CN1532865B - 操作电路和使用它的电力开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操作电路，它用于电磁开关装置，具有一对线圈并构成为由可动元件在该线圈之间进行驱动，其构成为与抑制一方线圈的励磁电流断路时的过电压，并且切断在另一方线圈励磁时在一方线圈中产生的感应电流的装置连接。能防止以下情况的发生：在通过与电容器并联连接的断开线圈、分别与闭合线圈串联连接的放电开关进行放电时，由于磁耦合而在非励磁一方的线圈中产生与励磁一方的线圈电流方向相反的感应电流，抵消进行驱动所需要的磁束，防碍驱动力的产生。

Description

操作电路和使用它的电力开关装置

技术领域

本发明涉及例如用于电力开关装置的操作电路。

背景技术

以往，用于驱动电力开关装置的操作机构的操作电路其构成为例如为了能从半导体开关元件等的外部进行控制而设置的2个放电开关与断开指令或闭合指令同步打开，在该断开接触动作、闭合动作结束的时刻关掉。(例如，参照专利文献1)。

专利文献1-特开2002-033034号公报(第4页，第9-11图)

现有的驱动电力开关装置的操作机构的操作电路具有以上构成，但却存在着以下问题。

即，断开线圈和闭合线圈与电容器并联连接，通过与这2个线圈分别串联连接的放电开关进行放电。此时，一般在操作机构内接近地设置该断开线圈和闭合线圈，通电时由于磁耦合而在非励磁一方的线圈中产生与励磁一方线圈的电流方向相反方向的感应电流，抵消了驱动所需的磁通，防碍了驱动力的产生。

另外还存在以下问题：磁耦合的状态由于停止状态的可动元件与上述断开线圈及闭合线圈的相互位置关系而呈高灵敏度变化，所以动作不稳定。

发明内容

鉴于以上问题的存在，本发明目的在于：提供一种在提高驱动特性的同时，性能稳定、可靠性高的操作电路和使用它的电力开关装置。

为了解决上述问题，根据本发明的操作电路是具有一对线圈且构成为由可动元件在上述线圈之间进行驱动的操作结构的操作电路，其特征在于：与一装置连接，该装置抑制一方线圈的励磁电流断路时的过电压，并且切断另一方线圈励磁时在一方线圈中产生的感应电流，上述装置与上述线圈并联连接，并由二极管和感应切断开关构成，在关闭用于使上述线圈的励磁电流流通的励磁装置后，经过一定的时间间隔再关闭上述感应切断开关。

根据本发明的一种电力开关装置，其特征在于：使用了如上所述的操作电路。

附图说明

图1是本发明的操作电路图。

图2是表示本发明的电力开关装置的操作机构的立体图。

图3是表示本发明的电力开关装置的操作机构的断开状态的内部剖面图。

图4是表示本发明的电力开关装置的一个例子的立体图。

图5是图4的内部剖面图。

图6是表示本发明的电力开关装置的操作机构的接通状态的内部剖面图。

图7是本发明的另一个实施例的操作电路图。

图8是表示本发明的另一个实施例的操作电路的效果的电路模拟例子。

图9是本发明的另一个实施例的操作电路图。

图10是本发明的另一个实施例的操作电路图。

图11是本发明的另一个实施例的操作电路图。

图12是本发明的操作电路的电流、可动元件的位移的模式图。

图13是本发明的另一个实施例的操作电路的电流、可动元件的位移的模式图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明相关的操作电路中的实施例。

实施例1

图1是表示本发明中的操作电路的一个例子的电路图，由以下部分构成：本发明相关的操作电路1、断开用线圈2～4、闭合用线圈(接通用线圈)5～7、作为用来激励断开接触动作的电流源的断开用电容器8、作为用来激励闭合动作(接通动作)的电流源的断开用电容器9、用来向电容器充电的直流电源10和用来整流电容器的充电电压的转换器11、12、使断开用线圈的电能放电的放电开关13、使闭合用线圈的电能放电的放电开关14、保护在由上述放电开关13关掉断开用线圈的电能时产生的过电压的二极管15、保护在由上述放电开关14关掉闭合用线圈的电能时产生的过电压的二极管16、励磁时接通二极管15的电流回路的感应切断开关17、非励磁时关断二极管16的电流回路的感应切断开关18等。另外，电流源8、9使用例如电容器。另外，在图中，作为抑制闭合用线圈的励磁电流断路时的过电压，并且在断开用线圈的励磁时切断闭合用线圈中产生的感应电流的装置，表示了与线圈并联连接，相互串联连接的二极管16和感应切断开关18。同样，作为抑制断开用线圈的励磁电流断路时的过电压，并且在闭合用线圈励磁时切断断开用线圈中产生的感应电流的装置，表示了与线圈并联连接，且相互串联连接的二极管15和感应切断开关17。

另外，图2是表示通过上述操作电路进行断开和闭合动作的操作机构19的一个例子的立体图，图3是该立体图的内部剖面图、图3b的B-B’剖面图，图3b是图3a的A-A’剖面图。

在这些图中，断开用线圈和闭合用线圈在连接棒21的轴方向上用轭包围其外侧部分，同时配置为经由轭20取得间隔地相互大致平行，并且在与该连接棒垂直的方向上环状地包围其外侧而成为与该连接棒21的同心轴状。另外，在连接棒21的外周部分安装固定可动元件22，而成为在该连接棒的轴方向上能来回运动的状态。进而，在该可动元件22的紧接着的外侧与该可动元件具有间隙地，在上述轭的内侧部分配置并固定在上述操作机构19为断开或接通状态时保持该可动元件22的永久磁铁23。然后，通过这样构成的操作机构19，使用上述操作电路1，驱动上述可动元件22成为断开或接通。并且，图3a和图3b表示了使用操作机构19，通过上述操作电路1将可动元件22驱动为断开状态并保持该状态的样子。

图4是表示使用上述操作机构19进行电流的切断和接入操作的电力开关装置24的一个例子的立体图。图5是安装了上述操作机构19的电力开关装置24的内部剖面图。在该图4、图5中，上述操作机构19经由绝缘物25与真空阀26连接。并且，在图4和图5中，表示了对应于三相开关装置在针对各相安装3个操作机构19a、19b、19c的样子，但在配置了3相连接机构，对应于三相安装一个操作机构19的情况下，作为进行电流的切断和接入操作的电力开关装置也有效。

接着，使用图1、图3a和图3b说明断开接触动作。

通过直流电源10将电容器8的充电电压充电到设置值。放电开关13是能从半导体开关元件开关等的外部进行控制的开关，与断开指令同步地开启，向与电容器8并联连接的断开用线圈2～4电流放电，可动元件22通过电磁力从接通状态移动到断开状态，在断开状态下通过永久磁铁23的磁束保持为断开状态。此时，在断开用线圈2～4中，为了在通过放电开关13关闭放电电流时，依照公式(1)从产生的过电压Vo保护断开用线圈2～4，而与断开用线圈并联地配置二极管15和用来进行环流的感应切断开关17。感应切断开关17处于开启状态。

Vo＝Lcoil·di/dt         (1)

在此，公式(1)中的Lcoil是线圈的电感，di/dt是电流关时的电流的下降速度。在半导体开关元件开关等的情况下，由于瞬时电流成为0，所以di/dt成为极大的值，产生的线圈端子间的电压Vc也非常大，由于可能使线圈的绝缘破坏，所以感应切断开关17被开启。在与另一个接通用电容器9串联连接的闭合用线圈5～7中，同样与闭合用线圈并联地配置二极管16和用来进行环流的感应切断开关18，感应切断开关18处于开启状态。此时，如果在断开用放电开关13开启之前关闭上述感应切断开关18，则能切断在通过磁耦合与断开用线圈2～4结合的闭合用线圈5～7中产生的感应电流。该感应电流由于抵消激励断开接触动作的磁束，所以通过切断上述感应电流，能显著提高动作效率。另外，电容器由于对应于非励磁一方而分别逐一配置，所以能对应于断开侧和接通侧分别进行个别的操作。

接着，使用图1和图6来说明闭合动作。

通过直流电源10将接通用电容器9的充电电压充电到设置值。放电开关14是例如能从半导体开关元件开关等的外部进行控制的开关，与接通指令同步地开启，向与接通用电容器9串联连接的闭合用线圈5～7电流放电，可动元件22通过电磁力从断开状态移动到接通状态，在接通状态下通过永久磁铁23的磁束保持为接通状态。此时，在闭合用线圈5～7中，为了在通过放电开关14关闭放电电流时，依照公式(1)从产生的过电压Vo保护闭合用线圈5～7，而与线圈并联地配置二极管16和用来进行环流的感应切断开关18。感应切断开关18处于开启状态。在此，公式(1)中的Lcoil是线圈的电感，di/dt是电流关上时的电流的下降速度。在用半导体开关元件进行开关等情况下，由于瞬时电流为0，所以di/dt成为极大的值，产生的线圈端子间的电压Vc也非常大，由于可能使线圈的绝缘破坏，所以感应切断开关18被开启。在与另一个断开用电容器8并联连接的断开用线圈2～4中，同样并联地配置二极管15和用来进行环流的感应切断开关17，感应切断开关17处于开启状态。此时，如果在接通用放电开关14开启之前关闭上述感应切断开关17，则能切断在通过磁耦合与闭合用线圈5～7结合的断开用线圈2～4中产生的感应电流。由于该感应电流抵消用于激励断开接触动作的磁束，所以通过切断上述感应电流就能显著提高动作效率。关于其他的效果，也与在断开接触动作的情况下所说明的内容一样。

另外，在图1中，通过对应于断开用电容器8和接通用电容器9，使包含直流电源10的充电电路成为一个，能谋求降低成本。进而，在图1中，由于串联连接闭合用线圈5～7，所以在上述闭合用线圈5～7或连接到上述闭合用线圈的布线等发生了故障的情况下，闭合用线圈5～7的任意一个都没有接通电流，能防止三相中的任意一相没被接通那样的缺相。另外，由于通过串联地连接电路的电感变大而接入电流，所以加速变小，在接通时能降低与真空阀62相关的冲击。上述中的任意一个都具有提高断路器可靠性的效果。在此，表示了串联连接闭合用线圈的情况，但对于断开用线圈，通过串联连接同样能具有与上述一样的效果。

另外，在本实施例1中没有说明，但电容器的充电电路在线圈放电时可以保持接通，也可以通过开关解除连接，而本发明的效果不变。

实施例2

在实施例1中，表示了串联连接闭合用线圈的情况，但对于断开线圈，通过串联连接，同样能取得与上述一样的效果。

实施例3

如图1所示，通过并联连接断开用线圈2～4，能降低电路的总和电感，能使电容器8小容量化和进行需要高速动作的断开时的动作，能降低电源成本和使断开接触动作高性能化。在此，表示了并联连接断开用线圈的情况，但对于闭合用线圈，通过并联连接，同样能取得与上述一样的效果。

实施例4

如图7所示，通过与断开用线圈2并联地配置电容器27、电阻28，与闭合用线圈5并联地配置电容器29、电阻30，对于通过放电开关13或放电开关14(未图示)关闭励磁电流的情况下的下降速度快的电流变化，电容器27和电阻28的合成电感、电容器29和电阻30的合成电感分别由于上述断开用线圈、闭合用线圈的电感而变小。因此，例如在放电开关13关闭时，电流环流断开用线圈2、电容器27和电阻28，沿着环流电路的电感，电流逐渐衰减。所以，能依照公式(1)抑制在断开用线圈2的各端子之间产生的电压。另一方面，相对的非励磁一方的闭合用线圈5的感应电流具有与励磁电流相同程度的电流变化，在这种情况下，电容器29和电阻30的电感由于变得比上述闭合用线圈的电感大，所以在环流电路中不流入电流，所以不产生感应电流。在图中表示了，作为抑制断开用线圈的励磁电流断路时的过电压，并且切断在闭合用线圈的励磁时在断开用线圈中产生的感应电流的装置，配置与线圈并联连接，相互串联连接电容器27、电阻28，另外，作为抑制闭合用线圈的励磁电流断路时的过电压，并且切断在断开用线圈的励磁时在闭合用线圈中产生的感应电流的装置，配置与线圈并联连接，相互串联连接电容器29、电阻30。

图8a、图8b表示了在电路解析中实验效果的结果。图8a表示了例如向断开用线圈2放电了的情况下的与断开用线圈2相对的闭合用线圈5的端子间电压的波形，图8b表示了与断开用线圈2相对的闭合用线圈5的通电电流。根据图8a可知，输入紧急切断指令，将瞬时切断断开用线圈2的电流的情况下的断开用线圈2的端子间电压31抑制为-100V左右，从过电压中被保护，同时根据图8b可知，将断开用线圈2通电中的闭合用线圈5的电流34几乎抑制为0，切断了基于磁耦合的感应电流。

并且，在上述中，表示了分别使用一个断开用线圈和闭合用线圈的情况，但在如图1所示使用多个线圈的情况下，当然也能取得同样的效果。

实施例5

在图1中，针对断开和接通每个状态配置放电开关13，14，但放电开关也可以例如如图9的13a～13c、14a～14c所示的那样，针对各相、各状态个别配置，而上述实施例1～3的效果不变。另外，通过各状态个别地配置放电开关，能个别地控制开关各相，能适用于相位控制断路器。

实施例6

图10表示了分别依照编号在实施例1的断开用线圈2～4、闭合用线圈5～7中串联地配置二极管35～40。通过这样，例如能通过断开用线圈2～4自己的电感的不同来防止3相线圈内的感应电流的环流，能抑制3相间的动作的偏差。

实施例7

虽然在上述实施例1～5中对线圈的励磁装置使用了电容器，但即使从直流电源直接进行励磁，也能取得相同的效果。

实施例8

如图7所示，通过断开、闭合(接通)将电容器分别汇总为一个，与此相伴，汇总两者后充电电路也汇总为一个，据此就能减少电路的部件个数，提高其可靠性。

实施例9

图11表示了本发明电路的公共部件41a、41b、41c、42a、42b、42c的配置。如图11所示，通过在放电电路的正极一方配置公共部件，而不再需要公共电路的绝缘，从而能减少零部件的个数，具有提高其可靠性和降低成本的效果。

实施例10

在图12中，作为闭合动作中本开关装置的各构成要素的对应于时间的变化状况的一个例子，表示了可动元件22的位移的变化43、闭合用线圈5～7的通电电流波形44、放电开关14的定时曲线45、以及感应切断开关18的定时曲线46。在图中，t1表示通电时间，t2表示从闭合动作结束后到切断(关上)放电开关14为止的时间，t3表示从切断放电开关14到通电电流变成大约为0的值(可以看作是0的值)为止的时间。

如果向电力开关装置24输入接通指令，则与闭合用线圈5～7并联连接的感应切断开关18被开启，与此同时或之后放电开关14被开启，从接通用电容器9向闭合用线圈5～7电流放电，但由于该电流是逐渐增加的，所以能防止向线圈的过电压的产生。通过向闭合用线圈5～7电流放电，可动元件22通过电磁力从断开状态转移为接通状态，在接通状态下通过永久磁铁23的磁束保持为接通状态。在此，在操作电路1中为了完成闭合动作，通过设置具有充分时间幅度的定时器、延迟开关等在一定时间幅度下关闭电流的装置，关闭放电开关14，并关闭向闭合用线圈的通电，能不使用特殊的电流检测装置而执行放电开关14的关闭。在上述放电开关14的关闭时，由于感应开关18处于开启状态，所以关闭电流在感应切断开关18和二极管16侧环流并逐渐衰减，在闭合用线圈57的端子之间不产生过电压，能防止闭合用线圈5～7中的绝缘破坏。

接着，如果在闭合用线圈5～7的关闭时的电流下降过程中关闭感应切断开关18，则由于闭合用线圈的关闭时的电流成为0，所以有可能在闭合用线圈57的端子之间产生过电压。在本发明相关的操作电路中，在放电开关14关闭后，设置为到闭合用线圈5～7的电流成为接近几乎为0的值(可以看作是0的值)为止的一定时间幅度下使感应切断开关18关闭，由此能防止闭合用线圈5～7的过电压。能通过产品出厂时的检查而比较容易地求出这些一定的时间幅度。

感应切断开关18被设置为在通电时序完全结束后维持关闭状态，在下一个切断动作时，感应切断开关18不关闭，能使感应电流不流过作为非励磁一方的闭合用线圈5～7，能提高断开接触动作时的效率。

另外，在停电时的手动切断操作时，通过可动元件移动而永久磁铁23的磁束变化，在闭合用线圈5～7中激励出感应电流，但由于在前次闭合动作结束后的无通电时感应切断开关18处于关闭状态，所以不流过闭合用线圈5～7的感应电流，能平缓并且确实地进行手动切断动作。

实施例11

图13表示了闭合动作时的可动元件22的位移的变化47和闭合用线圈5～7的通电电流波形48。一般，在闭合动作中，由于真空阀26受到很大冲击，所以在通常的断路器中为了确保真空阀26的耐久性，而有必要将可动元件22的接通时的速度抑制在某一定等级以下。另一方面，在操作机构19中，越接近接通状态则作用于可动元件的电磁力越大，可动元件的加速度有增大的倾向。所以如图13所示，在可动元件被充分加速后，一旦通过关闭放电开关14切断通电电流来抑制基于电磁力的加速，并且通过在接通之前再次开启放电开关14并再次接通电流，能防止作为接通时的临界现象的振荡。据此，就能将施加到真空阀26的冲击力抑制到最小限度，从而能延长断路器的寿命并提高其可靠性。

在本实施例中，主要举例说明了电力开关装置的操作电路，但本发明并不仅限于此，本发明当然还可以适用于用于汽车的阀控制、燃料阀控制、或线性可动元件等操作机构用的操作电路。另外，在本实施例中，使用与现有例子不同的操作机构进行了说明，但作为对象的操作机构可以是任意的形状，如果是由具有磁耦合的多个线圈和电磁作用驱动的操作机构，则本发明当然可以适用于任意的机构中。

综上所述，本发明相关的操作电路是具有一对线圈且其构成为可动元件在该线圈之间进行驱动的操作机构的操作电路，由于其构成为连接着抑制一方线圈的励磁电流断路时的过电压，并且在另一方线圈励磁时切断在一方线圈中产生的感应电流的装置，所以能显著提高操作机构的动作效率，并且能在过电压下保护线圈。

Claims (10)

1.一种操作电路，是具有一对线圈且构成为由可动元件在上述线圈之间驱动的操作结构的操作电路，其特征在于：

与一装置连接，该装置抑制一方线圈的励磁电流断路时的过电压，并且切断另一方线圈励磁时在一方线圈中产生的感应电流，

上述装置与上述线圈并联连接，并由二极管和感应切断开关构成，

在关闭用于使上述线圈的励磁电流流通的励磁装置后，经过一定的时间间隔再关闭上述感应切断开关。

2.根据权利要求1所述的操作电路，其特征在于：

在用于使上述线圈的励磁电流流通的励磁装置中使用电容器，并且对应各个线圈分别配置一个电容器，充电电路对所有的电容器设置一个。

3.根据权利要求1所述的操作电路，其特征在于：

在开启上述感应切断开关的同时或之后，开启放电开关。

4.根据权利要求2所述的操作电路，其特征在于：

在关闭用于使上述线圈的励磁电流流通的励磁装置后，经过一定的时间间隔再关闭上述感应切断开关。

5.根据权利要求3所述的操作电路，其特征在于：

在关闭用于使上述线圈的励磁电流流通的励磁装置后，经过一定的时间间隔再关闭上述感应切断开关。

6.根据权利要求1所述的操作电路，其特征在于：

线圈不通电时，关闭感应切断开关。

7.根据权利要求3所述的操作电路，其特征在于：

线圈不通电时，关闭感应切断开关。

8.根据权利要求1所述的操作电路，其特征在于：

在接通驱动可动元件的一方线圈的励磁电流后，在经过规定时间而关闭放电开关后，在可动元件的动作结束前的规定时间之后再次开启放电开关。

9.根据权利要求2所述的操作电路，其特征在于：

在接通驱动可动元件的一方线圈的励磁电流后，在经过规定时间而关闭放电开关后，在可动元件的动作结束前的规定时间之后再次开启放电开关。

10.一种电力开关装置，其特征在于：

使用了权利要求1～9中任意一项所述的操作电路。

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