CN117174527A - 一种电磁斥力操动机构控制电路、控制方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁斥力操动机构控制电路，由直流充电回路、储能电容C₁～C₂、线圈L₁～L₂、半导体开关S₁～S₄构成。本发明涉及一种电磁斥力操动机构控制方法，正常运行时，控制直流充电回路分别给C₁和C₂充电至预置电压；分闸操作时，先触发S₁中的T₁，C₁正向放电，驱动金属盘从合闸位置开始向下加速运动，再触发S₃中的T₃，C₂正向放电，使金属盘继续减速向下运动至分闸末端位置；合闸操作时，先触发S₄中的T₄，C₂反向放电，驱动金属盘从分闸位置开始向上加速运动，再触发S₂中的T₂，C₁反向放电，使金属盘继续减速向上运动至合闸位置。本发明设计科学合理，利用两组储能电容上的能量完成一次连续的分合闸操作，提高能量利用率，具有结构简单、成本低、体积小的优点。

Description

一种电磁斥力操动机构控制电路、控制方法及电子设备

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体涉及一种电磁斥力操动机构控制电路、控制方法及电子设备。

背景技术

随着直流系统对故障电流切断速度以及灵活切断负荷电流的要求，直流断路器成为直流系统的关键设备。目前，机械式直流断路器和混合式直流断路器利用快速真空开关长期导通负载电流，具有运行损耗低，无需复杂的冷却系统等优点，在示范工程中成功应用。

快速真空开关的动作速度决定了直流断路器的分断速度，基于电磁斥力机构的快速真空开关结构简单、分合闸速度快，被广泛应用于直流断路器中，目前，电磁斥力机构控制电路的结构示意图如图1、图2所示。图1示出了常规电磁斥力机构控制电路的结构示意图，如图1所示，由储能电容C₁、C₂依次放电使金属盘从合闸位置运动至分闸位置后，再由储能电容C₃、C₄依次放电使金属盘从分闸位置运动至合闸位置，需要由4组储能电容完成一次连续的分合闸操作，且完成该操作后储能电容上剩余能量被充电回路中的电阻消耗；图2示出了带二极管的电磁斥力机构控制电路的结构示意图，如图2所示，其完成一次连续分合闸操作的过程与常规电磁斥力机构控制电路相似，完成该操作后储能电容上剩余能量经由二极管D₁、D₂被回路中的电阻R₁、R₂消耗，且该过程可能会影响金属盘中感应的涡流进一步影响金属盘的运动。

由于储能电容上的能量在完成一次放电后完全被电阻消耗，只有一小部分转化为金属盘的动能，大部分能量被浪费，导致能量利用率非常低；由于电容器能量密度较低，导致电容器体积非常大，且一组电磁斥力机构需要配置4个相同容量的电容器，造成空间和成本的极大浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电磁斥力操动机构控制电路、控制方法及电子设备，能够提高电磁斥力机构的能量利用率，减小空间体积，降低成本。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种电磁斥力操动机构控制电路，为驱动缓冲共用电容的电磁斥力操动机构控制电路，包括直流充电电路、第一储能电容C₁、第二储能电容C₂、第一线圈L₁、第二线圈L₂、第一半导体开关S₁、第二半导体开关S₂、第三半导体开关S₃及第四半导体开关S₄、所述第一储能电容C₁、第一线圈L₁及反串的第一半导体开关S₁、第二半导体开关S₂构成一组放电回路与直流充电回路连接，作为分闸操作时的驱动回路以及合闸操作时的缓冲回路；所述第二储能电容C₂、第二线圈L₂及反串的第三半导体开关S₃、第四半导体开关S₄构成一组放电回路与直流充电回路连接，作为分闸操作时的缓冲回路以及合闸操作时的驱动回路。

而且，所述第一半导体开关S₁由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第一半导体开关S₁包括晶闸管T₁和二极管D₁，晶闸管T₁和二极管D₁反并联。

而且，第二半导体开关S₂由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第二半导体开关S₂包括晶闸管T₂和二极管D₂，晶闸管T₂和二极管D₂反并联。

而且，所述第三半导体开关S₃由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第三半导体开关S₃包括晶闸管T₃和二极管D₃，晶闸管T₃和二极管D₃反并联。

而且，第四半导体开关S₄由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第四半导体开关S₄包括晶闸管T₄和二极管D₄，晶闸管T₄和二极管D₄反并联。

开关处于合闸位置时，S1～S4中的所有晶闸管T1～T4处于关断状态，控制直流充电回路分别给储能电容C1和C2充电至预置电压。

一种电磁斥力操动机构控制方法，应用于上述电磁斥力操动机构控制电路，所述控制方法的步骤为：

S1、触发第一半导体开关S₁中的晶闸管T₁，使第一储能电容C₁经由晶闸管T₁、二极管D₂对第一线圈L₁正向放电，驱动金属盘从合闸位置开始向下加速运动；

S2、触发第三半导体开关S₃中的晶闸管T₃，使第二储能电容C₂经由晶闸管T₃、二极管D₄对第二线圈L₂正向放电，使金属盘继续减速向下运动至分闸末端位置；

S3、分闸完成后，第一储能电容C₁和第二储能电容C₂中剩余部分能量，均以反向电压的形式存在，后续将利用该部分剩余能量进行合闸操作；

S4、触发第四半导体开关S₄中的晶闸管T₄，使第二储能电容C₂经由晶闸管T₄、二极管D₃对第二线圈L₂反向放电，驱动金属盘从分闸位置开始向上加速运动；

S5、触发第二半导体开关S₂中的晶闸管T₂，使第一储能电容C₁经由晶闸管T₂、二极管D₁对第一线圈L₁反向放电，使金属盘继续减速向上运动至合闸位置；

S6、合闸操作完成。

一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述电磁斥力操动机构控制方法的步骤。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的电磁斥力操动机构控制电路、控制方法及电子设备，具有结构简单、成本低的特点，驱动缓冲共用电容，通过控制半导体开关的导通，利用第一、第二储能电容上的能量完成一次连续的分合闸操作，提高能量利用率。

附图说明

图1为现有技术中电磁斥力机构控制电路的结构示意图；

图2为现有技术中带二极管的电磁斥力机构控制电路的结构示意图；

图3为本发明实施例电磁斥力操动机构控制电路的结构示意图；

图4为本发明实施例电磁斥力操动机构控制方法的工序图；

图5为本发明实施例电磁斥力操动机构控制方法的工况图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种电磁斥力操动机构控制电路，如图3所示，其创新之处在于：包括直流充电电路、第一储能电容C₁、第二储能电容C₂、第一线圈L₁、第二线圈L₂、第一半导体开关S₁、第二半导体开关S₂、第三半导体开关S₃及第四半导体开关S₄、所述第一储能电容C₁、第一线圈L₁及反串的第一半导体开关S₁、第二半导体开关S₂构成一组放电回路与直流充电回路连接，作为分闸操作时的驱动回路以及合闸操作时的缓冲回路；所述第二储能电容C₂、第二线圈L₂及反串的第三半导体开关S₃、第四半导体开关S₄构成一组放电回路与直流充电回路连接，作为分闸操作时的缓冲回路以及合闸操作时的驱动回路。

优选的，第一半导体开关S₁、第二半导体开关S₂、第三半导体开关S₃及第四半导体开关S₄均由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第一半导体开关S₁包括晶闸管T₁和二极管D₁，晶闸管T₁和二极管D₁反并联，所述第二半导体开关S₂包括晶闸管T₂和二极管D₂，晶闸管T₂和二极管D₂反并联，所述第三半导体开关S₃包括晶闸管T₃和二极管D₃，晶闸管T₃和二极管D₃反并联，所述第四半导体开关S₄包括晶闸管T₄和二极管D₄，晶闸管T₄和二极管D₄反并联。

一种电磁斥力操动机构控制方法，如图4所示，应用于上述电磁斥力操动机构控制电路，所述控制方法的步骤为：

S1、触发第一半导体开关S₁中的晶闸管T₁，使第一储能电容C₁经由晶闸管T₁、二极管D₂对第一线圈L₁正向放电，驱动金属盘从合闸位置开始向下加速运动；

S2、触发第三半导体开关S₃中的晶闸管T₃，使第二储能电容C₂经由晶闸管T₃、二极管D₄对第二线圈L₂正向放电，使金属盘继续减速向下运动至分闸末端位置；

S3、分闸完成后，第一储能电容C₁和第二储能电容C₂中剩余部分能量，均以反向电压的形式存在，后续将利用该部分剩余能量进行合闸操作；

S4、触发第四半导体开关S₄中的晶闸管T₄，使第二储能电容C₂经由晶闸管T₄、二极管D₃对第二线圈L₂反向放电，驱动金属盘从分闸位置开始向上加速运动；

S5、触发第二半导体开关S₂中的晶闸管T₂，使第一储能电容C₁经由晶闸管T₂、二极管D₁对第一线圈L₁反向放电，使金属盘继续减速向上运动至合闸位置；

S6、合闸操作完成。

图5示出本发明提出的电磁斥力操动机构控制电路在具体实施例中的金属盘位移、储能电容电压、线圈电流波形，可知，

S1、t＝0ms时刻，触发第一半导体开关S₁中的晶闸管T₁，使初始电压为0.75kV的第一储能电容C₁经由晶闸管T₁、二极管D₂对第一线圈L₁正向放电，放电电流幅值为1.80kA，驱动金属盘从合闸位置开始向下加速运动2.5mm；

S2、t＝1ms时刻，触发第三半导体开关S₃中的晶闸管T₃，使初始电压为0.75kV第二储能电容C₂经由晶闸管T₃、二极管D₄对第二线圈L₂正向放电，放电电流幅值为1.83kA，使金属盘继续减速向下运动，t＝2ms时刻运动至分闸末端位置，金属盘从合闸位置运动到分闸末端位置总行程为5mm；

S3、分闸完成后，第一储能电容C₁和第二储能电容C₂中剩余部分能量，均以反向电压的形式存在，U_C1＝-0.52kV，U_C2＝-0.568kV，后续将利用该部分剩余能量进行合闸操作；

S4、t＝202ms时刻，触发第四半导体开关S₄中的晶闸管T₄，使电压为0.568kV的第二储能电容C₂经由晶闸管T₄、二极管D₃对第二线圈L₂反向放电，放电电流幅值为-1.35kA，驱动金属盘从分闸位置开始向上加速运动；

S5、t＝203.2ms时刻，触发第二半导体开关S₂中的晶闸管T₂，使电压为0.52kV第一储能电容C₁经由晶闸管T₂、二极管D₁对第一线圈L₁反向放电，放电电流幅值为-1.21kA，使金属盘继续减速向上运动，t＝207ms时刻运动至合闸位置；

S6、合闸操作完成。

一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述电磁斥力操动机构控制方法的步骤。

本发明利用两组储能电容上的能量完成一次连续的分合闸操作，提高能量利用率，具有结构简单、成本低、体积小的优点。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种电磁斥力操动机构控制电路，其特征在于：包括直流充电电路、第一储能电容C1、第二储能电容C2、第一线圈L1、第二线圈L2、第一半导体开关S1、第二半导体开关S2、第三半导体开关S3及第四半导体开关S4、所述第一储能电容C1、第一线圈L1及反串的第一半导体开关S1、第二半导体开关S2构成一组放电回路与直流充电回路连接，作为分闸操作时的驱动回路以及合闸操作时的缓冲回路；所述第二储能电容C2、第二线圈L2及反串的第三半导体开关S3、第四半导体开关S4构成一组放电回路与直流充电回路连接，作为分闸操作时的缓冲回路以及合闸操作时的驱动回路。

2.根据权利要求1所述的电磁斥力操动机构控制电路，其特征在于：所述第一半导体开关S1由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第一半导体开关S1包括晶闸管T1和二极管D1，晶闸管T1和二极管D1反并联。

3.根据权利要求1所述的电磁斥力操动机构控制电路，其特征在于：第二半导体开关S2由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第二半导体开关S2包括晶闸管T2和二极管D2，晶闸管T2和二极管D2反并联。

4.根据权利要求1所述的电磁斥力操动机构控制电路，其特征在于：所述第三半导体开关S3由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第三半导体开关S3包括晶闸管T3和二极管D3，晶闸管T3和二极管D3反并联。

5.根据权利要求1所述的电磁斥力操动机构控制电路，其特征在于：第四半导体开关S4由带反并联二极管的晶闸管构成，所述第四半导体开关S4包括晶闸管T4和二极管D4，晶闸管T4和二极管D4反并联。

6.一种电磁斥力操动机构控制方法，其特征在于：应用于如权利要求1～2任一项所述的电磁斥力操动机构控制电路，所述控制方法的步骤为：

S1、触发第一半导体开关S1中的晶闸管T1，使第一储能电容C1经由晶闸管T1、二极管D2对第一线圈L1正向放电，驱动金属盘从合闸位置开始向下加速运动；

S2、触发第三半导体开关S3中的晶闸管T3，使第二储能电容C2经由晶闸管T3、二极管D4对第二线圈L2正向放电，使金属盘继续减速向下运动至分闸末端位置；

S3、分闸完成后，第一储能电容C1和第二储能电容C2中剩余部分能量，均以反向电压的形式存在，后续将利用该部分剩余能量进行合闸操作；

S4、触发第四半导体开关S4中的晶闸管T4，使第二储能电容C2经由晶闸管T4、二极管D3对第二线圈L2反向放电，驱动金属盘从分闸位置开始向上加速运动；

S5、触发第二半导体开关S2中的晶闸管T2，使第一储能电容C1经由晶闸管T2、二极管D1对第一线圈L1反向放电，使金属盘继续减速向上运动至合闸位置；

S6、合闸操作完成。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求3所述电磁斥力操动机构控制方法的步骤。