CN109690718B - 电磁操作机构的驱动电路 - Google Patents

Abstract

电磁操作机构的驱动电路由下述构件构成，即：可动铁心(1)、驱动可动铁心(1)的闭极驱动用线圈(2)、向闭极驱动用线圈(2)供电的闭极用电容器(4)、控制对闭极驱动用线圈(2)的供电的闭极驱动用开关元件(5)、设置在闭极驱动用开关元件(5)与闭极驱动用线圈(2)之间的保护用继电器(7)、与闭极驱动用开关元件(5)并联连接且在闭极侧环形电路(10)串联连接有闭极侧环形电路开关元件(6)的闭极侧过电压抑制电路；以及检测闭极侧环形电路开关元件(6)的电压的闭极侧电压检测电路(13)。由此，即使在使功率设备进行开关动作的驱动电路的闭极侧过电压抑制电路的开关元件发生开路故障的情况下，也能够使保护用开关元件的切断动作停止，并安全地使闭极动作完成。

Description

电磁操作机构的驱动电路

技术领域

本发明涉及例如在进行功率设备的开关操作的电磁操作机构的驱动电路中具有保护电路的电磁操作机构的驱动电路。

背景技术

以往，在进行功率设备、例如真空断路器的真空阀的开关操作的电磁操作机构的驱动电路中，在针对一个可动铁心具有闭极用和开极用的两个驱动线圈的情况下，在使电流流向一个驱动线圈时，由于感应电动势，在没有流过电流的另一个驱动线圈的两端产生电压。由于产生的电压与两个驱动线圈的匝数比成比例，因此，例如，若在开极驱动用线圈的匝数为100匝、闭极驱动用线圈的匝数为500匝的情况下，向开极驱动用线圈施加了100V的电压，则在闭极驱动用线圈的两端产生与匝数比成比例的500V的电压。因此，在两个驱动线圈的匝数比较大的情况下，在没有流过电流的驱动线圈中产生的电压有可能会超过驱动控制用的开关元件的耐压，从而需要采取驱动控制用的开关元件的保护对策。

在电磁操作机构的驱动电路中，作为因感应电动势而在闭极驱动用线圈两端产生的高电压超过驱动控制用开关元件的耐压的情况下的保护对策，例如在专利文献1的电磁操作机构的驱动电路中，构成为包括：闭极用驱动电路，该闭极用驱动电路中，闭极驱动用线圈经由闭极驱动用开关元件与成为直流电源的闭极用电容器相连接，电阻和开关元件串联连接而成的闭极侧过电压抑制单元与闭极驱动用线圈并联连接，在闭极驱动用线圈与闭极驱动用开关元件之间设置有保护用开关元件；开极用驱动电路，该开极用驱动电路中，开极驱动用线圈经由开极驱动用开关元件与成为直流电源的开极用电容器相连接，电阻和开关元件串联连接而成的开极侧过电压抑制单元与开极驱动用线圈并联连接；以及电压检测电路，该电压检测电路设置为与开极驱动用开关元件并联且与开极驱动用线圈串联连接，在开极驱动用线圈被励磁而在闭极驱动用线圈侧产生感应电动势的情况下，使保护用开关元件开路。

开极动作中，首先使保护用开关元件成为闭路。接着，通过使闭极驱动用开关元件成为闭路，从而电流从闭极用电容器流向闭极驱动用线圈。在闭极驱动用开关元件刚成为闭路之后，闭极侧过电压抑制单元的开关元件成为闭路。闭极动作完成后，闭极驱动用开关元件成为开路。在闭极驱动用开关元件成为闭路的时刻,电压检测电路的电压成为接近于闭极用电容器的两端的值。然而，在无法使闭极驱动用开关元件成为开路而保持闭路状态的情况下，电压检测电路的电压成为接近于零的值。在闭极驱动用开关元件应该成为开路的时刻电压检测电路的电压接近于零的情况下，判定为闭极驱动用开关元件发生短路故障，保护用开关元件保持闭路。因此，蓄积在闭极用电容器的能量被消耗至成为零为止。由于蓄积在闭极用电容器的能量成为接近于零的值，因此流过闭极驱动用线圈的电流也接近于零，不具有切断驱动时的电流的能力的保护用开关元件也有可能切断。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2013－109997号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在现有的电磁操作机构的驱动电路中，电压检测电路通过判定闭极驱动用开关元件的短路故障状态，从而能够利用保护用开关元件来控制为使得在驱动时不进行电流的切断。然而，在闭极动作时，在闭极侧过电压抑制电路的开关元件发生开路故障和没有发生开路故障的情况下，由于电压检测电路检测出的电压不会产生差异，因此，无法检测出闭极侧过电压抑制电路的开关元件的故障。因此，在闭极侧过电压抑制电路的开关元件为开路故障的情况下，在施加了过大的电压的状态下，利用保护用开关元件切断电流，因而有可能发生使保护用开关元件损坏等问题。

因此，存在下述课题：需要事先检测出闭极侧过电压抑制电路的开关元件发生故障的情况，使保护用开关元件的切断动作停止来对其进行保护。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种电磁操作机构的驱动电路，即使在使功率设备进行开关动作的电磁操作机构的驱动电路的闭极侧过电压抑制电路的开关元件发生了开路故障的情况下，也能够使保护用开关元件的切断动作停止，并安全地结束闭极动作。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，本发明所涉及的电磁操作机构的驱动电路的特征在于，包括：可动铁心，该可动铁心与进行开关动作的功率设备相连结；闭极驱动用线圈及开极驱动用线圈，该闭极驱动用线圈及开极驱动用线圈对所述可动铁心进行驱动；闭极用电容器，该闭极用电容器与所述闭极驱动用线圈相连接并进行供电；闭极驱动用开关元件，该闭极驱动用开关元件对从所述闭极用电容器到所述闭极驱动用线圈的电力供给进行控制；保护用开关元件，该保护用开关元件设置在所述闭极驱动用开关元件与所述闭极驱动用线圈之间，在所述开极驱动用线圈被励磁从而在所述闭极驱动用线圈中产生感应电动势的情况下使其开路；闭极侧过电压抑制电路，在该闭极侧过电压抑制电路中，对环形电路串联连接闭极侧环形电路开关元件，所述环形电路通过将电流衰减用电容器与电流衰减用电阻串联连接，并使它们与放电电阻串联连接而得到；以及闭极侧电压检测电路，该闭极侧电压检测电路中，所述闭极侧过电压抑制电路与所述闭极驱动用开关元件并联连接，并且所述闭极侧电压检测电路对所述闭极侧环形电路开关元件的电压进行检测，根据所述闭极侧电压检测电路检测出的电压，来判定所述闭极侧环形电路开关元件及所述闭极驱动用开关元件的开关状态，并且在无法对所述闭极侧环形电路开关元件及所述闭极驱动用开关元件进行闭路的情况下，设为不使所述保护用开关元件开路。

发明效果

根据本发明的电磁操作机构的驱动电路，由于构成为对闭极侧过电压抑制电路的开关元件所涉及的电压进行检测，因此，具有下述效果，即：能够检测出闭极侧过电压抑制电路的开关元件的开路故障，在开极驱动用线圈被励磁从而在闭极驱动用线圈侧产生感应电动势的情况下，即使闭极侧过电压抑制电路的开关元件发生开路故障，也能够使保护用开关元件的切断动作停止。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图。

图2是用于说明实施方式1中的闭极动作的时序图。

图3是用于说明实施方式1中的开极动作的时序图。

图4是表示实施方式2所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图。

图5是表示实施方式3所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图。

具体实施方式

下面，参照图1至图5对本发明的实施方式所涉及的电磁操作机构的驱动电路的详细内容进行说明。这里，电磁操作机构的驱动电路例如对作为功率设备的真空断路器的真空阀进行开关操作，通过对配置在可动铁心的两侧的闭极和开极驱动用线圈通电来使可动铁心往复运动，对与可动铁心相连结的真空阀的开关接点进行开关操作。

实施方式1﹒

图1是表示实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图，图2是用于说明闭极动作的时序图，图3是用于说明开极动作的时序图。

首先，使用图1，对实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构、例如使真空断路器的真空阀开关的情况下的结构进行说明。电磁操作机构的驱动电路构成为包括：使真空阀的开关接点进行开关的可动铁心1；对可动铁心1进行励磁并驱动(移动)的闭极驱动用线圈2；向闭极驱动用线圈2供电的闭极用电容器4；对从闭极用电容器4到闭极驱动用线圈2的电力供给进行控制的闭极驱动用开关元件5；设置在闭极驱动用开关元件5与闭极驱动用线圈2之间的保护用开关元件即保护用继电器7；由通过电流衰减用电容器10a和电流衰减用电阻10b串联连接且并联连接有放电电阻10c而得到的闭极侧环形电路10、及与该闭极侧环形电路10串联连接的闭极侧环形电路开关元件6所构成的闭极侧过电压抑制电路；以及检测闭极侧环形电路开关元件6的电压的闭极侧电压检测电路13，闭极侧过电压抑制电路与闭极驱动用开关元件5并联连接。此外，为了防止电流的逆流，分别在闭极驱动用线圈2与保护用继电器7之间、以及保护用继电器7与闭极侧环形电路10之间设置二极管8和二极管9。

同样地，构成为包括：对可动铁心1进行励磁并驱动的开极驱动用线圈3；向开极驱动用线圈3供电的开极用电容器14；对从开极用电容器14到开极驱动用线圈3的电力供给进行控制的开极驱动用开关元件15；由通过电流衰减用电容器20a和电流衰减用电阻20b串联连接且并联连接有放电电阻20c的开极侧环形电路20、及与该开极侧环形电路20串联连接的开极侧环形电路开关元件16所构成的开极侧过电压抑制电路，开极侧过电压抑制电路与开极驱动用开关元件15并联连接。此外，为了防止电流的逆流，分别在开极驱动用线圈3与开极驱动用开关元件15之间、以及开极驱动用开关元件15与开极侧环形电路20之间设置二极管18和二极管19。

接着，对实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路的动作进行说明。

首先，关于闭极动作时的动作，参照图1所示的电磁操作机构的驱动电路及图2所示的闭极动作的时序图进行说明。闭极动作中，最开始，在时刻t1保护用继电器7闭路。接着，在时刻t2，闭极侧环形电路10的闭极侧环形电路开关元件6闭路，并且，在时刻t3对闭极驱动用线圈2进行驱动控制的闭极驱动用开关元件5闭路，由此，电流经由从闭极用电容器4到闭极驱动用线圈2、二极管8、保护用继电器7、闭极驱动用开关元件5的路径流动。通过这一系列的动作来执行闭极动作。在闭极动作完成之后，在时刻t4闭极驱动用开关元件5开路，由此，蓄积在闭极驱动用线圈2的能量通过二极管8、二极管9、电流衰减用电阻10b，能量蓄积到电流衰减用电容器10a，蓄积在闭极驱动用线圈2的能量转移到电流衰减用电容器10a之后，在时刻t5闭极侧环形电路开关元件6开路。由此，蓄积在电流衰减用电容器10a的能量通过由放电电阻10c和电流衰减用电阻10b构成的闭极侧环形电路10放电，慢慢进行衰减。在放电完成后的时刻t6使保护用继电器7开路，由此完成闭极动作。

此处，在保护用继电器7开路、闭极侧环形电路开关元件6闭路之前(时刻t2之前)，在闭极侧环形电路开关元件6发生了开路故障的情况下，在到闭极侧环形电路开关元件6闭路、闭极驱动用开关元件5闭路为止的期间(时刻t2到t3)，由闭极侧电压检测电路13检测出的电压V因闭极侧环形电路开关元件6发生开路故障而与闭极用电容器4的电压Vc变为相同，且不发生变化。然而，在闭极侧环形电路开关元件6没有发生开路故障的情况下，由于闭极侧环形电路开关元件6闭路，因此闭极侧电压检测电路13所检测到的电压V几乎变为零。即，在时刻t3的时间点，在闭极侧环形电路开关元件6发生开路故障的情况下，闭极侧电压检测电路13的电压V不变为零，而与闭极用电容器4的电压Vc变得相同。由此，由于闭极侧环形电路开关元件6在开路故障时和通常动作时检测出的电压V产生差异，因此，能够判定闭极侧环形电路开关元件6有无开路故障，从而能够在闭极驱动用开关元件5闭路之前(时刻t4之前)检测出闭极侧环形电路开关元件6的开路故障。

此外，当在闭极驱动用开关元件5闭路过程中(从时刻t3到t4的期间)，闭极驱动用开关元件5发生了短路故障时，在到闭极侧环形电路开关元件6闭路、保护用继电器7开路为止的期间(从时刻t5到t6的期间)，闭极侧电压检测电路13的电压V几乎变为零。在闭极驱动用开关元件5没有发生短路故障的情况下，闭极侧电压检测电路13的电压V成为与闭极用电容器4的电压Vc相接近的值。即，在时刻t5的时间点，在闭极驱动用开关元件5发生短路故障的情况下，闭极侧电压检测电路13的电压V几乎变为零。由此，由于闭极驱动用开关元件5在短路故障时和通常时检测出的电压V产生差异，因此，能够判定为闭极驱动用开关元件5发生了短路故障。并且，在闭极驱动用开关元件5发生了短路故障的情况下，通过将保护用继电器7设为闭路的状态，流过闭极驱动用线圈2的电流也处于零附近，即使是不具有切断闭极驱动用线圈2的驱动时电流的能力的保护用继电器7也能够进行切断。

接着，关于开极动作时的动作，参照图1所示的驱动电路及图3所示的开极动作的时序图进行说明。开极动作中，最开始，在时刻t7开极侧环形电路开关元件16闭路，并且在时刻t8对开极驱动用线圈3进行驱动控制的开极驱动用开关元件15闭路，由此，电流经由从开极用电容器14到开极驱动用线圈3、二极管18、开极驱动用开关元件15的路径流动。通过这一系列的动作来执行开极动作。在开极动作完成之后，在时刻t9开极驱动用开关元件15闭路，由此，蓄积在开极驱动用线圈3的能量通过二极管18、二极管19、电流衰减用电阻20b，能量蓄积到电流衰减用电容器20a，蓄积在开极驱动用线圈3的能量转移到电流衰减用电容器20a之后，在时刻t10开极侧环形电路开关元件16开路。由此，蓄积在电流衰减用电容器20a的能量通过由放电电阻20c和电流衰减用电阻20b构成的开极侧环形电路20进行放电，慢慢进行衰减。由此，完成闭极动作。

由此，根据实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路，通过检测闭极侧过电压抑制开路的闭极侧环形电路开关元件的电压，来判定闭极侧环形电路开关元件及闭极驱动用开关元件的开闭状态，在闭极侧环形电路开关元件发生了开路故障的情况下、或者闭极驱动用开关元件发生了短路故障的情况下，在闭极动作中将保护用继电器设为闭路的状态，并控制为不进行电流切断，由此具有能够对保护用继电器进行保护以免受大电流损害并安全地使闭极动作完成的效果。

实施方式2﹒

图4是表示实施方式2所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图。与图1所示的表示实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图的不同点在于，对保护用继电器7和二极管8的串联电路并联地设置了电阻11。关于其它结构，由于与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，参照图4所示的驱动电路，对实施方式2所涉及的电磁操作机构的驱动电路的动作进行说明。

在闭极动作开始前的情况下，经由从闭极用电容器4到闭极驱动用线圈2、电阻11、二极管9、放电电阻10c、闭极侧电压检测电路13的路径进行连接，闭极侧电压检测电路13所检测的电压由闭极驱动用线圈2、电阻11、二极管9、放电电阻10c来决定。这里，在闭极驱动用开关元件5发生了短路故障、或者闭极侧环形电路开关元件6发生了短路故障的情况下，由于闭极侧电压检测电路13所检测出的电压变为零，因此，能够判定闭极驱动用开关元件5或闭极侧环形电路开关元件6有无短路故障，能够在闭极动作开始前对保护用继电器7进行保护。此外，在闭极驱动用开关元件5发生了开路故障、或者闭极侧环形电路开关元件6发生了开路故障的情况下，在闭极动作开始前，使闭极驱动用开关元件5和闭极侧环形电路开关元件6分别闭路一定时间，由此闭极侧电压检测电路13的电压不会变为零，能够判定闭极驱动用开关元件5、或者闭极侧环形电路开关元件6有无开路故障，能够在闭极动作开始前对保护用继电器7进行保护。

由此，根据实施方式2所涉及的电磁操作机构的驱动电路，通过对保护用继电器并联地设置电阻，从而具有下述效果，即：在闭极动作开始前，通过判定闭极驱动用开关元件、或者闭极侧环形电路开关元件有无故障，能够对保护用继电器进行保护。

实施方式3﹒

图5是表示实施方式3所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图。与图1所示的表示实施方式1所涉及的电磁操作机构的驱动电路的结构的电路图的不同点在于，对开极侧环形电路开关元件16及开极驱动用开关元件15分别设置有开极侧电压检测电路23、以及开极驱动用开关元件电压检测电路24。关于其它结构，由于与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，参照图5所示的驱动电路及图3所示的开极动作的时序图，对实施方式3所涉及的电磁操作机构的驱动电路的动作进行说明。

另外，关于开极动作中的通常动作，由于在实施方式1中进行了说明，因此省略。

此处，在开极侧环形电路开关元件16闭路之前(时刻t7之前)，开极侧环形电路开关元件16发生了开路故障的情况下，在到开极侧环形电路开关元件16闭路、开极驱动用开关元件15闭路为止的期间(时刻t7到t8的期间)，由开极侧电压检测电路23检测出的电压V因开极侧环形电路开关元件16发生了开路故障而与开极用电容器14的电压Vo变得相同，且不发生变化。然而，在开极侧环形电路开关元件16没有发生开路故障的情况下，由于开极侧环形电路开关元件16闭路，因此开极侧电压检测电路23所检测到的电压V几乎变为零。即，在时刻t8的时间点，在开极侧环形电路开关元件16发生了开路故障的情况下，开极侧电压检测电路23的电压V不变为零，而与开极用电容器14的电压Vo变得相同。由此，由于开极侧环形电路开关元件16在开路故障时和通常动作时检测出的电压V产生差异，因此，能够判定开极侧环形电路开关元件16有无开路故障，从而能够在开极驱动用开关元件15闭路之前(时刻t9之前)检测出开极侧环形电路开关元件16的开路故障。

此外，当在开极侧环形电路开关元件16闭路过程中(从时刻t7到t10的期间)，开极侧环形电路开关元件16发生了短路故障时，即使开极侧环形电路开关元件16开路(时刻t10之后)，开极侧电压检测电路23的电压V也几乎变为零，因此，能够判定为开极侧环形电路开关元件16发生了短路故障。

此外，当在开极驱动用开关元件15闭路之前(时刻t8之前)，开极驱动用开关元件15发生了开路故障时，在开极驱动用开关元件15闭路过程中(从时刻t8到t9的期间)，开极驱动用开关元件电压检测电路24的电压V不会变为零，因此，能够判定为开极驱动用开关元件15发生了开路故障。

此外，当在开极驱动用开关元件15闭路过程中(时刻t8到t9的期间)，开极驱动用开关元件15发生了短路故障时，即使开极驱动用开关元件15开路(时刻t9之后)，开极驱动用开关元件电压检测电路24的电压V也几乎变为零。由此，能够判定为开极驱动用开关元件15发生了短路故障。

由此，根据实施方式3所涉及的电磁操作机构的驱动电路，通过分别对开极侧环形电路开关元件及开极驱动用开关元件设置开极侧电压检测电路和开极驱动用开关元件电压检测电路来检测电压，从而具有下述效果，即：在开极动作时，能够判定开极驱动用开关元件或开极侧环形电路开关元件的故障。此外，还有具有如下效果：即，在闭极动作时，能获得与实施方式1相同的效果。

此外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

此外，图中，相同标号表示相同或相当部分。

标号说明

1可动铁心，2闭极驱动用线圈，3开极驱动用线圈，4闭极用电容器，5闭极驱动用开关元件，6闭极侧环形电路开关元件，7保护用继电器，8、9、18、19二极管，10闭极侧环形电路，10a电流衰减用电容器，10b电流衰减用电阻，10c放电电阻，11电阻，13闭极侧电压检测电路，14开极用电容器，15开极驱动用开关元件，16开极侧环形电路开关元件，20开极侧环形电路，20a电流衰减用电容器，20b电流衰减用电阻，20c放电电阻，23开极侧电压检测电路，24开极驱动用开关元件电压检测电路。

Claims (4)

1.一种电磁操作机构的驱动电路，其特征在于，包括：

可动铁心，该可动铁心与进行开关动作的功率设备相连接；

闭极驱动用线圈及开极驱动用线圈，该闭极驱动用线圈及开极驱动用线圈对所述可动铁心进行驱动；

闭极用电容器，该闭极用电容器与所述闭极驱动用线圈相连接，并进行供电；

闭极驱动用开关元件，该闭极驱动用开关元件对从所述闭极用电容器到所述闭极驱动用线圈的电力供给进行控制；

保护用开关元件，该保护用开关元件设置在所述闭极驱动用开关元件与所述闭极驱动用线圈之间，在所述开极驱动用线圈被励磁从而在所述闭极驱动用线圈中产生感应电动势的情况下进行开路；

闭极侧过电压抑制电路，在该闭极侧过电压抑制电路中，对闭极侧环形电路串联连接闭极侧环形电路开关元件，所述闭极侧环形电路通过将第一电流衰减用电容器与第一电流衰减用电阻串联连接、并对所述第一电流衰减用电容器与所述第一电流衰减用电阻并联连接第一放电电阻而得到；以及

闭极侧电压检测电路，在该闭极侧电压检测电路中，所述闭极侧过电压抑制电路与所述闭极驱动用开关元件并联连接，并且所述闭极侧电压检测电路对所述闭极侧环形电路开关元件的电压进行检测，

根据所述闭极侧电压检测电路检测出的电压，来判定所述闭极侧环形电路开关元件及所述闭极驱动用开关元件的开关状态，并且在无法使所述闭极侧环形电路开关元件及所述闭极驱动用开关元件闭路的情况下，设为不使所述保护用开关元件开路。

2.如权利要求1所述的电磁操作机构的驱动电路，其特征在于，

将电阻与所述保护用开关元件并联连接。

3.如权利要求1或2所述的电磁操作机构的驱动电路，其特征在于，包括：

开极用电容器，该开极用电容器与所述开极驱动用线圈相连接；

开极驱动用开关元件，该开极驱动用开关元件对从所述开极用电容器到所述开极驱动用线圈的电力供给进行控制；

开极侧过电压抑制电路，在该开极侧过电压抑制电路中，对开极侧环形电路串联连接开极侧环形电路开关元件，所述开极侧环形电路通过将第二电流衰减用电容器与第二电流衰减用电阻串联连接、并对所述第二电流衰减用电容器与所述第二电流衰减用电阻并联连接第二放电电阻而得到；以及

开极侧电压检测电路，在该开极侧电压检测电路中，所述开极侧过电压抑制电路与所述开极驱动用开关元件并联连接，并且所述开极侧电压检测电路对所述开极侧环形电路开关元件的电压进行检测，

根据所述开极侧电压检测电路检测出的电压，来判定所述开极侧环形电路开关元件的开关状态。

4.如权利要求3所述的电磁操作机构的驱动电路，其特征在于，

包括对所述开极驱动用开关元件的电压进行检测的开极驱动用开关元件电压检测电路，根据所述开极驱动用开关元件电压检测电路检测出的电压，来判定所述开极驱动用开关元件的开关状态。

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