CN108807097A - 操动机构控制方法及分合闸驱动装置以及断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操动机构控制方法及分合闸驱动装置以及断路器，操动机构控制方法是向平行磁场间隙中布置主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，向主电磁线圈组中通入正向电流，主电磁线圈组受正向力使电磁线圈组件在平行磁场中间隙中沿设定方向移动，在电磁线圈组件移动的过程中，在设定时刻向辅助电磁线圈组中通入反向电流，以使对应的电磁线圈组受到反向力而调节电磁线圈组件的移动速度，抵消电感效应迟滞对电磁线圈的感应磁场强度变化的影响，进而能够缩短电磁线圈的感应磁场强度变化的时间间隔，从而能够降低最终的冲击力，有效的抑制弹跳和反弹。

Description

操动机构控制方法及分合闸驱动装置以及断路器

技术领域

本发明涉及一种操动机构控制方法及分合闸驱动装置以及断路器。

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，从而保证电网的安全可靠运行。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。弹簧操动机构的机械结构复杂，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铁心产生螺管电磁力进行驱动，永磁驱动机构凭借其结构简单、运行免维护、操作可靠性高的优点并广泛应用于中压领域断路器。但是由于存在退磁现象、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。而磁力操动机构则采用带电线圈在强磁场中受力移动的原理，其理论上可以满足任意的行程，并且具有永磁机构优点，在中高压领域有着良好的前景。

传统的磁力操动机构保持力一般没有缓冲或在外面添加机械缓冲，难以满足真空断路器的特殊工况，难以有效的降低真空断路器分合闸弹跳及反弹。而在申请公布号为CN106935438A的中国专利文件中公开了一种磁力操动机构控制方法及控制装置，其通过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，在分闸运动中，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，这样能够实现在实际的工作过程中，合闸缓冲电流以及分闸缓冲电流的设置可在电磁线圈上使电磁线圈反向受力，使电磁线圈在行程末端能够具有电磁缓冲，有效的降低电磁线圈的运行速度，降低对其他部件的机械冲击，降低分合闸弹跳及反弹。

但是这种磁力操动机构在实际的工作过程中，由于电磁线圈通电和断电后电感效应迟滞的影响，感应磁场强度在断电瞬间和通电瞬间不会跟随电流瞬间减小或瞬间反向，这就导致在通入反向电流时，电磁线圈会先降至零而后反向增加到预计的感应磁场强度，中间会有较长的时间间隔反应，这就导致对于较短行程的感应线圈，由于感应磁场强度的变化时间间隔较长，导致对电磁线圈的运行速度无法及时降低，还是会存在对其他部件具有较强的机械冲击，以及分合闸弹跳和反弹的问题，导致无法有效抑制分合闸过程的弹跳和反弹。同时，单个线圈通入正向电流和反向电流，其最终的机械冲击速度无法把控，导致冲击过大，速度调节不便的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操动机构控制方法，以解决现有技术中的磁力操动机构无法有效抑制分合闸过程中的弹跳和反弹的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该操动机构控制方法的分合闸驱动装置；本发明的目的还在于提供一种具有该分合闸驱动装置的断路器。

为实现上述目的，本发明操动机构控制方法的技术方案是：

方案1：操动机构控制方法，向平行磁场间隙中布置主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，向主电磁线圈组中通入正向电流，主电磁线圈组受正向力使电磁线圈组件在平行磁场中间隙中沿设定方向移动，在电磁线圈组件移动的过程中，在设定时刻向辅助电磁线圈组中通入反向电流，以使对应的电磁线圈组受到反向力而调节电磁线圈组件的移动速度。

方案2：在方案1的基础上，为了能够进一步的控制电磁线圈组件的移动速度，在向主电磁线圈组中通入正向电流的同时，向辅助电磁线圈组中通入正向电流，这样可以使电磁线圈组件的移动速度的区间值更大，调节时比较方便。

方案3：在方案2的基础上，为了能够消除由于电流方向变化而导致的电感效应引起的迟滞，向辅助电磁线圈组中通入的正向电流小于向主电磁线圈组中通入的正向电流。通入的电流越小，迟滞时间越短，这样能够较小调节速度的时间间隔。

方案4：在方案1~3任一项的基础上，为了有效的抑制电磁线圈通断电流的过程中由于电感效应迟滞导致的时间间隔问题，定义断开主电磁线圈组的正向电流的时刻为T，通断电流时电磁线圈的电感效应迟滞时间间隔为T₀，所述设定时刻处于0至T+T₀时刻之间。通过提前通入反向电流，这样能够使电感效应迟滞的时间间隔有效的抑制，节省电磁线圈的反应时间。

方案5：在方案4的基础上，为了能够进一步的抑制电磁线圈通断电流的过程中由于电感效应迟滞导致的时间间隔问题，所述设定时刻处于T- T₀至T+T₀时刻之间。保证电磁线圈组件的初期加速行程的有效速度的同时，能够抑制电感效应迟滞的时间间隔。

方案6：在方案5的基础上，为了能够进一步的抑制电磁线圈通断电流的过程中由于电感效应迟滞导致的时间间隔问题，所述设定时刻为T时刻。这样既能够保证电磁线圈组件的初期加速行程的最终有效速度的同时，能够抑制电感效应迟滞的时间间隔。

方案7：在方案1~3任一项的基础上，为了能够实现长行程设计，导致永磁机构难以用于高压领域，通过电磁线圈组件上的输出杆向外输出行程。这样能够通过磁力操动机构实现长行程的设计。

本发明分合闸驱动装置的技术方案是：

方案1：分合闸驱动装置，包括操动机构，操动机构包括机构框架，机构框架上固设有定子组，机构框架上还设有与定子组配合使用而往复移动的动子组，动子组具有用于与灭弧室的动端传动配合的连接部，动子组和定子组的其中一个为电磁线圈组件，另一个为永磁体组，永磁体组具有对应电磁线圈组件布置的平行磁场间隙，电磁线圈组件包括布置于平行磁场中的主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，分合闸驱动装置还包括用于向主电磁线圈组通入正向电流、并在设定时刻用于向辅助电磁线圈组通入反向电流而控制动子组的移动速度的控制模块。。

方案2：在方案1的基础上，为了能够实现长行程设计，导致永磁机构难以用于高压领域，所述动子组为电磁线圈组件，所述电磁线圈组件的输出杆构成所述连接部。这样能够通过磁力操动机构实现长行程的设计。

方案3：在方案1或2的基础上，为了能够使结构更加紧凑，主电磁线圈组和辅助电磁线圈组沿电磁线圈的轴线方向并排布置。这样还能够实现各个电磁线圈组的输出力同轴线。

方案4：在方案1或2的基础上，为了使电磁线圈组件能够在运动时整体动作，所述电磁线圈组件还包括夹设在主电磁线圈组合辅助电磁线圈组之间以将二者固定为一体的线圈隔板。这样能够避免主电磁线圈组和辅助电磁线圈组由于受力方向相反导致的电磁线圈组件散架的问题。

本发明断路器的技术方案是：

方案1：断路器，包括灭弧室和与灭弧室传动配合的灭弧室传动配合的分合闸驱动装置，分合闸驱动装置包括操动机构，所述操动机构包括机构框架，机构框架上固设有定子组，机构框架上还设有与定子组配合使用而往复移动的动子组，动子组具有用于与灭弧室的动端传动配合的连接部，动子组和定子组的其中一个为电磁线圈组，另一个为永磁体组，永磁体组具有对应电磁线圈组布置的平行磁场间隙，所述电磁线圈组件包括布置于平行磁场中的主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，分合闸驱动装置还包括用于向主电磁线圈组通入正向电流、并在设定时刻用于向辅助电磁线圈组通入反向电流而控制动子组的移动速度的控制模块。

方案2：在方案1的基础上，为了能够实现长行程设计，导致永磁机构难以用于高压领域，所述动子组为电磁线圈组件，所述电磁线圈组件的输出杆构成所述连接部。这样能够通过磁力操动机构实现长行程的设计。

方案3：在方案1或2的基础上，为了能够使结构更加紧凑，主电磁线圈组和辅助电磁线圈组沿电磁线圈的轴线方向并排布置。这样还能够实现各个电磁线圈组的输出力同轴线。

方案4：在方案1或2的基础上，为了使电磁线圈组件能够在运动时整体动作，所述电磁线圈组件还包括夹设在主电磁线圈组合辅助电磁线圈组之间以将二者固定为一体的线圈隔板。这样能够避免主电磁线圈组和辅助电磁线圈组由于受力方向相反导致的电磁线圈组件散架的问题。

本发明的有益效果是：相比于现有技术，本发明所涉及的操动机构控制方法，通过在机构框架内设置两个电磁线圈组，并且在电磁线圈组件在平行磁场中的运动行程初期时向其中一个电磁线圈组中通入正向电流，使电磁线圈组件能够相对平行磁场加速移动，并在设定时刻向另一个电磁线圈组中通入反向电流，使电磁线圈组件的整体受力减小或反向，从而能够实现在电磁线圈相对平行磁场运动的过程中的速度调节，而且这种设置两组电磁线圈组的方式在实际的投切电流时，反向电流的通入不需要考虑正向电流是否断开，综合两个电磁线圈组的受力情况实现对电磁线圈组件的相对于平行磁场的移动速度的调控，进而实现调整电磁线圈组件的最终机械冲击强度，结构比较简单，有效的抑制分合闸弹跳和反弹的问题。

附图说明

图1为本发明的分合闸驱动装置的具体实施例1的结构示意图；

图2为本发明的分合闸驱动装置的具体实施例2的结构示意图。

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。

本发明的分合闸驱动装置的具体实施例1，如图1所示，该分合闸驱动装置应用于126kV真空断路器等选相分合闸及投切电容器领域中，其包括磁力操动机构和控制部分，其中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定于立柱的两端的上盖板1、下底板2，还包括布置在立柱外侧的机构固定架11，机构框架上沿上下方向往复移动装配有电磁线圈组件，该电磁线圈组件包括线圈框架7和电磁线圈，线圈框架7包括中心支撑板10和布置在中心支撑板10的上下两端的两端挡板，中心支撑板10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7上，在本实施例中，电磁线圈共有两个，沿上下方向布置，定义为上线圈5和下线圈6，两个电磁线圈之间架设有线圈隔板9，且两个线圈的绕制方向相同，线圈框架7全部或部分选用铁磁性材料，可起到相应的铁心作用。

上述机构框架的各个立柱根据其与电磁线圈组件的位置关系，可分为穿套在电磁线圈组件中的中相立柱和位于电磁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铁以在中相立柱和边相立柱之间形成平行磁场间隙8，设置在中相立柱上的板形永磁体为中相永磁体3，设在边相立柱上的板形永磁体为边相永磁体4，板形永磁体均沿上下方向延伸，使得平行磁场间隙8也沿上下方向延伸，套装在中相立柱上的相应电磁线圈组件的电磁线圈位于平行磁场间隙8中，在使用时，将对电磁线圈通电，电磁线圈作为位于平行磁场间隙8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8，这主要是由电磁线圈的形状所决定的。同时由于线圈框架7往复移动，为减小摩擦阻力，在各线圈框架7与对应的永磁体之间留有位置间隙。

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，电磁线圈组件的往复移动行程上具有对应合闸位置的上极限位和对应分闸位置的下极限位。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8中的电磁线圈组件通电，使电磁线圈组件受力在平行磁场间隙8中沿上下方向往复移动，以用于驱动相应的动触头进行合闸、分闸动作，并且，电磁线圈组件在上极限位和下极限位置时停止运动，并靠永磁体向线圈框架7施加磁性吸力以实现保持。

上述的磁力操动机构的控制方法主要是：向布置在沿上下方向延伸的平行磁场间隙8中的电磁线圈组件通电，使电磁线圈组件受力在平行磁场间隙8中沿上下方向往复移动，具体的为：在合闸时，通过控制部分对上线圈5通入正向电流，此时上线圈5受力会推动线圈框架7向上加速移动，而在线圈框架7移动设定时间后，断开对上线圈5的正向电流的供应，定义断开正向电流的时刻为T，且电磁线圈的电感效应迟滞的时间间隔为T₀，在T时刻通过控制部分向下线圈6中通入反向电流，反向电流与正向电流的方向相反，此时由于正向电流的断开，T至T+T₀的时间段内，上线圈5上的感应磁场强度由于电感效应迟滞的现象会逐渐减小，于此同时，T至T+T₀的时间段内，下线圈6上的感应磁场强度会逐渐增强，而且下线圈6的受力方向与上线圈5的受力方向相反，这样会使驱动线圈框架7动作的作用力的方向由原本的向上转变为向下，这样就能够使得线圈框架7在向上移动的过程中通过反向电流有效的降低线圈框架7后期的运动速度，从而有效的降低线圈框架7所带来的机械冲击，降低合闸弹跳及反弹，提高产品寿命。

在分闸时，通过控制部分对上线圈5通入反向电流，此时上线圈5受力会推动线圈框架7向下加速移动，而在线圈框架7移动设定时间后，断开对上线圈5的反向电流的供应，并同时通过控制部分对下线圈6中通入正向电流，正向电流与反向电流的方向相反，此时由于反向电流断开，上线圈5上的感应磁场强度由于电感效应迟滞的现象逐渐减小，与此同时，下线圈6上的感应磁场强度会逐渐增强，这样会使驱动线圈框架7动作的作用力的方向由原本的向下转变为向上，这样就能够使线圈内框架在向上移动的过程中通过正向电流有效的降低线圈框架7后期的运动速度，从而有效的降低线圈框架7所带来的机械冲击，降低分闸弹跳及反弹，提高产品寿命。

上述的合闸过程中，线圈框架7具有合闸驱动行程和合闸缓冲行程，分闸过程中，线圈框架7具有分闸驱动行程和分闸缓冲行程，正向电流和反向电流的切换对应在缓冲行程的起始位。

上述的上线圈5和下线圈6的通电切换方式，相比于单个线圈的电流切换方式，在实际的工作过程中，正向电流的断开和反向电流的通入同时进行，这样能够避免仅有单个线圈工作时感应磁场强度先降低至零而后反向增加而导致的较长的时间间隔的问题，上线圈5的感应磁场强度下降的同时，下线圈6的感应磁场强度上升，从而能够实现对线圈框架7的作用力的快速切换，能够满足较小行程的线圈框架7的移动，结构比较简单，能够降低分合闸过程中断路器的弹跳和反弹，调高机构及本体真空泡的寿命，具有一定的经济效益。

对于控制部分来说，在本实施例中，其包括第一控制模块和第二控制模块，合闸时第一控制模块用于对上线圈5通入正向电流，从而能够实现线圈框架7向上移动，第二控制模块用于对下线圈6通入反向电流，从而能够实现线圈框架7在向上移动的过程中受反向力而实现减速缓冲。这种控制方法可将运动的最终速度由6.5m/s以上降低至4.5m/s左右。

本发明所描述的电磁线圈组件中，通入电流后能够产生同向的作用力的电磁线圈共同构成一个电磁线圈组，而在分合闸过程中，线圈框架的受力方向仅有两个，因此电磁线圈组有两组，起到加速行程的电磁线圈组为主电磁线圈组（即上线圈5），起到缓冲作用的电磁线圈组为辅助电磁线圈组（即下线圈6），且在其他实施例中，各组电磁线圈组中的数量不做具体限定。

本发明的分合闸驱动装置的实施例2：与实施例1的不同之处在于，如图2所示，每一个线圈组中的电磁线圈数量可以根据实际的情况增加，如在有三个电磁线圈时，在分合闸的前期可通过两个电磁线圈通入电流使线圈框架7移动，在需要缓冲时将电流断开，并向闲置的第三个线圈中通入反向电流实现减速缓冲。

在本实施例中，第一控制模块控制上线圈5向上受力，第二控制模块控制下线圈6向下受力，在其他实施例中，第一控制模块可控制下线圈6，第二控制模块控制上线圈5。

在其他实施例中，可以在驱动行程阶段内就通入反向电流，然后在到达T时刻时断开正向电流，也能够实现线圈框架的缓冲减速，也可以在T至T+T₀之间的时间段内通入反向电流，也能够缩短正反电流依次通电时由于电感效应迟滞所带来的时间间隔长度，这样也可以较好的把控电磁线圈组件的最终运动速度，进而控制最终的机械冲击。

在其他实施例中，由于迟滞时间与电流大小和匝数多少有关，在初期可同时向主电磁线圈组和辅助电磁线圈组中均通入正向电流，同时设置主电磁线圈组的正向电流大于辅助电磁线圈组的正向电流，这样并在行程后期向辅助电磁线圈组中通入反向电流，这样也能够削弱电感效应影响；或者是将辅助电磁线圈组的匝数设置为小于主电磁线圈组的匝数。

在本实施例中，电磁线圈组件构成动子组，永磁体构成定子组，在其他实施例中，也可以将电磁线圈组件形成定子组，铁芯形成动子组的结构形式。

本发明的操动机构控制方法的实施例，其具体实施方式与上述的分合闸驱动装置的实施例中的磁力操动机构的控制方法一致，不再详细展开。

本发明的断路器的实施例，包括灭弧室和与灭弧室传动配合的操动机构，操动机构的结构与上述的分合闸驱动装置的实施例1或2中的磁力操动机构的结构一致，不再详细展开。

Claims (10)

1.操动机构控制方法，其特征在于：向平行磁场间隙中布置主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，向主电磁线圈组中通入正向电流，主电磁线圈组受正向力使电磁线圈组件在平行磁场中间隙中沿设定方向移动，在电磁线圈组件移动的过程中，在设定时刻向辅助电磁线圈组中通入反向电流，以使对应的电磁线圈组受到反向力而调节电磁线圈组件的移动速度。

2.根据权利要求1所述的操动机构控制方法，其特征在于：在向主电磁线圈组中通入正向电流的同时，向辅助电磁线圈组中通入正向电流。

3.根据权利要求2所述的操动机构控制方法，其特征在于：向辅助电磁线圈组中通入的正向电流小于向主电磁线圈组中通入的正向电流。

4.根据权利要求1~3任一项所述的操动机构控制方法，其特征在于：定义断开主电磁线圈组的正向电流的时刻为T，通断电流时电磁线圈的电感效应迟滞时间间隔为T₀，所述设定时刻处于0至T+T₀时刻之间。

5.根据权利要求4所述的操动机构控制方法，其特征在于：所述设定时刻处于T- T₀至T+T₀时刻之间。

6.根据权利要求5所述的操动机构控制方法，其特征在于：所述设定时刻为T时刻。

7.根据权利要求1~3任一项所述的操动机构控制方法，其特征在于：通过电磁线圈组件上的输出杆向外输出行程。

8.分合闸驱动装置，包括操动机构，操动机构包括机构框架，机构框架上固设有定子组，机构框架上还设有与定子组配合使用而往复移动的动子组，动子组具有用于与灭弧室的动端传动配合的连接部，动子组和定子组的其中一个为电磁线圈组件，另一个为永磁体组，永磁体组具有对应电磁线圈组件布置的平行磁场间隙，其特征在于：所述电磁线圈组件包括布置于平行磁场中的主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，分合闸驱动装置还包括用于向主电磁线圈组通入正向电流、并在设定时刻用于向辅助电磁线圈组通入反向电流而控制动子组的移动速度的控制模块。

9.根据权利要求8所述的分合闸驱动装置，其特征在于：所述动子组为电磁线圈组件，所述电磁线圈组件的输出杆构成所述连接部。

10.断路器，包括灭弧室和与灭弧室传动配合的分合闸驱动装置，分合闸驱动装置包括操动机构，操动机构包括机构框架，机构框架上固设有定子组，机构框架上还设有与定子组配合使用而往复移动的动子组，动子组具有用于与灭弧室的动端传动配合的连接部，动子组和定子组的其中一个为电磁线圈组件，另一个为永磁体组，永磁体组具有对应电磁线圈组件布置的平行磁场间隙，其特征在于：所述电磁线圈组件包括布置于平行磁场中的主电磁线圈组和辅助电磁线圈组，分合闸驱动装置还包括用于向主电磁线圈组通入正向电流、并在设定时刻用于向辅助电磁线圈组通入反向电流而控制动子组的移动速度的控制模块。