CN112185756A - 一种断路器及其弹簧操动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于断路器技术领域，具体涉及一种断路器及其弹簧操动机构。该弹簧操动机构包括储能簧和储能电机，还包括储能模块、供电模块和第一行程开关；储能模块和储能电机均与供电模块并联；供电模块正极和储能模块负极之间连接有一条串设有第一开关的转移支路；而且还设置有第二开关和第三开关；第一行程开关用于检测储能簧是否运动至设定的需大功率输出的运动状态。本发明通过储能模块、第一行程开关，并配合第一开关、第二开关、第三开关实现了储能簧储能前期供电模块为储能模块和储能电机供电，后期供电模块和储能模块为储能电机供电，避免了使用大功率的供电模块造成的储能簧储能前期大有大量能量浪费的现象出现，同时节约了成本。

Description

一种断路器及其弹簧操动机构
技术领域
本发明属于断路器技术领域，具体涉及一种断路器及其弹簧操动机构。
背景技术
随着国家电力需求的快速增长，高压开关设备的需求也越来越大，其中，配弹簧操动机构的断路器以其结构简单、机械动作可靠等特点得到广泛应用。
目前，市场上的断路器储能簧在其储能过程中，需要的能量越来越大，尤其是峰值储能阶段，供电控制模块需要输出的功率格外大。为了保证储能簧能够完成储能，需要按照断路器的储能簧所需的峰值功率选择供电控制模块。但是，储能簧前期储能时间所需要的力较小，供电控制模块无需输出较大功率即可完成储能，此时若仍使用较大输出功率的供电控制模块，势必造成储能前期的能量浪费，且成本较高。
发明内容
本发明提供了一种断路器及其弹簧操动机构，用以解决现有技术中的弹簧操动机构选用峰值功率的供电控制模块导致储能簧在储能前期有大量能量浪费的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案包括：
本发明提供了一种弹簧操动机构，包括储能簧和用于压缩所述储能簧的储能电机，还包括储能模块、供电模块和第一行程开关；
储能模块和储能电机均与供电模块并联，且储能模块为电容；
供电模块正极和储能模块负极之间连接有一条转移支路，转移支路上串设有第一开关；
转移支路与储能模块正极的连接点和储能模块正极与储能电机正极的并接点之间的连接线路上串设有第二开关，转移支路与储能模块负极的连接点和储能模块负极与储能电机负极的并接点之间的连接线路上串设有第三开关；
所述第一行程开关用于检测储能簧是否运动至设定的需大功率输出的运动状态：在没有运动至设定的需大功率输出的运动状态时，使第一开关断开、第二开关闭合、第三开关闭合；运动至设定的需大功率输出的运动状态时，使第一开关闭合、第二开关断开、第三开关断开。
上述技术方案的有益效果为：本发明的弹簧操动机构，在储能簧未运动至设定的需大功率输出的运动状态时，使第一开关断开、第二开关闭合、第三开关闭合，实现供电模块分别为储能模块和储能电机供电，从而利用储能模块吸收多余的能量；在储能簧运动至设定的需大功率输出的运动状态时，触发第一行程开关动作，使第一开关闭合、第二开关断开、第三开关断开，实现供电模块和储能模块均为储能电机供电，同时释放能量，供储能电机完成储能操作，从而使得供电模块无需输出大功率即可完成储能操作，避免了使用大功率的供电模块造成的储能簧储能前期大有大量能量浪费的现象出现，同时节约了成本。
进一步的，所述第一开关、第二开关、第三开关均一个继电器的触点开关，且第一行程开关的触点开关串设在所述继电器线圈的供电回路中。
进一步的，为了在储能完成时电机、储能模块和储能电机均停止工作，所述弹簧操动机构还包括第二行程开关，所述第二行程开关用于检测储能簧是否完成储能，以在确定完成储能时，使供电模块不为储能模块和储能电机供电且储能模块不为储能电机供电。
进一步的，所述第二行程开关包括两个触点开关，所述第二行程开关的两个触点开关分别串设在储能模块负极与储能电机负极的并接点和储能模块负极之间的连接线路上、转移支路与储能模块正极的连接点和储能电机正极之间的连接线路上。
进一步的，还包括第四开关和第五开关，第四开关和第五开关并联后串设在转移支路与储能模块正极的连接点和储能电机正极之间的连接线路上，且第四开关和第五开关均为所述继电器的触点开关。
进一步的，为了简单方便实现不同时间段的储能模块的工作状态的改变，所述继电器为双稳态继电器，所述双稳态继电器包括两个线圈，分别为第一线圈和第二线圈，第一线圈为所述第一行程开关的触点开关所在回路中的继电器线圈；第二行程开关的其中一个触点开关串设在所述第二线圈的供电回路中。
本发明还提供了一种断路器，包括断路器本体和弹簧操动机构，所述弹簧操动机构为上述介绍的弹簧操动机构。
附图说明
图1是本发明的电动机构未储能状态的结构示意图；
图2-1是本发明的电动机构储能过程中状态的结构示意图；
图2-2是本发明的第一行程开关CK2与传动轴刚接触的结构示意图；
图3是本发明的电动机构储能完毕后的结构示意图；
图4-1是本发明的双稳态继电器原始状态原理图；
图4-2是本发明的储能簧后期储能过程中双稳态继电器状态原理图；
图5是本发明的第一供电模块给储能模块和继电器供电原始状态原理图；
图6是本发明的第一种实施方式下电容充电时二次控制回路的电路原理图；
图7是本发明的第一种实施方式下储能簧后期储能过程中第一供电模块给储能模块和继电器供电原始状态原理图；
图8是本发明的第一种实施方式下电容放电时二次控制回路的电路原理图；
图9是本发明的第一种实施方式下储能簧储能完成后第一供电模块给储能模块和继电器供电原始状态原理图；
图10是本发明的第一种实施方式下储能簧储能完成后二次控制回路的电路原理图；
图11是本发明的第二种实施方式下电容充电时二次控制回路的电路原理图；
图12是本发明的第三种实施方式下储能簧储能完成后二次控制回路的电路原理图；
图13是本发明的第四种实施方式下储能簧储能完成后二次控制回路的电路原理图；
其中，图1中，101-储能簧，102-传动轴，103-储能电机，104-主动轮，105-从动轮，106-第二行程开关CK1，107-第一行程开关CK2，108-机构框架；
图2-1中，101-储能簧，102-传动轴，103-储能电机，104-主动轮，105-从动轮，106-第二行程开关CK1，107-第一行程开关CK2，108-机构框架；
图2-2中，102-传动轴，10701-滚轮；
图3中，101-储能簧，102-传动轴，103-储能电机，104-主动轮，105-从动轮，106-第二行程开关CK1，107-第一行程开关CK2，108-机构框架。
具体实施方式
本发明的断路器增加储能模块，配合双稳态继电器和行程开关，利用行程开关检测是在储能簧储能前期还是后期，在储能簧储能前期，利用增加的储能模块吸收为储能电机供电的供电模块前期多余能量，在储能簧储能后期，储能模块和该供电模块同时输出能量给储能电机，使储能电机带动储能簧完成储能操作。下面结合附图和实施例，对本发明的断路器、断路器弹簧操动机构及其控制电路进行详细说明。
断路器实施例：
本发明的一种断路器实施例，包括断路器壳体、断路器本体和弹簧操动机构，该弹簧操动机构包括储能簧101、用于压缩储能簧的储能电机103、第二行程开关106、第一行程开关107、储能模块和双稳态继电器。其中，电动机构未储能状态的结构示意图如图1所示，储能过程中状态的结构示意图如图2-1所示。
储能模块选用电容C，电容通过电容抱箍固定在断路器壳体上的固定座上。
双稳态继电器包括两个线圈ZJ-XQ1、ZJ-XQ2和多个触点开关，分别为第一触点开关ZJ1、第二触点开关ZJ2、第三触点开关ZJ3、第四触点开关ZJ4、第五触点开关ZJ5，固定在断路器壳体的内部，双稳态继电器原始状态原理图如图4-1所示，储能簧后期储能过程中双稳态继电器状态原理图如图4-2所示。
电动机构的机构框架上固定有传动轴102、主动轮104和从动轮105，储能电机M与主动轮为一体设计，主动轮与从动轮相互啮合，第一行程开关底部设有滚轮10701。第一行程开关用于检测储能簧是否运动至中间状态(设定的需大功率输出的运动状态)，包括一个触点开关，为触点开关CK2，设置在与储能簧驱动连接的传动轴102的运动路径上，用于当储能簧运动至中间状态时，传动轴102触发第一行程开关，且第一形成开关与传动轴刚接触时的结构示意图如图2-2所示；第二行程开关用于检测储能簧是否完成储能操作，包括多个触点开关，分别为第一触点开关CK1-1、第二触点开关CK1-2、第三触点开关CK1-3。储能簧、储能电机M、第二行程开关和第一行程开关固定在电动机构的机构框架108上。第二行程开关设置在与储能簧驱动连接的另一传动轴的运动路径上，用于当储能簧完成储能时，另一传动轴触发第一行程开关，且储能簧储能完毕后的结构示意图如图3所示。
上述各器件之间的连接关系以及不同时间段各个开关(包括行程开关和双稳态继电器)的状态如图5～10所示，主要包括一次主回路和二次控制回路，下面具体说明。
一次主回路如图5、7、9所示，包括与第一供电模块均并联设置的两条线圈供电回路，一条线圈供电回路上串设有双稳态继电器的第一线圈ZJ-XQ1和第一行程开关的触点开关CK2，另一条线圈供电回路上串设有双稳态继电器的第二线圈ZJ-XQ2和第二行程开关的第一触点开关CK1-1。
二次控制回路如图6、8、10所示，双稳态继电器的第二触点开关ZJ2与电容C串联后，与转移支路(转移支路上串联有双稳态继电器的第一触点开关ZJ1)并联，并联后一端连接第二供电模块的正输出端，另一端通过串联的双稳态继电器的第三触点开关ZJ3和第二行程开关的第二触点开关CK1-2连接第二供电模块的负输出端。其中，电容C的正极用于与第二供电模块的正输出端相连。双稳态继电器的第四触点开关ZJ4和第五触点开关ZJ5并联，并联后一端连接电容C的正极，另一端通过串联的储能电机M和第二行程开关的第三触点开关CK1-3与第二供电模块的负输出端相连。其中，储能电机M的负极直接与第二供电模块的负输出端相连。
其工作原理为：
断路器处于未储能状态时，如图5所示，第一行程开关的触点开关CK2和第二行程开关的第一触点开关CK1-1保持为断开状态，如图6所示，第二行程开关的第二触点开关CK1-2和第二行程开关的第三触点开关CK1-3保持为闭合状态，双稳态继电器的第二触点开关ZJ2、第三触点开关ZJ3、第五触点开关ZJ5保持为闭合状态，第一触点开关ZJ1、第四触点开关ZJ4保持为断开状态，此时，储能电机M和电容C处于并联状态，第二供电模块输出电压分别给储能电机M和电容C，一方面给储能电机M供电，使储能电机M通过主动轮带动从动轮，从动轮通过传动轴带动储能弹簧M顺时针运动，另一方面给电容C充电。储能簧由未储能状态开始转变，变为储能状态。
在储能簧运动至中间状态时，传动轴向上压第一行程开关末端的滚轮，如图7所示，第一行程开关的各触点开关状态改变，使第一行程开关的触点开关CK2由断开状态转换为闭合状态，双稳态继电器的第一线圈ZJ-XQ1瞬间得电，如图8所示，双稳态继电器的第二触点开关ZJ2、第三触点开关ZJ3、第五触点开关ZJ5由闭合状态转换为断开状态，第一触点开关ZJ1、第四触点开关ZJ4由断开状态转换为闭合状态，此时，第二供电模块和电容C处于串联状态，电容C释放储能能量，与第二供电模块同时带动储能电机M完成储能操作。
在储能簧完成储能时，第二行程开关的各触点开关状态改变，如图9所示，第二行程开关的第一触点开关CK1-1由断开状态转换为闭合状态，双稳态继电器的第二线圈ZJ-XQ2瞬间得电，如图10所示，第二行程开关的第二触点开关CK1-2和第二行程开关的第三触点开关CK1-3由闭合状态转换为断开状态，双稳态继电器的第二触点开关ZJ2、第三触点开关ZJ3、第五触点开关ZJ5由断开状态转换为闭合状态，第一触点开关ZJ1、第四触点开关ZJ4由闭合状态转换为断开状态，此时，第二供电模块和电容C均不再为储能电机M供电，且第二供电模块也不为电容C充电。
在储能簧进行能量释放过程中，储能簧带动传动轴逆时针释放能量，在储能簧能量释放完毕后，第二行程开关的各触点开关状态改变，恢复至如图5、6所示的状态。
本发明在断路器的储能簧处于未储能状态时，第二供电模块输出储能电压给储能电机M和电容C，带动储能簧运动，并开始储能，当储能簧运动至设定的需大功率输出的运动状态下，第一行程开关动作，电容C与第二供电模块同时释放能量，供储能电机M完成储能操作，从而使得第二供电模块无需加大输出功率即可完成储能操作，防止使用大功率的第二供电模块造成的储能簧储能前期大有大量能量浪费的现象出现，同时节约了成本。
作为其他实施方式，可不设置双稳态继电器第四触点开关ZJ4和第五触点开关ZJ5，同样可达到本发明的目的。此时，电容充电时二次控制回路的电路原理图如图11所示，其他时间段的电路原理框图可参考图11以及整个断路器的工作原理。
第二行程开关的作用在储能簧储能完成时，第二供电模块不为储能模块和储能电机供电且储能模块不为储能电机供电，本实施例中，第二行程开关的第二触点开关CK1-2和第三触点开关CK1-3的设置位置如图10所示(储能完成时)。作为其他实施方式，其设置可如图12、13所示，皆可达到第二供电模块不为储能模块和储能电机供电且储能模块不为储能电机供电的目的。其他时间段的电路原理框图可参考图12、13以及整个断路器的工作原理。
弹簧操动机构实施例：
本发明的一种弹簧操动机构实施例，为断路器实施例中的弹簧操动机构，这里不再赘述。

Claims (7)

1.一种弹簧操动机构，包括储能簧和用于压缩所述储能簧的储能电机，其特征在于，还包括储能模块、供电模块和第一行程开关；
储能模块和储能电机均与供电模块并联，且储能模块为电容；
供电模块正极和储能模块负极之间连接有一条转移支路，转移支路上串设有第一开关；
转移支路与储能模块正极的连接点和储能模块正极与储能电机正极的并接点之间的连接线路上串设有第二开关，转移支路与储能模块负极的连接点和储能模块负极与储能电机负极的并接点之间的连接线路上串设有第三开关；
所述第一行程开关用于检测储能簧是否运动至设定的需大功率输出的运动状态：在未运动至设定的需大功率输出的运动状态时，使第一开关断开、第二开关闭合、第三开关闭合；运动至设定的需大功率输出的运动状态时，使第一开关闭合、第二开关断开、第三开关断开。
2.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述第一开关、第二开关、第三开关均一个继电器的触点开关，且第一行程开关的触点开关串设在所述继电器线圈的供电回路中。
3.根据权利要求1所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述弹簧操动机构还包括第二行程开关，所述第二行程开关用于检测储能簧是否完成储能，以在确定完成储能时，使供电模块不为储能模块和储能电机供电且储能模块不为储能电机供电。
4.根据权利要求3所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述第二行程开关包括两个触点开关，所述第二行程开关的两个触点开关分别串设在储能模块负极与储能电机负极的并接点和储能模块负极之间的连接线路上、转移支路与储能模块正极的连接点和储能电机正极之间的连接线路上。
5.根据权利要求2所述的弹簧操动机构，其特征在于，还包括第四开关和第五开关，第四开关和第五开关并联后串设在转移支路与储能模块正极的连接点和储能电机正极之间的连接线路上，且第四开关和第五开关均为所述继电器的触点开关。
6.根据权利要求3所述的弹簧操动机构，其特征在于，所述继电器为双稳态继电器，所述双稳态继电器包括两个线圈，分别为第一线圈和第二线圈，第一线圈为所述第一行程开关的触点开关所在回路中的继电器线圈；第二行程开关的其中一个触点开关串设在所述第二线圈的供电回路中。
7.一种断路器，包括断路器本体和弹簧操动机构，其特征在于，所述弹簧操动机构为权利要求1～6任一项所述的弹簧操动机构。
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