线圈组件外侧并与中相立柱相对布置的边相立柱，中相立柱和边相立柱的相对侧分别固设有板形永磁体以在中相立柱和边相立柱之间形成平行磁场间隙10，设置在中相立柱上的板形永磁体为中相永磁体6，设在边相立柱上的板形永磁体为边相永磁体7，板形永磁体均沿上下方向延伸，使得平行磁场间隙10也沿上下方向延伸，套装在中相立柱上的相应线圈组件的电磁线圈位于该平行磁场间隙10中，使用时，电磁线圈8通电，电磁线圈作为位于平行磁场间隙中的通电导体受到安培力可在上下方向上往复移动，为保证平衡，绕线圈周向通常均布有两个以上的平行磁场间隙10，这主要是由电磁线圈的形状所决定的，如电磁线圈为三角形，则可设置三个相应的平行磁场间隙，如电磁线圈为四边形，则可对应设置四个相应的平行磁场间隙或两个平行磁场间隙，如电磁线圈为圆环形或椭圆环形，则可根据电磁线圈的实际尺寸沿电磁线圈周向布置相应数目的平行磁场间隙，各平行磁场间隙中磁场方向由平行磁场间隙所处位置确定，保证线圈组件的正常往复移动即可。

需要说明的是，由于线圈框架3往复移动，为减小摩擦阻力，在各线圈框架3与对应的永磁体间留有位置间隙。

本实施例中，由于磁力操动机构用于驱动断路器灭弧室中的动触头往复移动以实现灭弧室的分合闸操作，因此，线圈组件的往复移动行程上具有对应合闸的上极限位和对应分闸的下极限位。

上述磁力操动机构在使用时，向布置在沿上下方向延伸的平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中沿上下方向往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作，并且，线圈组件在与合闸对应的上极限位和与分闸对应的下极限位置，停止运动，并靠永磁体向线圈框架施加磁性吸力以实现保持。

本发明主要提供一种可应用于上述磁力操动机构的控制方法，向布置在沿上下方向延伸的平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中沿上下方向往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作，在合闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与合闸电流反向相反的合闸缓冲电流，在分闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。

实际上，在合闸过程中，按照设定时间通入合闸缓冲电流，在分闸过程中，按照设定时间融入分闸缓冲电流，可在线圈内部形成与原理运动方向相反的磁场，行程电磁缓冲，可有效降低电磁线圈后期的运动速度，从而有效降低运动的电磁线圈所带来的机械冲击，降低分合闸弹跳及反弹，提高产品寿命。

具体来说，在分闸过程中，电磁线圈的分闸移动行程包括在前的分闸驱动行程和在后的分闸缓冲行程，在分闸缓冲行程上通入所述的分闸缓冲电流。实际上，优选的方式为，分闸缓冲行程为电磁线圈的分闸移动行程的½~⅓，即在分闸移动行程的最后½~⅓上向电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。

而在合闸过程中，电磁线圈的合闸移动行程包括在前的合闸驱动行程和在后的合闸缓冲行程，在合闸缓冲行程上通入所述的合闸缓冲电流。实际上，优选的方式为，在合闸缓冲行程为电磁线圈的合闸移动行程的⅓，即在合闸移动行程的最后⅓行程上向电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流。

本实施例中，在磁力操动机构上设置有控制装置，该控制装置包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，第一控制模块用于使布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作；第二控制模块用于在合闸过程中，按照设定时间使电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流，实际上，第二控制模块在电磁线圈位于所述电磁线圈的合闸移动行程中在后的合闸缓冲行程上时使电磁线圈通入合闸缓冲电流；第三控制模块用于在分闸过程中，按照设定时间使电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流，实际上，第三控制模块在电磁线圈位于所述电磁线圈的分闸移动行程中在后的分闸缓冲行程上时使电磁线圈通入分闸缓冲电流。

上述控制模块为软件模块，软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其他形式的存储介质。可将存储介质耦接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息，或者该存储介质可以是处理器的组成部分。

从图2中可以看出，通过调整不同位置，可将未施加电磁缓冲的断路器分闸终止的速度6.5m/s以上， 降低为4.4m/s左右，速度降低了32%以上。

本实施例所提供的磁力操动机构控制方法中，在分闸、合闸运动过程中施加反向电磁缓冲，相比于仅依靠机械缓冲的磁力操动机构来讲，本实施例所提供的可配置电磁缓冲的磁力操动机构的缓冲性能更好，可以更有效降分合闸弹跳及反弹，有利于进行相应分合闸操作，提高磁力操动机构的使用寿命。

本实施例中，对于分闸过程来讲，分闸缓冲行程为分闸移动行程的½~⅓，在其他实施例中，也可根据实际需要调整分闸缓冲行程的长短，在分闸缓冲行程所对应的时间上向电磁线圈通入分闸缓冲电流即可。当然，也不一定在整个分闸缓冲行程上一直通电，可以在分闸缓冲行程的前期通电，后期也可完全断电。

另外，本实施例所提供的控制方法中，在分闸移动行程的后期即分闸缓冲行程上通入分闸缓冲电流，在其他实施例中，也可在分闸移动行程的中期通入分闸缓冲电流，相比于现有技术中一直通入分闸电流来讲，同样可以起到缓冲减速的目的。

本实施例中，对于合闸过程来讲，合闸缓冲行程为合闸移动行程的⅓，在其他实施例中，也可根据实际需要调整合闸缓冲行程的长短，在合闸缓冲行程所对应的时间上向电磁线圈通入合闸缓冲电流即可。当然，也不一定在整个合闸缓冲行程上一直通电，可以在合闸缓冲行程的前期通电，后期也可完全断电。

另外，本实施例所提供的控制方法中，在合闸移动行程的后期即合闸缓冲行程上通入合闸缓冲电流，在其他实施例中，也可在合闸移动行程的中期通入合闸缓冲电流，相比于现有技术中一直通入合闸电流来讲，同样可以起到缓冲减速的目的。

在图1所示的磁力操动机构中，在各平行磁场间隙10中于对应线圈组件的线圈框架的上侧分别固设有上磁路闭合磁块9，该上磁路闭合磁块9实际上对应相应线圈组件的上极限位置布置，上磁路闭合磁块9具有用于与相应线圈组件的线圈框架顶推接触的接触面，上磁路闭合磁块与相对布置的永磁体均接触。使得，当线圈框架与上磁路闭合磁块接触时，可形成完成的闭合回路，磁力线可通过闭合回路回到磁力机构中，可有效增强上极限位置处的磁场强度。

由于线圈组件沿上下方向往复移动，为减小摩擦阻力，线圈组件的线圈框架与形成平行磁场间隙的两侧板形永磁体之间留有设定大小的位置间隙，该位置间隙带来了无法形成闭合磁场从而导致磁力线及磁场保持能量损失过多的问题，而本实施例中，正是通过在平行磁场间隙中设置与两侧板形永磁体接触并与线圈框架接触的上磁路闭合磁块来形成闭合磁场回路，以解决磁力线及磁场保持能量损失过多的问题，可有效增强合闸保持力。

本实施例中，仅针对磁力操动机构的合闸位布置有上磁路闭合磁块，上磁路闭合磁块位于相应线圈组件的线圈框架的上侧。在其他实施例中，也可仅针对分闸位布置相应的磁路闭合磁块，此时，磁路闭合磁块位于相应线圈组件的线圈框架的下侧。当然，也可针对分闸位和合闸位分别布置相应的磁路闭合磁块，在相应线圈组件的线圈框架的上侧和下侧分别设有磁路闭合磁块，由于整个平行磁场间隙的磁感应强度相同，可在分闸、合闸的后期分别通入反向电流以实现缓冲操作，可以进一步降低合闸弹跳及分闸反弹。

本实施例中，各平行磁场间隙均由两侧板形永磁体形成，每个平行磁场间隙的磁场方向一致。在其他实施例中，平行磁场间隙包括位于中间的用于向相应电磁线圈施加分合闸驱动力的主磁场间隙和位于主磁场间隙上下两侧的辅助磁场间隙，主磁场间隙和辅助磁场间隙的磁场方向相反，形成平行磁场间隙的永磁体包括位于中间的主板形永磁体和位于端部的辅助永磁体，主板形永磁体采用异极对置的方式布置以形成所述主磁场间隙，辅助永磁体采用采用异极对置的方式布置以形成辅助磁场间隙，位于电磁线圈上侧和/或下侧的磁路闭合磁块与形成相应辅助磁场间隙的辅助永磁体接触。这种情况下，由于分合闸后期电磁线圈靠近辅助磁场间隙。当然，也可仅针对合闸位或分闸位布置相应的磁路闭合磁块。需要说明的是，由于线圈框架的存在，可使得电磁线圈始终位于主磁场间隙中，并不进入辅助磁场间隙中，使得辅助永磁体主要起到锁定保持的作用。

本实施例中，形成平行磁场间隙的永磁体采用板形永磁体，在其他实施例中，也可采用其他可形成相应平行磁场间隙且保证电磁线圈正常往复移动的永磁体结构。

本实施例中，机构框架上设有一个线圈组件，在其他实施例中，也可根据实际需要设置两个以上的线圈组件，多个线圈组件沿在水平间隔分布，对应线圈组件配置相应的平行磁场间隙即可。

上述磁路闭合磁块具有用于与相应线圈组件顶推接触的接触面，这样可以提高磁路闭合磁块的闭合效率。形成平行磁场间隙的永磁体采用板形永磁体，在其他实施例中，也可采用其他可形成相应平行磁场间隙且保证电磁线圈正常往复移动的永磁体结构。所提供的磁力操动机构可应用于包括但不限于126kV真空断路器等选相分合闸及投切电容器组领域。

Claims (10)

1.一种磁力操动机构控制方法，其特征在于：向布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作，在合闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流，在分闸过程中，按照设定时间向电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。

2.根据权利要求1所述的磁力操动机构控制方法，其特征在于：在分闸过程中，电磁线圈的分闸移动行程包括在前的分闸驱动行程和在后的分闸缓冲行程，在分闸缓冲行程上通入所述的分闸缓冲电流。

3.根据权利要求2所述的磁力操动机构控制方法，其特征在于：所述分闸缓冲行程为所述电磁线圈的分闸移动行程的½～⅓。

4.根据权利要求1或2或3所述的磁力操动机构控制方法，其特征在于：在合闸过程中，电磁线圈的合闸移动行程包括在前的合闸驱动行程和在后的合闸缓冲行程，在合闸缓冲行程上通入所述的合闸缓冲电流。

5.根据权利要求4所述的磁力操动机构控制方法，其特征在于：所述合闸缓冲行程为所述电磁线圈的合闸移动行程的⅓。

6.一种磁力操动机构控制装置，其特征在于：该装置包括第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块，所述第一控制模块用于使布置在平行磁场间隙中的电磁线圈通电，使电磁线圈受力在平行磁场间隙中往复移动，以用于驱动相应动触头进行合闸、分闸动作；所述第二控制模块用于在合闸过程中，按照设定时间使电磁线圈通入与合闸电流方向相反的合闸缓冲电流；所述第三控制模块用于在分闸过程中，按照设定时间使电磁线圈通入与分闸电流方向相反的分闸缓冲电流。

7.根据权利要求6所述的磁力操动机构控制装置，其特征在于：所述第三控制模块在电磁线圈位于所述电磁线圈的分闸移动行程中在后的分闸缓冲行程上时使电磁线圈通入分闸缓冲电流。

8.根据权利要求7所述的磁力操动机构控制装置，其特征在于：所述分闸缓冲行程为所述电磁线圈的分闸移动行程的½～⅓。

9.根据权利要求6或7或8所述的磁力操动机构控制装置，其特征在于：所述第二控制模块在电磁线圈位于所述电磁线圈的合闸移动行程中在后的合闸缓冲行程上时使电磁线圈通入合闸缓冲电流。

10.根据权利要求9所述的磁力操动机构控制装置，其特征在于：所述合闸缓冲行程为所述电磁线圈的合闸移动行程的⅓。