CN110379671A - 一种真空开关及相关机构、系统和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种真空开关、相关机构、系统和应用，所述真空开关的驱动机构，包括：分闸线圈、合闸线圈、中轴杆、置于分闸线圈和合闸线圈之间的涡流盘，所述涡流盘与所述中轴杆固定连接，所述中轴杆端部通过真空开关的绝缘缓冲器连接到真空开关的动触头。本发明解决了现有技术中的真空开关分闸、合闸时间长，速度慢的问题。

Description

一种真空开关及相关机构、系统和应用

技术领域

本发明涉及一种真空开关及相关机构、系统和应用。

背景技术

现有技术中的真空开关(Vacuum circuit breaker)具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及，可供工矿企业、发电厂、变电站中作为电器设备的保护和控制之用，特别适用于要求无油化、少检修及频繁操作的使用场所，断路器可配置在中置柜、双层柜、固定柜中作为控制和保护高压电气设备用。传统的真空开关一般采用弹簧操作机构，分闸、合闸时间长，预击穿时间长，电弧存在的时间长，触头表面电磨损大，甚至使触头熔焊而粘住，降低灭弧室的电寿命。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本发明实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种真空开关及相关机构、系统和应用。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种真空开关的驱动机构，包括：分闸线圈、合闸线圈、中轴杆、置于分闸线圈和合闸线圈之间的涡流盘，所述涡流盘与所述中轴杆固定连接，所述中轴杆端部通过真空开关的绝缘缓冲器连接到真空开关的动触头。

在一个实施例中，所述分闸线圈或合闸线圈在开关电源驱动下产生磁场，在分闸线圈或合闸线圈与涡流盘之间产生斥力，驱动涡流盘向远离所述分闸线圈或合闸线圈的方向运动，带动所述中轴杆上下运动。

在一个实施例中，所述分闸线圈、涡流盘和合闸线圈均为圆形，且圆心处于同一直线上。

在一个实施例中，所述涡流盘为金属磁性材料。

在一个实施例中，所述分闸线圈和合闸线圈通过支撑杆固定到真空开关基座的上基座板。

在一个实施例中，所述分闸线圈和合闸线圈分别对称设置有至少两个通孔，通过固定螺母固定于所述支撑杆。

在一个实施例中，所述合闸线圈和分闸线圈包括导线绕组和容纳导线绕组的外绝缘板。

在一个实施例中，所述外绝缘板为环氧树脂板，所述导线绕组通过环氧树脂胶浇筑固定于所述环氧树脂板。

在一个实施例中，所述合闸线圈与分闸线圈之间的间距大于所述涡流盘的行程。

在一个实施例中，所述涡流盘与所述合闸线圈或所述分闸线圈的间隙距离为0.5mm-1mm。

在一个实施例中，所述中轴杆固定有轴套，所述涡流盘穿过所述中轴杆，并通过固定螺母固定于所述中轴杆上的轴套。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种真空开关，包括上述的驱动机构。

在一个实施例中，所述的真空开关还包括：基座、真空灭弧室、保持机构、缓冲机构和开关电源；

所述真空灭弧室内设有静触头和动触头；

所述保持机构设置于所述驱动机构的下方或上方；

所述缓冲机构设置于所述驱动机构和所述保持机构的上方；

所述真空灭弧室、驱动机构、保持机构、缓冲机构和开关电源固定于所述基座。

在一个实施例中，所述保持机构包括：合闸磁体、分闸磁体和导磁吸板，所述导磁吸板与中轴杆固定连接，在中轴杆带动下与所述合闸磁体或分闸磁体吸合。

在一个实施例中，所述合闸磁体和分闸磁体包括磁轭、永磁体和不锈钢骨架，所述永磁体容纳于所述磁轭内，所述不锈钢骨架固定于所述磁轭的内表面。

在一个实施例中，所述合闸磁体和分闸磁体通过支撑杆固定于真空开关基座的上基座板。

在一个实施例中，所述缓冲机构包括：绝缘缓冲器和置于绝缘缓冲器空腔内的弹性部件，所述驱动机构的中轴杆顶部在所述绝缘缓冲器空腔内与所述弹性部件弹性接触；带动所述绝缘缓冲器上下运动。

在一个实施例中，所述绝缘缓冲器包括：绝缘子、绝缘子顶部的动触头固定件、绝缘子底部的嵌件、与嵌件固定连接的旋塞。

在一个实施例中，所述中轴杆包括杆体和杆体顶部的凸台，所述旋塞底面设置通孔，所述中轴杆的杆体穿过所述通孔，且所述中轴杆的凸台容纳于所述旋塞内。

在一个实施例中，所述开关电源包括：快速充电开关电源、分闸电容器组、合闸电容器组、二极管、分闸电力电子开关和合闸电力电子开关；

所述分、合闸电容器组和快速充电开关电源的负极连接；所述分、合闸电容器组的正极分别经二极管连接所述快速充电开关电源的正极，且所述分、合闸电容器组的正极分别连接到分、合闸电力电子开关的阳极；

所述分、合闸电力电子开关的阴极分别连接真空开关的分、合闸线圈的进线端口，所述分、合闸电容器组的负极分别连接真空开关的分、合闸线圈的出线端口；

所述快速充电开关电源的脉冲输出分别接分、合闸电力电子开关的控制极；所述快速充电开关电源接收外部驱动信号，控制分、合闸电力电子开关触发导通。

作为本发明实施例的第三个方面，涉及一种应用上述的真空开关的电气系统。

作为本发明实施例的第四个方面，涉及一种上述的真空开关在配电网络中的应用。

本发明实施例至少实现了如下技术效果：

1、本发明实施例提供的上述真空开关的驱动机构，驱动机构通过分/合闸线圈通电产生磁场，与涡流盘之间产生斥力，带动中轴杆上下运动，实现真空开关的分闸和合闸，真空开关的动、静触头分合闸动作速度快，运动惯性小、分合闸效率高，减少了分合闸时间，可以适用于快速真空开关的通断，控制精度高，预击穿时间短，电弧存在的时间短，触头表面电磨损小，延长真空开关的使用寿命。

2、本发明实施例提供的上述真空开关，通过合闸磁体和分闸磁体吸合导磁吸板，使中轴杆保持在稳定状态，保证分、合闸时机构的稳定性，使得真空开关的动、静触头接触稳定，结构简单，控制效果好；在中轴杆运动带动导磁吸板吸合到合闸磁体或分闸磁体时，将导磁吸板的快速运动产生的冲击力传到真空开关的基座，减少中轴杆的震动，进一步保证动、静触头的接触稳定性。

3、本发明实施例提供的上述真空开关，缓冲机构的绝缘缓冲器空腔内的弹性部件与中轴杆相配合，通过弹性部件的压缩和伸展，控制真空开关的动、静触头接触，在合闸时，可以减少动、静触头的弹跳时间和弹跳频率，在分闸时快速分离，防止出现电弧熔焊现象，损害真空灭弧室。

4、本发明实施例提供的上述真空开关，开关电源的电压控制精度高电压输出稳定，纹波系数小，无电压过充现象，保证真空开关驱动的稳定性，顺利实现真空开关的分、合闸操作。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的真空开关的结构示意图一。

图2为本发明实施例提供的真空开关的结构示意图二。

图3为本发明实施例提供的真空开关的驱动机构的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的真空开关的保持机构的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的真空开关的保持机构的光电开关电气原理图。

图6为本发明实施例提供的真空开关的缓冲机构的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的电气原理图。

图8为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的充电电路图。

图9为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的输出保护和能量回收电路图。

图10为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的电源控制PWM电路图。

图11为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的间歇调整电路图。

图12为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的电压涓流补充电路图。

图13为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的分/合闸电压监测电路图。

图14为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的可控硅触发电路图。

图15为本发明实施例提供的真空开关的开关电源的触发封锁电路图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明实施例提供的真空开关及相关机构、系统和应用的各种具体实施方式进行详细的说明。

本发明实施例提供了一种真空开关，参照图1、图2所示，包括：基座1、固定在基座1上部的真空灭弧室2、固定在基座1的驱动机构3、保持机构4、缓冲机构5和开关电源6。真空灭弧室2内设有静触头(图中未示出)和动触头201；保持机构4设置于驱动机构3的下方或上方；缓冲机构5设置于驱动机构3和保持机构4的上方；真空灭弧2、驱动机构3、保持机构4、缓冲机构5和开关电源6均固定于基座1。

在一个具体实施例中，所述真空开关还包括：与真空开关的动触头连接的导电夹7以及与导电夹7连接的软连接导线8，所述软连接导线8通过导电铜排9连接到电压输入端；所述真空开关还包括，连接在真空灭弧室顶部的上出线座10，在真空开关合闸时，通过上出线座10向外输出电压。所述真空开关还包括支柱绝缘子11，通过所述支柱绝缘子11将真空灭弧室2固定在基座1上。

参照图1所示，基座包括上基座板110、下基座板120、固定上基座板110、下基座板120的支撑固定架130。具体的，例如可以是，在上基座板110、下基座板120的对应位置设置有多个螺孔，所述支撑固定架130的两端设有螺纹，通过螺栓穿过上、下基座板的螺孔将上基座板110、下基座板120固定在支撑固定架。需要说明的是，基座1的支撑固定架130为绝缘材料制成，或者，支撑固定架130的外层包裹绝缘材料。

参照图1-图3所示，真空开关的驱动机构3包括：分闸线圈310、合闸线圈320、中轴杆330、置于分闸线圈310和合闸线圈320之间的涡流盘340，所述涡流盘340与所述中轴杆330固定连接，分闸线圈310、合闸线圈320的中部具有通孔，中轴杆330的杆体穿过分闸线圈310、合闸线圈320的中部的通孔。

本发明实施例提供的上述真空开关，分闸线圈310或合闸线圈320在开关电源6驱动下产生磁场，在分闸线圈310或合闸线圈320与涡流盘340之间产生斥力，驱动涡流盘340向远离所述分闸线圈320或合闸线圈310的方向运动，带动所述中轴杆330上下运动。驱动机构通过分/合闸线圈通电产生磁场，与涡流盘之间产生斥力，带动中轴杆上下运动，实现真空开关的分闸和合闸，真空开关的动、静触头分合闸动作速度快，运动惯性小、分合闸效率高，减少了分合闸时间，可以适用于快速真空开关的通断，控制精度高，预击穿时间短，电弧存在的时间短，触头表面电磨损小，延长真空开关的使用寿命。

基座1还包括支撑杆140，分闸线圈310和合闸线圈320通过支撑杆140固定到真空开关基座1的上基座板110。具体的，可以是，支撑杆140通过螺栓固定的方式固定在基座的上基座板，且支撑杆140包括上部的绝缘杆和下部的连接螺杆，上部的绝缘杆与下部的连接螺杆通过螺纹连接；分闸线圈310和合闸线圈320分别对称设置有至少两个通孔，分闸线圈310和合闸线圈320穿过支撑杆140的连接螺杆，并通过固定螺母固定于支撑杆140的连接螺杆上。

在一个具体实施例中，可以是，参照图2所示，将分闸线圈310与合闸线圈320固定到支撑杆140时，在分闸线圈310与合闸线圈320之间设置第一支撑套管350，以限定分闸线圈310与合闸线圈320之间的间距。

在一个具体实施例中，例如可以是，所述分闸线圈310、涡流盘340和合闸线圈320均为圆形，且圆心处于同一直线上。

本发明实施例中圆形涡流盘340的直径大小，可以根据真空开关的整体装置的重量进行选择，涡流盘340的直径越大，切割磁力线产生的感应电感值越小，与合闸线圈320或分闸线圈310之间的作用力越大，能量损失越小，因此涡流盘340的直径满足真空开关的开合闸要求即可，本发明实施例中不做限定。

中轴杆330的杆体上设置有螺纹，在中轴杆330上螺纹连接固定有第一轴套360，第一轴套360为“凸”字型，第一轴套360的外表面设有螺纹，涡流盘340的中部通孔穿过中轴杆330后通过至少一个第一固定螺母370固定在第一轴套360。第一轴套360与中轴杆330的接触面积大，防止分、合闸过程中对涡流盘340冲击力大，造成第一固定螺母370松动或滑丝，延长驱动机构3的使用寿命。

在一个具体实施例中，例如可以是，涡流盘340为金属磁性材料制成，例如铝材、铜材或其他金属磁性材料。

在一个实施例中，分闸线圈310和合闸线圈320包括导线绕组和容纳导线绕组的外绝缘板。具体的，可以是，外绝缘板为环氧树脂板，导线绕组通过环氧树脂胶浇筑固定于环氧树脂板。

参照图1、图2和图4所示，真空开关的保持机构4，包括：合闸磁体410、分闸磁体420和与中轴杆330固定连接的导磁吸板430，所述导磁吸板430在中轴杆330带动下与所述合闸磁体410或分闸磁体420吸合。

真空开关通过合闸磁体和分闸磁体吸合导磁吸板，使中轴杆保持在稳定状态，保证分、合闸时机构的稳定性，使得真空开关的动、静触头接触稳定，结构简单，控制效果好；在中轴杆运动带动导磁吸板吸合到合闸磁体或分闸磁体时，将导磁吸板的快速运动产生的冲击力传到真空开关的基座，减少中轴杆的震动，进一步保证动、静触头的接触稳定性。

合闸磁体410和分闸磁体420的中部均设有通孔，中轴杆330的杆体穿过合闸磁体410和分闸磁体420的中部通孔。所述合闸磁体410和分闸磁体420通过支撑杆140固定于真空开关基座1的上基座板110。合闸磁体410和分闸磁体420的固定方式，可以参照上述分闸线圈310和合闸线圈320的固定方式，本发明实施例中，不再赘述。

在一个具体实施例中，例如可以是，将合闸磁体410与分闸磁体420固定到支撑杆140时，在合闸磁体410和分闸磁体420之间设置第二支撑套管440，以限定合闸磁体410与分闸磁体420之间的间距。

在一个实施例中，在中轴杆330上螺纹连接固定有第二轴套450，导磁吸板430与中轴杆330的固定方式，可以参照涡流盘340与中轴杆330的连接方式，本发明实施例中，在此不再赘述。

本发明实施例中驱动机构3的分闸线圈310、涡流盘340和合闸线圈320可以设置在保持机构4的上方或设置在保持机构4的下方，对此，本发明实施例中不作限定。

作为本发明实施例的一个具体实施方式，参照图1或图2所示，支撑杆140由上到下依次穿过合闸磁体410、第二支撑套管440、分闸磁体420、分闸线圈310、第一支撑套管350和合闸线圈320，最后通过固定螺母将合闸磁体410、第二支撑套管440、分闸磁体420、分闸线圈310、第一支撑套管350和合闸线圈320进行紧固。

作为本发明实施例的一个具体实施方式，参照图1或图2所示，中轴杆上从上到下依次固定有至少一个预压螺母390、第二轴套450、导磁吸板430、第一轴套360、涡流盘340、至少一个第一固定螺母370和至少一个锁定螺母380。在中轴杆330上设置至少一个预压螺母390，防止在真空开关使用过程中，造成第二轴套450松动，影响对导磁吸板430的固定效果；同时，为了防止第一固定螺母370松动，影响对涡流盘340的固定效果，在所述中轴杆330固定至少一个锁定螺母380，压紧所述第一固定螺母370。

在一个实施例中，例如可以是，参照图4所示，在导磁吸板430的一侧具有向外凸出的延伸部，导磁吸板430的延伸部能够伸入相邻两支撑杆140之间，通过相邻两支撑杆140限定中轴杆330转动，防止中轴杆330转动时带动真空开关的动触头210转动，影响动触头210与静触头(图中未示出)的相对位置关系，造成合闸或分闸故障。

在一个实施例中，参照图4所示，合闸磁体410包括合闸磁轭4101、合闸永磁体4102和合闸不锈钢骨架4103；分闸磁体420包括分闸磁轭4201，分闸永磁体4202和分闸不锈钢骨架4203；合闸永磁体4102和分闸永磁体4202的数量为多个，且分别等间距环形排列于所述合闸磁轭4101和分闸磁轭4201的容纳槽内，合闸不锈钢骨架4103固定于所述合闸磁轭4101的内表面、分闸不锈钢骨架4203固定于所述分闸磁轭4201的内表面。

在一个具体实施例中，可以是，合闸永磁体4102和分闸永磁体4202的数量均为偶数，且形状为扇形，每个永磁体的扇形表面中部向内凹陷，在不锈钢骨架上设有与永磁体的扇形表面的凹陷相对应的隔档条，通过不锈钢骨架将永磁体固定在磁轭内。

本发明实施例提供的合闸磁体410和分闸磁体420的不锈钢骨架4103和不锈钢骨架4203分别通过螺栓方式固定在磁轭4101和分闸磁轭4201。

本发明实施例提供的合闸磁体410和分闸磁体420中合闸永磁体4102和分闸永磁体4202的个数可以是6块或8块，均匀布置在合闸磁轭4101和分闸磁轭4201中，实现磁场的均衡控制，在合闸或分闸时保证动触头210与静触头(图中未示出)在中心位置实现接触和连接，防止动触头210熔焊在静触头上，造成分闸故障，通过永磁体均匀布置，还可以防止永磁体磁场衰减。

本发明实施例中，导磁吸板430在中轴杆330带动下吸合到合闸磁体410或分闸磁体420时，运动速度快，对保持机构4的冲击力大，产生的震动可能会将合闸永磁体4102或分闸永磁体4202击碎。通过在合闸磁体410和分闸磁体420的表面固定不锈钢骨架4103和不锈钢骨架4203，导磁吸板430吸合到合闸磁体410或分闸磁体420时，冲击力作用于不锈钢骨架4103或不锈钢骨架4203，并通过不锈钢骨架4103或不锈钢骨架4203传导至真空开关的基座1，减少保持机构4的震动，从而防止合闸永磁体4102或分闸永磁体4202被击碎。

本发明实施例中，由于真空开关在合闸过程中，动触头210的运动速度快，在合闸时动触头210与静触头之间产生反向作用力，且保持机构4在合闸状态时的受力大于分闸状态时的受力，为了防止在合闸过程中动触头210在反向作用力下脱离静触头，以及保证合闸状态时的受力稳定，可以使导磁吸板430与合闸磁体410的吸力大于导磁吸板430与分闸磁体420的吸力，即合闸磁体410的磁通量大于分闸磁体420的磁通量。

在一个具体实施例中，可以是，参照图1或图2所示，真空开关的保持机构4还包括光电开关460、与光电开关460信号连接的信号转换模块470。具体的，可以是，在合闸磁体410和分闸磁体420上各设置一个光电开关460，在合闸磁体410和分闸磁体420的磁轭的侧面分别设置有固定光电开关460的螺纹孔，光电开关460固定于所述磁轭的侧面。本发明实施例中，信号转换模块470，用于将光电开关460接收的光电信号转换为与外部控制模块相适应的电平信号。

参照图5所示，本发明实施例提供的设置于分、合闸磁体的光电开关460为NPN型光电传感器。当光电传感器不接收光时，输出为高电平，继电器不动作，光耦正常导通；当光电传感器接收光时，输出为低电平，继电器动作吸合，光耦不导通。上述光电开关也可以是PNP型光电传感器，在实现对分、合闸位置检测时，PNP型光电传感器与NPN型光电传感器可分别设置成高低电平转换输出方式，且位置检测实现原理相类似，在此，不再赘述。

参照图1、图2和图6所示，真空开关的缓冲机构5，包括：绝缘缓冲器510、置于绝缘缓冲器510空腔内的弹性部件520，所述中轴杆330顶部在所述绝缘缓冲器510空腔内与所述弹性部件520弹性接触；其中，绝缘缓冲器510包括：绝缘子5101、绝缘子5101顶部的动触头固定件5102、绝缘子5101底部的嵌件5103和旋塞5104，嵌件5103的中空结构的外壁设置有外螺纹，旋塞5104的内壁设置有内螺纹，嵌件5103与旋塞5104螺纹连接。中轴杆330的杆体穿过旋塞5104底面的通孔，且中轴杆330的凸台容纳于所述旋塞5104内，中轴杆330运动时带动绝缘缓冲器510上下运动。

真空开关的缓冲机构的缓冲缓冲器空腔内的弹性部件与中轴杆相配合，通过弹性部件的压缩和伸展，控制真空开关的动、静触头接触，在合闸时，可以减少动、静触头的弹跳时间和弹跳频率，在分闸时快速分离，防止出现电弧熔焊现象，损害真空灭弧室。

在一个具体实施例中，绝缘缓冲器510空腔内的弹性部件520可以是螺旋弹簧或者多个叠放的碟形弹簧，中轴杆330的端部向上凸起成活塞杆，螺旋弹簧或者多个叠放的碟形弹簧环绕于所述活塞杆。

在一个具体实施例中，可以是，所述绝缘子5101与所述动触头固定件5102和所述嵌件5103一体成型。进一步的，该动触头固定件5102可以是钢制螺杆。

在一个实施例中，本发明实施例提供的真空灭弧室内的动触头210使用弹性金属材料制作，例如记忆合金，弹性金属材料本身具有的柔韧性可以在动触头210快速与静触头接触时起到缓冲作用，延长真空开关的使用寿命。

本发明实施例提供的真空开关，当执行合闸操作时，合闸线圈在开关电源驱动下产生磁场，涡流盘切割磁力线，合闸线圈与涡流盘产生的磁场方向相反，在合闸线圈与涡流盘之间产生斥力，驱动涡流盘向远离合闸线圈的方向运动，带动所述中轴杆向上运动；

导磁吸板在中轴杆的带动下，克服分闸磁体的吸力和缓冲机构的重力向上运动，吸合到合闸磁体；

缓冲机构在中轴杆的带动下向上运动，带动绝缘缓冲器上方的动触头向上运动，与真空灭弧室内的静触头相接触，并使绝缘缓冲器内的弹性部件受力压缩。

现有技术中，真空灭弧室内的动触头和静触头相接触时，由于动触头的动作速度快，产生的反向作用力很大，在两个相反方向的力的作用下，动触头和静触头在合闸过程中可能会发生弹跳，使真空灭弧室内的绝缘受损。本发明实施例中，当涡流盘与合闸线圈之间的斥力大于保持机构的分闸磁体对导磁吸板的吸力时，中轴杆在向上运动，使绝缘缓冲器内的弹性部件受力压缩，动触头的运动行程小于中轴杆的运动行程，缓冲中轴杆快速运动时造成的对动触头的冲击，提高动、静触头的连接安全性；处于压缩状态的弹性部件的弹力，可以抵消真空灭弧室内的动触头和静触头在合闸过程中的反向作用力，防止动触头脱离静触头，减少动触头和静触头在合闸过程中发生弹跳的时间和弹跳频率。

本发明实施例提供的真空开关，当执行分闸操作时，分闸线圈在开关电源驱动下产生磁场，涡流盘切割磁力线，分闸线圈与涡流盘产生的磁场方向相反，在分闸线圈与涡流盘之间产生斥力，驱动涡流盘向远离分闸线圈的方向运动，带动所述中轴杆向下运动；

导磁吸板在中轴杆的带动下，克服合闸磁体的吸力向下运动，吸合到分闸磁体；

缓冲机构在中轴杆的带动下向下运动，带动绝缘缓冲器上方的动触头向下运动，与真空灭弧室内的静触头断开，并使绝缘缓冲器内的弹性部件恢复原状。

现有技术中，真空灭弧室内的动触头和静触头断开时，由于采用的操作机构为弹簧操作机构，动触头的动作速度快，分闸的反弹力大，容易产生重燃，使真空开关的分断困难。本发明实施例中，采用涡流驱动方式，当涡流盘与分闸线圈之间的斥力大于保持机构的合闸磁体对导磁吸板的吸力时，中轴杆向下运动，使绝缘缓冲器内的弹性部件受力恢复原状，同时带动绝缘缓冲器向下运动，使动触头与静触头断开。驱动过程中，分闸线圈与涡流盘之间的作用力大，动作速度快，动触头与静触头的断开速度快，弹性部件的弹性压力释放，缓冲机构的行程小于中轴杆的运动行程，也可缓冲中轴杆快速运动对动触头的冲击，提高分闸安全性，防止在真空灭弧室内发生熔焊现象，损坏真空灭弧室。

本发明实施例提供的真空开关，为了防止涡流盘运动使与分闸线圈或合闸线圈发生碰撞，损坏合闸线圈与分闸线圈，可以设置合闸线圈与分闸线圈之间的间距小于合闸磁体与分闸磁体之间的间距。并且，合闸磁体与分闸磁体之间的间距等于导磁吸板的行程，而合闸线圈与分闸线圈之间的间距大于所述涡流盘的行程，当驱动涡流盘带动中轴杆和导磁吸板运动时，导磁吸板撞击保持机构的合闸磁体或分闸磁体，而不会发生涡流盘直接与分闸线圈或合闸线圈发生碰撞。

在一个具体实施例中，真空开关在合闸状态或分闸状态时，涡流盘与合闸线圈或所述分闸线圈的间隙距离为0.5mm-1mm。由于涡流盘与分闸线圈或合闸线圈之间的间隙越小，涡流盘产生的感应电感越小，转换效率越高，与分闸线圈或合闸线圈之间的作用力越大；但是为了防止机械磨损造成涡流盘直接撞击线圈，发明人经过多次试验得出，在合闸状态时，涡流盘与分闸线圈的间隙距离设置为0.5mm-1mm，在分闸状态时，涡流盘与合闸线圈的间隙距离设置为0.5mm-1mm。

参照图2所示，本发明实施例中，真空开关的开关电源6，包括：快速充电开关电源610、分闸电容器组620、合闸电容器组630、二极管640、分闸电力电子开关650和合闸电力电子开关660；

所述分闸电容器组620、合闸电容器组630和快速充电开关电源610的负极连接；所述分闸电容器组620、合闸电容器组630的正极分别经二极管640连接所述快速充电开关电源610的正极，且所述分闸电容器组620、合闸电容器组630的正极分别连接到分闸电力电子开关650、合闸电力电子开关660的阳极；

所述分闸电力电子开关650、合闸电力电子开关660的阴极分别连接真空开关的分闸线圈310、合闸线圈320的进线端口，所述分闸电容器组620、合闸电容器组630的负极分别连接真空开关的分闸线圈310、合闸线圈320的出线端口；

所述快速充电开关电源610的脉冲输出分别接分闸电力电子开关650、合闸电力电子开关660的控制极；所述快速充电开关电源610接收外部驱动信号，控制分闸电力电子开关650、合闸电力电子开关660触发导通，向分闸线圈310、合闸线圈320通电。

在一个实施例中，参照图7所示，所述快速充电开关电源610包括：EMC整流滤波电路6101、与所述EMC整流滤波电路6101分别连接的电源控制PWM电路6102和逆变升压整流电路6103、所述逆变升压整流电路6103经并联连接的输出保护电路6104和能量回收电路6105连接到分流电路6106，所述分流电路6106分别连接所述分闸储能电路6107和合闸储能电路6108。

在一个实施例中，参照图7所示，所述快速充电开关电源610还包括：与电源控制PWM电路6102连接的电压涓流补充电路6109、与所述电压涓流补充电路6109分别连接的分闸监测电路6110和合闸监测电路6111，所述分闸监测电路6110连接所述分闸储能电路6107、所述合闸监测电路6111连接所述合闸储能电路6108。

在一个实施例中，参照图7所示，所述快速充电开关电源610，还包括：与电源控制PWM电路6102连接的间歇调整电路6112和可控硅控制电路6113，间歇调整电路6112与可控硅控制电路6113之间连接触发封锁电路6114，可控硅控制电路6113分别连接分闸储能电路6107和合闸储能电路6108。

在一个实施例中，所述分闸电容器组620，和/或，所述合闸电容器组630包括至少一个储能型电容器。

在一个实施例中，所述分闸电力电子开关650和合闸电力电子开关660为晶闸管。在分闸电容器组620或合闸电容器组630放电时，分闸电力电子开关650或合闸电力电子开关660自动关断；

在一个实施例中，所述快速充电开关电源601对所述分闸电容器组620、合闸电容器组630的充电时间小于0.5S。

在一个实施例中，所述分闸电容器组620的容量大于所述合闸电容器组630的容量。

本发明实施例提供的开关电源，电压控制精度高电压输出稳定，纹波系数小，无电压过充现象。保证真空开关驱动的稳定性，以顺利实现真空开关的分、合闸操作。

作为本发明实施例的一个具体实施方式，参照图8所示，本发明实施例提供一种开关电源的实际充电电路：充电电路的EMC整流滤波电路包括：电阻、电容组成的RC电路，电流源S和电位器U，以及并联连接的电位器，继电器触点，经扼流圈连接到4个二极管组成的整流电路输出到PWM电路。充电电路的逆变升压整流电路，一个桥臂由开关管Q1、Q2组成,另一个桥臂由电容C1、C2组成(C1＝C2)，电容采用金属薄膜电容，容值较小，有效防止偏磁现象发生。高频变压器初级一端接在C1、C2的中点,另一端接在Q1、Q2的公共连接端,Q1、Q2中点的电压等于整流后直流电压的一半，开关管Q1、Q2交替导通就在变压器的次级形成幅值为Vi/2的交流方波电压。当开关管Q1开通，开关管Q2关断时，此时变压器T1两端所加的电压为母线电压Vi的一半，同时能量由原边向变压器副边传递；当开关管Q1关断，开关管Q2关断时，此时变压器副边两个绕组由于整流二极管同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态，此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递，副边两个二极管完成换流。

本发明实施例中开关电源的供电电源采用的是定频定宽控制PWM模式，控制反馈通过电压采样回路进行闭环，闭环过程中参与涓流设计并闭锁。

参照图9至图14所示，本发明实施例中，图9所示的输出保护电路和能量回收电路，分别连接到分、合闸储能电路；图10所示的电源控制PWM电路连接到充电电路的开关管Q1和Q2，图11和图12所示的间歇调整电路与电压涓流补充电路与门并联于图10所示的电源控制PWM的输出端，用来同时控制电源PWM的输出；图13所示的分/合闸电压监测电路直接连接在分/合闸储能电路，用于监测电压，发送高低电平信号至外部控制模块；图14所示的可控硅触发电路分别连接于分、合电力电子开关。

参照图15所示，本发明实施例提供的触发封锁电路，可以实现放电自动关断：以分合闸动作的信号为边沿触发，通过控制电路芯片输出一个时间可调整的矩形脉冲(脉宽大于等于10ms)，控制板内部的比较闭锁电路进行电源闭锁，关断输出。具体的，例如可以是，所述控制电路芯片包括定时器SA555和多谐振荡器CD14538。

参照图2所示，快速充电开关电源610和信号转换模块470连接到真空开关外部的控制模块，控制模块根据接收的信号转换模块470的电平信号，判断真空开关处于分闸或合闸位置，向快速充电开关电源发送合闸或分闸信号，完成真空开关的分闸或合闸。

参照图2所示，在真空灭弧室2上还设置有洛克线圈(Rogowski Coil)12，洛克线圈12连接到所述控制模块，用于测量真空开关的电流并输出到所述控制模块。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种应用上述真空开关的电气系统和上述真空开关在配电网络中的应用，由于真空开关的电气系统和真空开关在配电网络中的应用所解决问题的原理与前述真空开关相似，因此该真空开关的电气系统和真空开关在配电网络中的应用的实施可以参见前述真空开关的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供一种应用上述的真空开关的电气系统。

本发明实施例提供一种上述真空开关在配电网络中的应用。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (22)

1.一种真空开关的驱动机构，其特征在于，包括：分闸线圈、合闸线圈、中轴杆、置于分闸线圈和合闸线圈之间的涡流盘，所述涡流盘与所述中轴杆固定连接，所述中轴杆端部通过真空开关的绝缘缓冲器连接到真空开关的动触头。

2.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述分闸线圈或合闸线圈在开关电源驱动下产生磁场，在分闸线圈或合闸线圈与涡流盘之间产生斥力，驱动涡流盘向远离所述分闸线圈或合闸线圈的方向运动，带动所述中轴杆上下运动。

3.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述分闸线圈、涡流盘和合闸线圈均为圆形，且圆心处于同一直线上。

4.根据权利要求3所述的驱动机构，其特征在于，所述涡流盘为金属磁性材料。

5.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述分闸线圈和合闸线圈通过支撑杆固定到真空开关基座的上基座板。

6.根据权利要求5所述的驱动机构，其特征在于，所述分闸线圈和合闸线圈分别对称设置有至少两个通孔，通过固定螺母固定于所述支撑杆。

7.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述合闸线圈和分闸线圈包括导线绕组和容纳导线绕组的外绝缘板。

8.根据权利要求7所述的驱动机构，其特征在于，所述外绝缘板为环氧树脂板，所述导线绕组通过环氧树脂胶浇筑固定于所述环氧树脂板。

9.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述合闸线圈与分闸线圈之间的间距大于所述涡流盘的行程。

10.根据权利要求9所述的驱动机构，其特征在于，所述涡流盘与所述合闸线圈或所述分闸线圈的间隙距离为0.5mm-1mm。

11.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述中轴杆固定有轴套，所述涡流盘穿过所述中轴杆，并通过固定螺母固定于所述中轴杆上的轴套。

12.一种真空开关，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的驱动机构。

13.根据权利要求12所述的真空开关，其特征在于，还包括：基座、真空灭弧室、保持机构、缓冲机构和开关电源；

所述真空灭弧室内设有静触头和动触头；

所述保持机构设置于所述驱动机构的下方或上方；

所述缓冲机构设置于所述驱动机构和所述保持机构的上方；

所述真空灭弧室、驱动机构、保持机构、缓冲机构和开关电源固定于所述基座。

14.根据权利要求13所述的真空开关，其特征在于，所述保持机构包括：合闸磁体、分闸磁体和导磁吸板，所述导磁吸板与中轴杆固定连接，在中轴杆带动下与所述合闸磁体或分闸磁体吸合。

15.根据权利要求14所述的真空开关，其特征在于，所述合闸磁体和分闸磁体包括磁轭、永磁体和不锈钢骨架，所述永磁体容纳于所述磁轭内，所述不锈钢骨架固定于所述磁轭的内表面。

16.根据权利要求14所述的真空开关，其特征在于，所述合闸磁体和分闸磁体通过支撑杆固定于真空开关基座的上基座板。

17.根据权利要求13所述的真空开关，其特征在于，所述缓冲机构包括：绝缘缓冲器和置于绝缘缓冲器空腔内的弹性部件，所述驱动机构的中轴杆顶部在所述绝缘缓冲器空腔内与所述弹性部件弹性接触；带动所述绝缘缓冲器上下运动。

18.根据权利要求17所述的真空开关，其特征在于，所述绝缘缓冲器包括：绝缘子、绝缘子顶部的动触头固定件、绝缘子底部的嵌件、与嵌件固定连接的旋塞。

19.根据权利要求18所述的真空开关，其特征在于，所述中轴杆包括杆体和杆体顶部的凸台，所述旋塞底面设置通孔，所述中轴杆的杆体穿过所述通孔，且所述中轴杆的凸台容纳于所述旋塞内。

20.根据权利要求13所述的真空开关，其特征在于，所述开关电源包括：快速充电开关电源、分闸电容器组、合闸电容器组、二极管、分闸电力电子开关和合闸电力电子开关；

所述分、合闸电容器组和快速充电开关电源的负极连接；所述分、合闸电容器组的正极分别经二极管连接所述快速充电开关电源的正极，且所述分、合闸电容器组的正极分别连接到分、合闸电力电子开关的阳极；

所述分、合闸电力电子开关的阴极分别连接真空开关的分、合闸线圈的进线端口，所述分、合闸电容器组的负极分别连接真空开关的分、合闸线圈的出线端口；

所述快速充电开关电源的脉冲输出分别接分、合闸电力电子开关的控制极；所述快速充电开关电源接收外部驱动信号，控制分、合闸电力电子开关触发导通。

21.一种应用权利要求12-20任一项所述的真空开关的电气系统。

22.一种权利要求12-20任一项所述的真空开关在配电网络中的应用。