CN108320998B - 一种具有单向合分电极结构的开关及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有单向合分电极结构的开关及其驱动方法，包括内部为真空环境的开关腔体，开关腔体的内部设置有单向合分电极结构，单向合分电极结构包括静电极和动电极，静电极上开有能够穿过动电极的触发孔，动电极穿过触发孔时与静电极接触，其中动电极与导杆连接，导杆带动动电极穿过触发孔；其中导杆与开关腔体的底部焊接有金属波纹管，静电极与静端引线端连接。该开关能够通过动电极在同一方向上的运动实现快速合分，并且其保持合闸状态的时间能够通过改变动电极的运动速度或电极的尺寸进行调节。

Description

一种具有单向合分电极结构的开关及其驱动方法

技术领域

本发明属于电力开关技术领域；具体涉及一种具有单向合分电极结构的开关，还涉及上述开关的驱动方法。

背景技术

近年来，随着我国电力事业的迅速发展以及环保意识的增强，电能的生产、传输、消费正朝着清洁化、高效化、多元化的方向迈进。由此，对新型电力设备的需求亦愈加旺盛。特别是，针对快速导通一段特定时间(几个ms)的电力开关的需求，全控型电力半导体器件(如MOSFET，IGBT，IGCT等)可能是最好的选择。

但是，这类型的开关目前存在容量小，耐压低的缺点，因此，在低压小容量的场合应用的较为广泛。真空触发间隙能够很好的克服以上缺点，其导通电流可达上百千安培，工作电压可达上百千伏。然而，在真空的环境中，等离子体(电弧)完全由电极材料的金属蒸汽电离产生，弧后介质强度恢复速度较快，致使其在电流过零时，两端迅速恢复到高绝缘状态而切断电路，因此，真空触发间隙在使用时存在触发导通及续流的不稳定性。真空开关具有良好的耐压和通流能力，其性能不弱于真空触发间隙。同时，当真空开关处于合闸状态时，能够可靠的导通电路。但是，在需要快速导通一定时间的工作状况下，需要真空开关在很短的时间内完成导通和快速分断两种状态的切换，这对开关的操动机构及真空灭弧室的性能要求极高，几乎不可能实现。

发明内容

本发明提供了一种具有单向合分电极结构的开关及其驱动方法，该开关的电极结构能够通过动电极在同一方向上的运动实现快速合分，并且其保持合闸状态的时间能够通过改变动电极的运动速度或电极的尺寸进行调节。

本发明的技术方案是：一种具有单向合分电极结构的开关，包括内部为真空环境的开关腔体，开关腔体的内部设置有单向合分电极结构，单向合分电极结构包括静电极和动电极，静电极上开有能够穿过动电极的触发孔，动电极穿过触发孔时与静电极接触，其中动电极与导杆连接，导杆带动动电极穿过触发孔；此外，导杆与开关腔体的底部焊接有用于动密封的金属波纹管，静电极与静端引线端连接。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中动电极穿过触发孔时动电极的外壁与触发孔的内壁接触；或者，触发孔或动电极上设置有辅助金属结构，通过辅助金属结构使动电极和静电极间接接触导通。

其中动电极为圆柱形结构，且触发孔与动电极相匹配。

其中辅助金属结构为金属条或弹性导电体。

其中导杆还与操动机构连接，操动机构带动导杆和动电极做直线运动。

本发明的另一技术方案是：一种具有上述单向合分电极结构的开关的驱动方法，包括动电极设置在静电极的一侧，且动电极与静电极处于分离状态，导杆带动动电极朝向靠近静电极的方向移动，在动电极穿过触发孔的过程中，动电极始终与静电极接触，动电极继续沿着该方向移动并到达静电极的另一侧，且动电极与静电极分离至特定的位置，则该开关完成了一次合分动作；其中动电极和静电极接触截面的长度，以及动电极的运动速度控制保持合闸状态的时间t。

更进一步的，本发明的特征还在于：

其中，该开关完成一次开关合分动作之后，其动电极沿着反方向运动，且穿过触发孔，此时动电极与静电极接触，动电极继续移动，到达静电极的一侧，且动电极与静电极分离至特定的位置，则该开关完成了另一次合分动作。

其中动电极穿过触发孔，与静电极接触的时间为该开关保持合闸状态的时间t；其保持合闸状态的时间t的计算方法为：t＝(L_动+L_静)/V_动；其中L_动为动电极与静电极接触截面的长度，L_静为静电极与动电极接触截面的长度，V_动为动电极的平均运动速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：该开关能够在短时间内完成导通和分断两种状态的切换，实现快速开合的目的；其中，该开关中的单向合分电极结构通过导杆带动动电极穿过触发孔，实现动电极与静电极的导通，其中动电极在触发孔内移动的时间，即为该开关保持合闸状态的时间，同时动电极穿过触发孔移动到静电极的另一侧，且动电极到达特定的位置，则开关完成了一次合分动作；该开关能够通过动电极在同一方向上的运动实现快速合分，并且保持合闸状态的时间能够通过改变动电极的运动速度或电极的尺寸进行调节。

更进一步的，动电极的外壁与静电极触发孔的内壁接触，即可实现动电极和静电极的合闸。

更进一步的，动电极穿过触发孔时动电极的外边缘与触发孔的内壁通过其他辅助的金属结构间接接触而导电，即可实现动电极和静电极的合闸。

更进一步的，优选的动电极为圆柱体结构，并且相应的触发孔与动电极相匹配，在动电极的运动过程中，动电极各处所承受的应力较为均匀。

更进一步的，使用操动机构带动导杆，使其做直线运动。

本发明的有益效果还在于：通过动电极在一个方向上的直线运动，使得该开关能够从初始的分闸状态，切换为合闸状态，即动电极在触发孔内，再到分闸状态，即动电极滑离触发孔，由此完成一次合分动作；另外，动电极反方向运动，从初始的分闸状态，切换为合闸状态，即动电极在触发孔内，再到分闸状态，即动电极滑离触发孔，由此完成一次合分动作。其中，导杆带动动电极做直线运动。

更进一步的，该开关保持合闸状态的时间能够根据静电极、动电极的尺寸和动电极的运动速度进行调整。

附图说明

图1为本发明中具有单向合分电极结构的开关的结构示意图；

图2为本发明中单向合分电极结构的结构示意图；

图3为本发明中单向合分电极结构的工作原理示意图。

图中：1为静电极；2为动电极；3为触发孔；4为导杆；5为连接端；6为金属波纹管；7为静端引线端；8为开关腔体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明提供了一种具有单向合分电极结构的开关，如图1所示，该开关包括一个单向合分电极结构、一个开关腔体8和密封结构；其中开关腔体8内部为真空环境，单向合分电极结构设置在开关腔体8内；如图2所示，单向合分电极结构包括动电极2和静电极1，其中静电极1上开有能够穿过动电极2的触发孔3，动电极2与导杆4的一端连接，导杆4与开关腔体8的底部焊接有用于动密封的金属波纹管6，导杆4的另一端为连接端5，连接端5连接操动机构，操动机构带动导杆4与动电极2做直线运动；在动电极2在穿越触发孔3的过程中，能够实现动电极2与静电极1接触，优选的，采用动电极2的外边缘与触发孔3的内壁接触的方式实现其接触导通。

优选的，触发孔3为与动电极2外形相匹配的通孔，如图2所示，动电极2为圆柱形结构，触发孔3为与动电极2外形相匹配的圆孔；动电极2在穿过触发孔3时，动电极2的外边缘始终与静电极1接触；其中动电极2和触发孔3还可以为其他形状。

优选的，动电极2或触发孔3上设置有辅助金属结构，辅助金属结构为金属条，或为弹性导电体。在动电极2穿越触发孔3的过程中，动电极2通过辅助金属结构与静电极1间接接触导通。

本发明还提供了上述具有单向合分电极结构的开关的驱动方法，如图3(a)所示，首先动电极2设置在静电极1的一侧，且动电极2和静电极1处于分闸状态，且动电极2与触发孔3相对，操动机构通过导杆4带动动电极2朝向靠近静电极1的方向做直线运动；如图3(b)所示，动电极2穿越触发孔3且刚好与静电极1接触时，动电极2和静电极1转变为合闸状态，开始计算其保持合闸状态的时间；如图3(c)所示，动电极2在触发孔3内移动，此时动电极2始终保持与静电极1接触，其中动电极2在触发孔3内移动的时长t即为该开关保持合闸状态的时间；如图3(d)所示，动电极2在操动机构的带动下，穿过触发孔3移动到静电极1的另一侧，此时静电极1与动电极2转变为分闸状态，动电极2继续移动到特定的位置，此时动电极2在一个方向上完成了该开关的一次合分动作。此后，动电极2在操动机构的带动下，向相反的方向运动，并且再次穿过触发孔3回到如图3(c)所示的状态，然后继续运动回到如图3(a)所示的状态，从而该开关在相反的方向上完成了一次合分动作。

在该驱动方法中，该开关保持合闸状态的时间t能够通过静电极1的尺寸、动电极2的尺寸和动电极2的运动速度进行计算；具体的其计算公式为t＝(L_动+L_静)/V_动；其中L_动为动电极2与静电极1接触截面的长度，L_静为静电极1与动电极2接触截面的长度，V_动为动电极的平均运动速度。

当静电极1和动电极2均为厚度均衡的圆柱形结构时，L_静为静电极1的厚度，L_动为动电极2的厚度。

Claims (3)

1.一种具有单向合分电极结构的开关，其特征在于，包括内部为真空环境的开关腔体(8)，开关腔体(8)的内部设置有单向合分电极结构，单向合分电极结构包括一个静电极(1)和一个动电极(2)，静电极(1)上开有能够穿过动电极(2)的触发孔(3)，动电极(2)穿过触发孔(3)时与静电极(1)接触，动电极(2)位于静电极(1)两侧时与静电极(1)保持分离；所述动电极(2)在同一方向上的运动完成一次开关的合分动作；其中动电极(2)与导杆(4)连接，导杆(4)带动动电极(2)穿过触发孔(3)；所述动电极(2)穿过触发孔(3)时动电极(2)的外壁与触发孔(3)的内壁接触；或者，触发孔(3)或动电极(2)上设置有辅助金属结构，通过辅助金属结构使动电极(2)和静电极(1)间接接触而导通；所述导杆(4)的连接端(5)还与操动机构连接，操动机构带动导杆(4)和动电极(2)做直线运动；

所述导杆(4)与开关腔体(8)的底部焊接有金属波纹管(6)，静电极(1)与静端引线端(7)连接，所述动电极(2)为圆柱形结构，且触发孔(3)与动电极(2)相匹配，所述辅助金属结构为金属条或弹性导电体。

2.一种如权利要求1所述的具有单向合分电极结构的开关的驱动方法，其特征在于，包括动电极(2)设置在静电极(1)的一侧，且动电极(2)与静电极(1)处于分离状态，导杆(4)带动动电极(2)朝向靠近静电极(1)的第一方向移动，动电极(2)穿过触发孔(3)的过程中，动电极(2)始终与静电极(1)接触，动电极(2)继续沿着该第一方向移动并到达静电极(1)的另一侧，且动电极(2)与静电极(1)分离至特定的位置，则该开关完成了一次合分动作；所述开关完成一次合分动作之后，动电极(2)能够沿着反方向运动，且穿过触发孔(3)，此时动电极(2)与静电极(1)接触，动电极(2)继续移动，到达静电极(1)的一侧，且动电极(2)与静电极(1)分离至特定的位置，则该开关完成了另一次合分动作；

所述动电极(2)和静电极(1)接触截面的长度，以及动电极(2)的运动速度控制该开关保持合闸状态的时间t。

3.根据权利要求2所述的具有单向合分电极结构的开关的驱动方法，其特征在于，所述动电极(2)穿过触发孔(3)，与静电极(1)接触的时间为该开关保持合闸状态的时间t；其保持合闸状态的时间t的计算方法为：t＝(L_动+L_静)/V_动；其中L_动为动电极(2)与静电极(1)接触截面的长度，L_静为静电极(1)与动电极(2)接触截面的长度，V_动为动电极的平均运动速度。

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