CN101315836B - 电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，本发明采用了圆台结构的电磁斥力装置涡流盘，相对于圆饼状的涡流盘而言，在保持涡流盘机械强度和出力能力的同时，很大程度地减小了操动机构运动***质量的增加，能够较大地提高操动机构的驱动负载的能力。本发明采用了自适应型的动作方案，避免了断路器频繁的高速动作，减轻了断路器的机械强度要求，能有效地延长断路器的动作寿命。
Description
技术领域
本发明属于电力***断路器中使用的操动机构，特别涉及电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构。
背景技术
目前真空断路器的操动机构主要有电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构等。
电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了比较广泛的应用，但是电磁操动机构结构笨重，动作时间较长。
弹簧操动机构是真空断路器最常用的一类操动机构，它的优点是不需要大功率的直流电源，只需要一个小功率的交直流两用的储能电动机，其缺点是结构比较复杂，零件数量多，且要求加工精度高，故障率较高。并且弹簧操动机构的出力特性与真空断路器的负载特性不相匹配，要在轮廓曲线和连杆结构上进行合理设计。
永磁操动机构是一种发展时间较短的操动机构，它使用永磁体取代了传统的锁扣装置实现真空断路器分、合闸位置的保持(有时只用永磁体作合闸保持而不作分闸保持)，永磁操动机构工作时主要运动部件只有一个，分、合闸电流小，对操作电源的要求较低，其噪音也低。永磁操动机构结构比较简单，动作可靠性高，机械寿命长，体积小，重量轻。但在目前条件下，永磁操动机构也无法达到非常高的动作速度。
文献《快速电磁推力致动机构》中介绍了一种快速电磁推力致动机构，其特征是设置在沿其移动方向上受到叠加的电磁力和碟簧推力的致动杆，该机构设置叠加的电磁力和碟簧推力使致动杆实现致动操作，其体积小且能产生较大的操作功和操作速度，实现快速动作。该装置利用“人”字型碟簧筒内可调节的具有一定压力的碟簧实现锁扣。
文献《A DC Hybrid Circuit Breaker With Ultra-Fast Contact Opening andIntegrated Gate-Commutated Thyristors(IGCTs)》中提出了结合电磁斥力装置(Thomson drive)和永磁机构的快速操动机构，该装置使用电磁斥力装置作为分闸动力，利用永磁机构进行分、合闸位置保持，该装置无需机械锁扣，应用于文中提出的断路器中时的平均动作速度达到10m/s。
上述快速操动机构中使用的电磁斥力装置都采用了圆饼状的涡流盘，当快速操动机构需要带动的负载较大时，需要电磁斥力装置提供非常大的电磁斥力才能达到较快的动作速度，此时为了提高电磁斥力机构涡流盘的机械强度，必然需要增加涡流盘的厚度，从而导致涡流盘质量的大幅增加，使操动机构运动***的运动惯量明显增大，不利于操动机构在大负载情况下进行快速操动；同时上述快速操动机构只提供了唯一的分闸动作方案，即利用电磁斥力装置实现快速动作分闸，当操动机构进行断路器的短路分闸时，快速动作是非常必要的，但在断路器的使用过程中，短路分闸并不常见，而额定电流下和空载时的分闸则较为频繁，频繁的高速动作将对断路器各方面的强度提出很高的要求，不利于保证断路器较长的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，该机构结构合理，运行可靠性高，使用寿命长。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明包括驱动杆，驱动杆通过电磁斥力装置线圈安装板中间的孔与电磁斥力装置金属涡流盘相连，电磁斥力装置金属涡流盘与单稳态永磁机构相连接，单稳态永磁机构的另一端与分闸弹簧相连接，分闸弹簧的另一端连接在固定框架上，电磁斥力装置线圈固定于电磁斥力装置线圈安装板上，电磁斥力装置线圈的一端与电磁斥力装置线圈供电电容的一端相连接，电磁斥力装置线圈的另一端、电磁斥力装置线圈供电电容的另一端分别与电子监控模块连接，电子监控模块与单稳态永磁机构的线圈的一端相连，单稳态永磁机构的线圈的另一端与单稳态永磁机构线圈分闸供电电容和单稳态永磁机构线圈合闸供电电容并联，单稳态永磁机构线圈分闸供电电容和单稳态永磁机构线圈合闸供电电容分别连接在电子监控模块上。
所述的固定框架上还固定有缓冲器。
本发明的效果体现在：
1)本发明采用了圆台结构的电磁斥力装置涡流盘，相对于圆饼状的涡流盘而言，在保持涡流盘机械强度和出力能力的同时，很大程度地减小了操动机构运动***质量的增加，能够较大地提高操动机构的驱动负载的能力。
2)本发明采用了自适应型的动作方案，避免了断路器频繁的高速动作，减轻了断路器的机械强度要求，能有效地延长断路器的动作寿命。
附图说明
图1为本发明在合闸保持状态下的结构示意图。
图2为本发明在分闸保持状态下的结构示意图。
下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。
具体实施方式
参见图1、图2所示，本发明主要由电磁斥力装置和单稳态永磁机构通过可轴向移动的驱动杆联接构成。
电磁斥力装置具有固定设置在驱动杆1上的电磁斥力装置金属涡流盘4和电磁斥力装置线圈安装板2上的电磁斥力装置线圈3，电磁斥力装置线圈安装板2可固定于本发明所应用的断路器框架上，电子监控模块14控制电磁斥力装置线圈供电电容11对电磁斥力装置线圈3进行供电。
单稳态永磁机构具有固定设置在驱动杆上的单稳态永磁机构动铁芯8，固定于本发明所应用断路器框架上的单稳态永磁机构静铁芯6，与单稳态永磁机构静铁芯6固联的单稳态永磁机构永磁体5和单稳态永磁机构线圈7，以及一端与驱动杆固联、另一端与固定框架16固联的分闸弹簧9，电子监控模块14控制预充电的单稳态永磁机构线圈分闸供电电容12和单稳态永磁机构线圈合闸供电电容13，针对不同的工作状态对单稳态永磁机构线圈7进行供电。
相应的结构设置还包括固联于固定框架16上的缓冲装置10，缓冲装置10的缓冲帽与驱动杆1位于同一轴线上。
整个机构为圆形结构，所有部件关于驱动杆轴向对称。
该机构的工作原理如下：
快速短路分闸：电子监控模块14控制预充电的电磁斥力装置线圈供电电容11对电磁斥力装置线圈3放电产生高频电流和磁场，在高频磁场的作用下，电磁斥力装置金属涡流盘4中感应出与电磁斥力装置线圈3中电流反向的涡流，线圈电流和涡流各自产生的磁场呈反向关系，二者相互作用产生互斥电动力，涡流盘带动驱动杆沿轴向运动，使驱动杆到达分闸保持位置(图2)，由处于拉伸状态的分闸弹簧9使驱动杆1维持在分闸保持位置。
额定电流下、空载时的常速分闸动作：电子监控模块14控制预充电的单稳态永磁机构线圈分闸供电电容12对单稳态永磁机构线圈7放电，该电流在动铁芯上端产生与永磁体磁场相反的磁场，使动铁芯受到的向上的合力小于向下的合力，动铁芯带动驱动杆沿轴向向下运动到达分闸保持位置，如图2，处于拉伸状态的分闸弹簧9使驱动杆1维持在分闸保持位置。
合闸：电子监控模块14控制与单稳态永磁机构分闸供电电容12预充电电压相反的单稳态永磁机构合闸供电电容13对单稳态永磁机构线圈7放电，该电流在静铁芯内部产生与永磁体磁场方向相同的磁场，使动铁芯上端受到的磁吸力增大，向上的合力大于向下的合力，动铁芯带动驱动杆沿轴向向上运动到达合闸保持位置，如图1，由单稳态永磁机构永磁体5产生磁吸力使驱动杆维持在合闸保持位置。
Claims (1)
1.电磁斥力***和永磁***相耦合的自适应操动机构，包括驱动杆(1)，其特征在于，驱动杆(1)通过电磁斥力装置线圈安装板(2)中间的孔与电磁斥力装置金属涡流盘(4)相连，电磁斥力装置金属涡流盘(4)与单稳态永磁机构(15)相连接，单稳态永磁机构(15)的另一端与分闸弹簧(9)相连接，分闸弹簧(9)的另一端连接在固定框架(16)上，电磁斥力装置线圈(3)固定于电磁斥力装置线圈安装板(2)上，电磁斥力装置线圈(3)的一端与电磁斥力装置线圈供电电容(11)的一端相连接，电磁斥力装置线圈(3)的另一端、电磁斥力装置线圈供电电容(11)的另一端分别与电子监控模块(14)连接，电子监控模块(14)与单稳态永磁机构(15)的线圈的一端相连，单稳态永磁机构(15)的线圈的另一端与单稳态永磁机构线圈分闸供电电容(12)和单稳态永磁机构线圈合闸供电电容(13)并联，单稳态永磁机构线圈分闸供电电容(12)和单稳态永磁机构线圈合闸供电电容(13)分别连接在电子监控模块(14)上，缓冲器(10)固定在固定框架(16)上,电磁斥力装置金属涡流盘(4)为圆台结构。
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