CN218333593U - 一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，包括同轴嵌套的两段式运动结构和真空灭弧室，所述同轴嵌套的两段式运动结构包括第一运动体和第二运动体，所述真空灭弧室的内部设置有静触头和动触头，所述第一运动体包括中轴套、吸板、涡流盘和涡流盘套，所述第二运动体包括动触头、绝缘拉杆、中轴杆和超程螺母，所述中轴杆通过绝缘拉杆连接真空灭弧室中的动触头，所述中轴杆的下端设置有超程螺母，所述中轴杆的外部设置有中轴套，所述中轴杆和中轴套之间设置有弹性件。本实用新型中，本操动机构可以稳定的实现合闸无弹跳，减少了真空灭弧室触头的磨损，大大提高了真空灭弧室的机械和电气寿命。

Description

一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构

技术领域

本实用新型涉及快速真空断路器技术领域，尤其涉及一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构。

背景技术

快速涡流驱动永磁真空断路器(以下简称快速真空断路器)，是区别于普通弹簧操动机构真空断路器的一种快速真空断路器，其分闸时间2-5ms相比普通弹簧操动机构真空断路器快了1个数量级，其合闸时间10-20ms也远优于普通弹簧操动机构真空断路。

但是，目前现有的快速涡流驱动永磁操动机构在满足分、合闸动作快速性的同时，无法避免合闸弹跳，且真空断路器合闸过程中的弹跳会加速真空灭弧室触头的电磨损，特别是在关合峰值电流时，过长的合闸弹跳时间会导致真空灭弧室动、静触头发热熔焊从而导致真空灭弧室电寿命缩短甚至报废。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决目前现有的快速涡流驱动永磁操动机构在满足分、合闸动作快速性的同时，无法避免合闸弹跳，且真空断路器合闸过程中的弹跳会加速真空灭弧室触头的电磨损，特别是在关合峰值电流时，过长的合闸弹跳时间会导致真空灭弧室动、静触头发热熔焊从而导致真空灭弧室电寿命缩短甚至报废的问题，而提出的一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，包括同轴嵌套的两段式运动结构和真空灭弧室，所述同轴嵌套的两段式运动结构包括第一运动体和第二运动体，所述真空灭弧室的内部设置有静触头和动触头，所述第一运动体包括中轴套、吸板、涡流盘和涡流盘套，所述第二运动体包括动触头、绝缘拉杆、中轴杆和超程螺母，所述中轴杆通过绝缘拉杆连接真空灭弧室中的动触头，所述中轴杆的下端设置有超程螺母，所述中轴杆的外部设置有中轴套，所述中轴杆和中轴套之间设置有弹性件，所述中轴套上从上至下依次设置有吸板、涡流盘套、涡流盘和涡流盘螺母，所述中轴套的外部位于吸板的上方设置有上磁槽，所述上磁槽的内部安装有合闸保持磁钢，所述上磁槽的底部通过多组支撑棒设置有下磁槽，且下磁槽位于涡流盘的上方，所述下磁槽的内部安装有分闸保持磁钢，所述下磁槽通过多组支撑棒设置有安装槽，所述安装槽的内部设置有合闸线圈，所述所述下磁槽的内部设置有分闸线圈。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述分闸线圈和合闸线圈均为空心电感线圈。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述涡流盘为导电性良好的非导磁材料盘。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述弹性件为弹簧或碟簧。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中，本操动机构可以稳定的实现合闸无弹跳，减少了真空灭弧室触头的磨损，大大提高了真空灭弧室的机械和电气寿命；本操动机构结构简单，易于装配和调试，并不需要以苛刻的装配精密度来实现产品性能；本操动机构可以根据不同电压等级、开断电流的真空灭弧室对机械特性的需求指标来进行适应性带入设计，可以实现80kA短路电流开断能力。

附图说明

图1示出了根据本实用新型实施例提供的合闸状态结构示意图。

图例说明：

1、真空灭弧室；2、静触头；3、动触头；4、绝缘拉杆；5、中轴杆；6、弹性件；7、中轴套；8、上磁槽；9、合闸保持磁钢；10、吸板；11、支撑棒；12、下磁槽；13、分闸保持磁钢；14、涡流盘套；15、分闸线圈；16、合闸线圈；17、涡流盘螺母；18、涡流盘；19、超程螺母。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种技术方案：一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，包括同轴嵌套的两段式运动结构和真空灭弧室1，同轴嵌套的两段式运动结构包括第一运动体和第二运动体，真空灭弧室1的内部设置有静触头2和动触头3，第一运动体包括中轴套7、吸板10、涡流盘18和涡流盘套14，第二运动体包括动触头3、绝缘拉杆4、中轴杆5和超程螺母19，中轴杆5通过绝缘拉杆4连接真空灭弧室1中的动触头3，中轴杆5的下端设置有超程螺母19，中轴杆5的外部设置有中轴套7，中轴杆5和中轴套7之间设置有弹性件6，中轴套7上从上至下依次设置有吸板10、涡流盘套14、涡流盘18和涡流盘螺母17，中轴套7的外部位于吸板10的上方设置有上磁槽8，上磁槽8 的内部安装有合闸保持磁钢9，上磁槽8的底部通过多组支撑棒11设置有下磁槽 12，且下磁槽12位于涡流盘18的上方，下磁槽12的内部安装有分闸保持磁钢 13，下磁槽12通过多组支撑棒11设置有安装槽，安装槽的内部设置有合闸线圈 16，下磁槽12的内部设置有分闸线圈15，同轴嵌套是指连接动触头3的中轴杆 5同轴内嵌在中轴套7中，弹性件6弹簧因第一运动体和第二运动体的相对位移而产生形变，从而提供本机构所需的预压力、触头压力以及合闸缓冲力，合闸状态时第一运动体的涡流盘套14和第二运动体的超程螺母19之间设置超程距离，从而控制触头开距、预压力、碰撞时间和碰撞速度，通过储能电容对分闸线圈15 和合闸线圈16放电从而推动第一运动体中的涡流盘18运动，实现与第二运动体相对位移使弹性件6形变，通过分闸保持磁钢13、合闸保持磁钢9对吸板10的吸合，使两个运动体在弹性件6形变受力的状态下能够保持分、合闸稳态，满足真空灭弧室1触头压力和触头预压力，中轴杆5承受弹性件6的压力并传递到动触头3成为触头压力，同时中轴杆5的下端连接超程螺母19构成被动运动机构中轴套7用于连接吸板10、涡流盘套14、涡流盘18和涡流盘螺母17构成原动运动机构，同时承受弹性件6的压力并传递到整个原动运动机构，通过合闸保持磁钢9对吸板10的稳定吸合来实现合闸保持，通过分闸保持磁钢13对吸板10 的稳定吸合来实现分闸保持，实现双稳态永磁保持。

具体的，如图1所示，分闸线圈15和合闸线圈16均为空心电感线圈，涡流盘18为导电性良好的非导磁材料盘，弹性件6为弹簧或碟簧，当需要操动机构分闸时通过储能电容向分闸线圈15LC放电使涡流盘18受到涡流感应的电磁斥力，从而推动原动运动机构脱离合闸保持状态做向下的分闸运动；当需要操动机构合闸时通过储能电容向合闸线圈16LC放电使涡流盘18受到涡流感应的电磁斥力，从而推动原动运动机构脱离分闸保持状态做向上的合闸运动；涡流盘套14 是用于连接吸板10与涡流盘18的结构件，所述涡流盘螺母17是用于夹紧中轴套7、吸板10、涡流盘套14、涡流盘18等原动运动机构的结构紧固件；超程螺母19是固定在中轴杆5上，通过与涡流盘螺母17相对位置的调节来实现运动超程的自由调节，并承受涡流盘螺母17的撞击从而实现原动运动机构与被动运动机构的关联运动；

所述储能电容是一种电能存储电器元件，可以是薄膜电容也可以是电解电容，日常浮充电压并储存电能，操动机构需要分合闸操作时，瞬间对分闸线圈 15、合闸线圈16进行LC放电。

工作原理：使用时，两段式运动机构：1、由中轴套7连接吸板10、涡流盘 18并在下端由涡流盘螺母17紧固为一体式的结构部件，该部件中利用涡流盘18 承受分合闸线圈16的涡流推斥力作为运动的原动力，利用吸板10承受上、下磁钢的吸力来保持合、分闸状态的稳定，利用弹性件6的形变位移来产生压力提供预压力、触头压力以及合闸防弹跳缓冲力，是操动机构的第一运动体(主动运动)，以下简称m1；2、由中轴杆5上部通过绝缘拉杆4连接动触头3，中部同轴内嵌在中轴套7中，底部伸出中轴套7并固定有超程螺母19，来联动动触头3的分、合闸运动，是操动机构的第二运动体(被动运动)，以下简称m2；3、分闸过程中，储能电容对分闸线圈15LC放电在涡流盘18中产生涡流斥力推动涡流盘18 (连带整个第一运动体m1)向下运动，m1在运动了H1超程距离后撞击第二运动体m2，二者一起向下做分闸运动，m1和m2一起继续运动H2开距距离后吸板10 被下磁钢吸合，保持稳定的分闸状态，完成分闸；④合闸过程中，储能电容对合闸线圈16LC放电在涡流盘18中产生涡流斥力推动涡流盘18(连带整个第一运动体m1)向上运动，由于中轴套7和中轴杆5之间弹性件6对力和运动的传导作用， m2和m1一起向上运动，二者在运动了H2开距距离后真空灭弧室1中动静触头闭合，中轴套7继续压缩弹性件6来增大触头压力，同时弹性件6的压力作用在真空灭弧室1中的动触头3上抑制合闸弹跳，直至吸板10被上磁钢吸合，保持稳定的合闸状态，完成合闸；

在分闸过程中，m1受到的分闸方向合力F分＝涡流推力8000N+触头压力 8000N-上磁钢吸力10000N＝6000N(说明：分闸运动刚启动阶段下磁钢吸力忽略，重力≤50N也忽略不计)。m1脱离合闸保持的稳定状态，开始做分闸方向的加速运动；分闸运动可以分为2个运动过程：①m1从启动到行程至H1(超程)距离，此过程等效为m1运动体受6000N的分闸合力向下做加速运动(力的变量较小，可模拟为匀加速直线运动进行理论计算，再通过样机实测进行参数修正)；②m1行程至H1(超程)距离通过涡流盘螺母17与m2的超程螺母19碰撞，将运动冲量传递到m2后，m1和m2一起继续向下运动H2(开距)距离，直至吸板10与下磁钢接触并保持分闸稳态完成分闸。

F分＝m1×a分→a分＝F分/m1＝1500m/s²

H1＝1/2×a分×T分²→T分＝√(2×H1/a分)＝2.31ms即动作机构的设计刚分时间为2.31ms，满足快速真空断路器分闸时间≤3ms的技术指标。

m1和m2碰撞前，m1的初速度v1＝a分×T分＝3.45m/s

m1和m2碰撞后，m1×v1＝(m1+m2)×v2

→v2＝1.725m/s，即动触头3的刚分速度为1.725m/s，满足≥50kA的真空灭弧室1对动作机构机械特性的要求指标。

在合闸过程中，m1受到合闸方向的合力F合＝涡流推力7000N+触头反力300N- 下磁钢吸力6000N-重力80N＝1220N。合闸运动同样分为2个运动过程：①合闸运动初断，m1受合闸合力的影响脱离分闸保持的稳定状态，通过弹性件6弹力对力和运动的传递，m1和m2为同步运动体做向上的加速运动，弹性件6弹力为该运动体的内部力，不影响该运动体的运动特性；②当合闸运动行程达到H2(开距) 距离时，m2连接的动触头3碰撞到静触头2停止，m1继续向上运动并由于二者相对位移的关系压缩弹性件6超程，获得足够大的触头压力和对m2反弹的阻力，使m2碰撞静触头2的同时不会产生合闸弹跳。

将合闸运动的初段运动过程等效为匀加速直线运动：

F合＝(m1+m2)×a合→a合＝F合/(m1+m2)＝152.5m/s²

H2＝1/2×a合×T合²→T合＝√(2×H2/a合)＝12.55ms即动作机构的设计刚合时间为12.55ms，满足快速真空断路器分闸时间≤15ms的技术指标，同时可以实现合闸无弹跳。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，其特征在于，包括同轴嵌套的两段式运动结构和真空灭弧室(1)，所述同轴嵌套的两段式运动结构包括第一运动体和第二运动体，所述真空灭弧室(1)的内部设置有静触头(2)和动触头(3)，所述第一运动体包括中轴套(7)、吸板(10)、涡流盘(18)和涡流盘套(14)，所述第二运动体包括动触头(3)、绝缘拉杆(4)、中轴杆(5)和超程螺母(19)，所述中轴杆(5)通过绝缘拉杆(4)连接真空灭弧室(1)中的动触头(3)，所述中轴杆(5)的下端设置有超程螺母(19)，所述中轴杆(5)的外部设置有中轴套(7)，所述中轴杆(5)和中轴套(7)之间设置有弹性件(6)，所述中轴套(7)上从上至下依次设置有吸板(10)、涡流盘套(14)、涡流盘(18)和涡流盘螺母(17)，所述中轴套(7)的外部位于吸板(10)的上方设置有上磁槽(8)，所述上磁槽(8)的内部安装有合闸保持磁钢(9)，所述上磁槽(8)的底部通过多组支撑棒(11)设置有下磁槽(12)，且下磁槽(12)位于涡流盘(18)的上方，所述下磁槽(12)的内部安装有分闸保持磁钢(13)，所述下磁槽(12)通过多组支撑棒(11)设置有安装槽，所述安装槽的内部设置有合闸线圈(16)，所述下磁槽(12)的内部设置有分闸线圈(15)。

2.根据权利要求1所述的一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，其特征在于，所述分闸线圈(15)和合闸线圈(16)均为空心电感线圈。

3.根据权利要求1所述的一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，其特征在于，所述涡流盘(18)为导电性良好的非导磁材料盘。

4.根据权利要求1所述的一种合闸无弹跳的快速涡流驱动永磁真空断路器操动机构，其特征在于，所述弹性件(6)为弹簧或碟簧。

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