CN111430178A - 一种单线圈永磁操动机构的控制电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单线圈永磁操动机构的控制电路和方法，控制电路包括储能电容C、可控电力电子器件、续流二极管D和开关联动机构；所述储能电容C与可控电力电子器件串联后，并联于所述续流二极管D的两端，所述开关联动机构一端连接于所述续流二极管D的两端，其另一端连接于所述单线圈永磁操动机构中电磁线圈的两端，通过改变所述开关联动机构的开闭状态控制所述电磁线圈的放电电流方向。本发明提供的技术方案将开关联动机构和单线圈永磁操动机构结合，实现开关联动机构和单线圈永磁操动机构的联动，通过开关联动机构改变电磁线圈的电流方向，采用的电力电子器件较少，极大地简化了控制电路的拓扑结构，降低了成本，缩小了体积，且提高了单线圈永磁操动机构的控制可靠性。

Description

一种单线圈永磁操动机构的控制电路和方法
技术领域
本发明涉及单线圈永磁操动机构的分合闸，具体涉及一种单线圈永磁操动机构的控制电路和方法。
背景技术
随着电力法的贯彻实施，更要求供电部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。对于中压电力系统的保护核心--真空断路器而言，除真空灭弧室开断的高可靠性外，更需要操作机构的高可靠性。而现在普遍使用的弹簧机构，由于零件较多，在实际应用中，每合分一千次或是运行较短时间就得检修，很难达到免维护，且有70.3％的故障来自它，大大的影响了供电可靠性。这就有必要发展新的操作机构，永磁机构就应运而生了。永磁机构的性能与真空断路器很好配合，而且其零部件少、结构简单、可靠性高、寿命长(机械寿命长达10万次)、免维护、可用电子软件控制，因而其前景非常广阔。永磁机构按照终端位置保持方式的不同，可分为单稳态永磁机构和双稳态永磁机构；按线圈的使用数目的不同，分为双线圈永磁机构和单线圈永磁机构。
单线圈永磁操动机构通过改变内部电磁线圈放电电流方向，进而改变线圈磁场方向，与永磁体磁场配合，进而改变动铁芯的受力方向，通过机械连杆带动真空灭弧室完成分/合闸操作。现有技术中一般通过采用H桥电路或两套储能及放电控制回路实现线圈电流反向，进而实现单线圈永磁操动机构的分/合闸操作。采用H桥电路的单线圈永磁机构驱动电路由电容充电电路以及基于H桥的永磁机构线圈励磁电路构成；两套储能及放电控制回路一般包含两套储能电容、两套晶闸管(或IGBT)等。上述两种实现单线圈永磁操动机构分/合闸操作的方式采用了较多的电力电子器件，电路复杂，成本高，体积大，控制可靠性低。
发明内容
为了克服上述现有技术中电路复杂、成本高、体积大和控制可靠性低的不足，本发明提供一种单线圈永磁操动机构的控制电路和方法，电路包括储能电容C、可控电力电子器件、续流二极管D和开关联动机构；所述储能电容C与可控电力电子器件串联后，并联于所述续流二极管D的两端，所述开关联动机构一端连接于所述续流二极管D的两端，其另一端连接于所述单线圈永磁操动机构中电磁线圈的两端；通过改变所述开关联动机构的开闭状态控制所述电磁线圈的放电电流方向，采用的电力电子器件较少，电路结构简单，成本低，体积小，且控制可靠性高。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种单线圈永磁操动机构的控制电路，包括储能电容C、可控电力电子器件、续流二极管D和开关联动机构；
所述储能电容C与可控电力电子器件串联后，并联于所述续流二极管D的两端，所述开关联动机构一端连接于所述续流二极管D的两端，其另一端连接于所述单线圈永磁操动机构中电磁线圈的两端；
通过改变所述开关联动机构的开闭状态控制所述电磁线圈的放电电流方向。
开关联动机构包括两个微动开关，且每个微动开关采用四触点的微动开关。
第一微动开关的第一触点1-1与第一微动开关的第三触点1-3连接，并与所述续流二极管D的阴极连接；
第二微动开关的第一触点2-1与第二微动开关的第三触点2-3连接，并与所述续流二极管D的阳极连接；
第一微动开关的第二触点1-2与第二微动开关的第四触点2-4连接，并与所述电磁线圈的一端连接；
第一微动开关的第四触点1-4与第二微动开关的第二触点2-2连接，并与所述电磁线圈的另一端连接。
所述第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4为常闭触点；
所述第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均为常开触点。
所述可控电力电子器件采用晶闸管或IGBT。
所述储能电容C的正极连接晶闸管的阳极，其阴极连接续流二极管D的阳极，所述晶闸管的阴极连接续流二极管D的阴极。
所述储能电容C的正极连接IGBT的集电极，其阴极连接续流二极管D的阳极，所述IGBT的发射极连接续流二极管D的阴极。
另一方面，本发明还提供一种单线圈永磁操动机构的控制方法，包括：
当单线圈永磁操动机构处于合闸状态时，开关联动机构的常闭触点闭合，常开触点断开，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到分闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向下磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的分闸操作；
当单线圈永磁操动机构处于分闸状态时，开关联动机构的常闭触点断开，常开触点闭合，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到合闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向上磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的合闸操作。
当单线圈永磁操动机构处于合闸状态时，开关联动机构的常闭触点闭合，常开触点断开，包括：
第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4均闭合，且第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均断开。
当单线圈永磁操动机构处于分闸状态时，开关联动机构的常闭触点断开，常开触点均闭合，包括：
第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4均断开，且第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均闭合。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的单线圈永磁操动机构的控制电路包括储能电容C、可控电力电子器件、续流二极管D和开关联动机构；所述储能电容C与可控电力电子器件串联后，并联于所述续流二极管D的两端，所述开关联动机构一端连接于所述续流二极管D的两端，其另一端连接于所述单线圈永磁操动机构中电磁线圈的两端；通过改变所述开关联动机构的开闭状态控制所述电磁线圈的放电电流方向，采用的电力电子器件较少，电路结构简单，成本低，体积小，且控制可靠性高；
本发明提供的技术方案将开关联动机构和单线圈永磁操动机构结合，实现开关联动机构和单线圈永磁操动机构的联动，通过开关联动机构改变电磁线圈的电流方向，极大地简化了控制电路的拓扑结构。
附图说明
图1是本发明实施例中单线圈永磁操动机构结构图；
图2是本发明实施例中单线圈永磁操动机构的控制电路结构图；
图3是本发明实施例中单线圈永磁操动机构由合闸到分闸对应的储能电容放电回路示意图；
图4是本发明实施例中单线圈永磁操动机构由分闸到合闸对应的储能电容放电回路示意图；
图中，1、开关联动机构，2、电磁线圈，3、永磁铁，4、动铁芯，5、合闸弹簧，6、气隙，7、磁轭，8、联动压板，9、外壳，10-真空灭弧室，11-微动开关的驱动杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明实施例1提供了一种单线圈永磁操动机构的控制电路，单线圈永磁操动机构如图1所示，单线圈永磁操动机构包括电磁线圈2、永磁铁3、动铁芯4、合闸弹簧5、气隙6、磁轭7、联动压板8和外壳9，单线圈永磁操动机构和真空灭弧室10共同构成了断路器。本发明实施例提供的控制电路如图2所示，其包括储能电容C、可控电力电子器件、续流二极管D和开关联动机构1；
储能电容C与可控电力电子器件串联后，并联于续流二极管D的两端，开关联动机构1一端连接于续流二极管D的两端，其另一端连接于单线圈永磁操动机构中电磁线圈的两端，通过改变所述开关联动机构的开闭状态控制所述电磁线圈的放电电流方向。
开关联动机构1包括两个微动开关，将两个微动开关命名为第一微动开关和第二微动开关，第一微动开关和第二微动开关均采用四触点的微动开关。其中，第一微动开关的四个触点分别为：第一触点1-1、第二触点1-2、第三触点1-3和第四触点1-4；第二微动开关的四个触点分别为：第一触点2-1、第二触点2-2、第三触点2-3和第四触点2-4。
第一微动开关和第二微动开关还包括驱动杆11，驱动杆11与联动压板8配合动作，其用法类似于行程开关。
第一微动开关的第一触点1-1与第一微动开关的第三触点1-3连接，并与所述续流二极管D的阴极连接；所述第二微动开关的第一触点2-1与第二微动开关的第三触点2-3连接，并与所述续流二极管D的阳极连接；
第一微动开关的第二触点1-2与第二微动开关的第四触点2-4连接，并与所述电磁线圈的一端连接；所述第一微动开关的第四触点1-4与第二微动开关的第二触点2-2连接，并与所述电磁线圈的另一端连接。
第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4为常闭触点；
第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均为常开触点。
可控电力电子器件采用晶闸管或IGBT。
如图2所示，本发明实施例1采用晶闸管，储能电容C的正极连接晶闸管的阳极，其阴极连接续流二极管D的阳极，晶闸管的阴极连接续流二极管D的阴极。
储能电容C的正极连接IGBT的集电极，其阴极连接续流二极管D的阳极，IGBT的发射极连接续流二极管D的阴极。
实施例2
本发明实施例2提供一种单线圈永磁操动机构的控制方法，包括：
当单线圈永磁操动机构处于合闸状态时，开关联动机构的常闭触点闭合，常开触点断开，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到分闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向下磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的分闸操作；
当单线圈永磁操动机构处于分闸状态时，开关联动机构的常闭触点断开，常开触点均闭合，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到合闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向上磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的合闸操作。
当单线圈永磁操动机构处于合闸状态时，具体为第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4均闭合，第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均断开，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到分闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向下磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的分闸操作，如图3所示；
当单线圈永磁操动机构处于分闸状态时，具体为第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4均断开，第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均闭合，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到合闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向上磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的合闸操作，如图4所示。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，包括储能电容C、可控电力电子器件、续流二极管D和开关联动机构；
所述储能电容C与可控电力电子器件串联后，并联于所述续流二极管D的两端，所述开关联动机构一端连接于所述续流二极管D的两端，其另一端连接于所述单线圈永磁操动机构中电磁线圈的两端；
通过改变所述开关联动机构的开闭状态控制所述电磁线圈的放电电流方向。
2.根据权利要求1所述的单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，所述开关联动机构包括两个微动开关，且每个微动开关采用四触点的微动开关。
3.根据权利要求2所述的单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，
第一微动开关的第一触点1-1与第一微动开关的第三触点1-3连接，并与所述续流二极管D的阴极连接；
第二微动开关的第一触点2-1与第二微动开关的第三触点2-3连接，并与所述续流二极管D的阳极连接；
第一微动开关的第二触点1-2与第二微动开关的第四触点2-4连接，并与所述电磁线圈的一端连接；
第一微动开关的第四触点1-4与第二微动开关的第二触点2-2连接，并与所述电磁线圈的另一端连接。
4.根据权利要求3所述的单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，所述第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4为常闭触点；
所述第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均为常开触点。
5.根据权利要求1所述的单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，所述可控电力电子器件采用晶闸管或IGBT。
6.根据权利要求5所述的单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，所述储能电容C的正极连接晶闸管的阳极，其阴极连接续流二极管D的阳极，所述晶闸管的阴极连接续流二极管D的阴极。
7.根据权利要求5所述的单线圈永磁操动机构的控制电路，其特征在于，所述储能电容C的正极连接IGBT的集电极，其阴极连接续流二极管D的阳极，所述IGBT的发射极连接续流二极管D的阴极。
8.一种单线圈永磁操动机构的控制方法，其特征在于，包括：
当单线圈永磁操动机构处于合闸状态时，开关联动机构的常闭触点闭合，常开触点断开，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到分闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向下磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的分闸操作；
当单线圈永磁操动机构处于分闸状态时，开关联动机构的常闭触点断开，常开触点均闭合，储能电容C、可控电力电子器件和续流二极管D通过闭合的触点与电磁线圈连接，储能电容C处于预充电状态，当单线圈永磁操动机构接到合闸指令时，触发可控电力电子器件使其导通，储能电容C对电磁线圈放电，电磁线圈产生向上磁场，单线圈永磁机构中的动铁芯在磁场作用下实现单线圈永磁操动机构的合闸操作。
9.根据权利要求8所述的单线圈永磁操动机构的控制方法，其特征在于，所述当单线圈永磁操动机构处于合闸状态时，开关联动机构的常闭触点闭合，常开触点断开，包括：
第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4均闭合，且第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均断开。
10.根据权利要求8所述的单线圈永磁操动机构的控制方法，其特征在于，所述当单线圈永磁操动机构处于分闸状态时，开关联动机构的常闭触点断开，常开触点均闭合，包括：
第一微动开关的第三触点1-3、第一微动开关的第四触点1-4、第二微动开关的第三触点2-3和第二微动开关的第四触点2-4均断开，且第一微动开关的第一触点1-1、第一微动开关的第二触点1-2、第二微动开关的第一触点2-1和第二微动开关的第二触点2-2均闭合。
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