CN101399124B - 一种双稳态永磁操作机构的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动控制的操作机构，具体说是一种双稳态永磁操作机构的控制电路。包括永磁操作机构和连接在永磁操作机构脉冲线圈上的脉冲信号控制电路，脉冲信号控制电路包括分闸储能电路、合闸储能电路、分闸接触开关、合闸接触开关，通过分闸接触开关和合闸接触开关将永磁操作机构脉冲线圈连接在电路中，使之在合闸时串联使用，分闸时并联使用。这样降低了合闸前期机件偏高的运行速度，有利于降低合闸噪音并延长机件的使用寿命；提高了分闸初期的刚分速度，有利于降低分闸电弧的产生。充分利用双稳态永磁操作机构中的两个线圈，节约原材料，减小机构体积、降低故障率。

Description

一种双稳态永磁操作机构的控制电路

技术领域

本发明涉及一种自动控制的操作机构，具体说是一种双稳态永磁操作机构的控制电路。

背景技术

永磁操作机构是利用脉冲电磁力实现状态转换、永磁力促进动作完成并保持状态的一种机械装置。例如，中国专利“一种真空开关的永磁操作机构”，专利号：98220417.5。公开了一种这样的永磁操作机构，它包括一输出轴，在输出轴上套固有铁芯，在铁芯的侧面外套装有永磁体，在永磁体的两端外侧各放置一脉冲线圈，输出轴从该两脉冲线圈的中心部位穿过外伸。这种永磁操作机构具有动作迅速、动作完成以后能够自动保持状态的稳定等特点，常用来作为电力开关的操作机构。但在实际使用过程中发现，在操作过程中如果分别对分、合闸线圈施加脉冲，虽然可以达到分、合闸的目的，但动作噪音较大，电力损耗也大。这种永磁操作机构的刚合速度偏高，合闸噪音大，而刚分速度偏低，分断能力较差。针对真空断路器的分、合闸操作来说，最好的设计是：合闸动作的前期速度相对较慢，刚合之后使合闸脉冲峰值电流达到最大值，有利于降低噪音、提高机件的使用寿命；分闸动作要快，尤其是刚分速度要快，在分闸后期加速度减小，以降低机件的撞击，同时减少刚分时的拉弧现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种分、合闸动作噪音小、寿命长、速度更趋合理、结构紧凑、故障率低的双稳态永磁操作机构的控制电路。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明所述的一种双稳态永磁操作机构的控制电路包括永磁操作机构和连接在永磁操作机构脉冲线圈上的脉冲信号控制电路，永磁操作机构的外壳中设置有输出轴，输出轴穿过外壳两端的端盖外伸，其前端与执行机构连接，输出轴上固定有铁芯，铁芯的外侧设置有永磁体，永磁体与外壳固定连接，永磁体的两端分别设置第一脉冲线圈和第二脉冲线圈，其特征在于：所述的脉冲信号控制电路包括分闸储能电路、合闸储能电路、分闸接触开关、合闸接触开关，分闸接触开关和合闸接触开关均为三联同步开关，其中分闸接触开关的第一组分闸接触触点的两端分别连接分闸储能电路的负极端和第一脉冲线圈的上端，第一脉冲线圈的上端通过第二单向二极管连接到第二脉冲线圈的上端；分闸接触开关的第三组分闸接触触点的两端分别连接分闸储能电路的正极端和第二脉冲线圈的下端，第二脉冲线圈的下端通过第一单向二极管连接到第一脉冲线圈的下端；合闸接触开关的第一组合闸接触触点的两端分别连接第一脉冲线圈的上端和合闸储能电路的正极端；合闸接触开关的第二组合闸接触触点的两端分别连接第一脉冲线圈的下端和第二脉冲线圈的上端；合闸接触开关的第三组合闸接触触点的两端分别连接第二脉冲线圈的下端和合闸储能电路的负极端。

上述合闸储能电路包括合闸限流电阻、放电电阻和合闸储能电容，其中放电电阻的两端分别连接直流电源的两输出端，合闸限流电阻的一端连接合闸储能电容的正极，另一端连接直流电源的正极，合闸储能电容的负极连接直流电源的负极。

上述分闸储能电路包括串联后连接在直流电源两端的二级充电限流电阻和二级储能电容，另有分闸限流电阻和分闸储能电容串联后连接在直流电源的两端，分闸接触开关的第二组分闸接触触点与放电限流电阻、分闸二极管串联后连接在二级充电限流电阻和放电限流电阻的公共端、分闸限流电阻和分闸储能电容的公共端；补充限流电阻的一端连接第二组分闸接触触点与分闸二极管的公共端，另一端连接直流电源的正极端。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

A)降低了合闸前期机件偏高的运行速度，有利于降低合闸噪音并延长机件的使用寿命；B)提高了分闸初期的刚分速度，有利于降低分闸电弧的产生。C)充分利用双稳态永磁操作机构中的线圈，节约原材料，减小机构体积。控制部件和电子元件数量减少，控制电路的故障率大大降低。

附图说明

图1是本发明一个实施例的永磁操作机构的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的脉冲信号控制电路的电路图。

具体实施方式

如附图所示，本发明所述的一种双稳态永磁操作机构的控制电路包括永磁操作机构和连接在永磁操作机构脉冲线圈上的脉冲信号控制电路。如图1所示，永磁操作机构的外壳1中设置有输出轴2，输出轴2穿过外壳1两端的端盖15外伸，其前端通过连接销与执行机构连接，后端固定连接有端帽9。外壳1和端盖15的材料都是易导磁的铁质。输出轴2与外壳1的接触部位套装有防磁轴套，输出轴2位于外壳1内部的中段固定安装有铁芯3，铁芯3的外侧设置有永磁体4，永磁体4与外壳1固定连接，永磁体4的两端分别设置第一脉冲线圈L1和第二脉冲线圈L2。

永磁操作机构的工作原理如下：给第一脉冲线圈L1或第二脉冲线圈L2加入脉冲电流，脉冲电流在线圈中产生感应磁场，该感应磁场一部分用以抵消永磁体4产生的磁场，另一部分作用于铁芯3，产生吸力，使铁芯3移动，并最终在电磁力和永磁体吸引力双重作用下吸附在一侧端盖15上。铁芯3移动时，带动连接在输出轴2上的执行机构完成分合闸动作。线圈中的电流消失后，脉冲电流产生的磁场也随之消失，在永磁体4产生的磁场作用下，铁芯3仍然被吸附在端盖15上，开关保持原有的工作状态。当需要改变工作状态时，即当需要执行分闸或合闸的动作时，只需要在第一脉冲线圈L1或第二脉冲线圈L2中加入相反方向的脉冲电流，即可使输出轴2反向移动，铁芯3吸附在另一侧端盖15上，实现工作状态的转变，并保持稳定。

如图2所示，所述的脉冲信号控制电路包括分闸储能电路FZ、合闸储能电路HZ、分闸接触开关、合闸接触开关。分闸接触开关和合闸接触开关均为三联同步接触开关，即每一开关上有三组触点，三组接触触点同时动作。其中分闸接触开关的第一组分闸接触触点FZJ1的两端分别连接分闸储能电路的负极端和第一脉冲线圈L1的上端，第一脉冲线圈L1的上端通过第二单向二极管D2连接到第二脉冲线圈L2的上端；分闸接触开关的第三组分闸接触触点FZJ3的两端分别连接分闸储能电路的正极端和第二脉冲线圈L2的下端，第二脉冲线圈L2的下端通过第一单向二极管D1连接到第一脉冲线圈L2的下端；合闸接触开关的第一组合闸接触触点HZJ1的两端分别连接第一脉冲线圈L1的上端和合闸储能电路HZ的正极端；合闸接触开关的第二组合闸接触触点HZJ2的两端分别连接第一脉冲线圈L1的下端和第二脉冲线圈L2的上端；合闸接触开关的第三组合闸接触触点HZJ3的两端分别连接第二脉冲线圈L2的下端和合闸储能电路HZ的负极端。

工作中，需要合闸操作的时候，合闸接触开关上的三组接触触点同时闭合，而分闸接触开关上的第一组分闸接触触点FZJ1、第三组分闸接触触点FZJ3处于开路状态，第二组分闸接触触点FZJ2处于闭合状态。从合闸储能电路正极端流出的电流依次经过第一组合闸接触触点HZJ1、第一脉冲线圈L1、第二组合闸接触触点HZJ2、第二脉冲线圈L2、第三组合闸接触触点HZJ3，回到合闸储能电路的负极端。此时，第一脉冲线圈L1和第二脉冲线圈L2其实是串联使用的，其放电时间常数增大，合闸脉冲峰值电流延迟到刚合之后，在保证有效合闸的前提下，有利于减轻合闸动作前期便高的运动速度，降低合闸噪音，延长使用寿命。

当需要分闸操作的时候，合闸接触开关上的三组接触触点处于开路状态，分闸接触开关上的第一组分闸接触触点FZJ1、第三组分闸接触触点FZJ3同时闭合，而第二组分闸接触触点FZJ2断开。从分闸储能电路正极端流出的电流经过第三组分闸接触触点FZJ3以后分成两路，其中一路依次经过第一单向二极管D1、第一脉冲线圈L1、第一组分闸接触触点FZJ1回到分闸储能电路的负极端；另一路依次经过第二脉冲线圈L2、第二单向二极管D2、、第一组分闸接触触点FZJ1回到分闸储能电路的负极端；这样其实是把第一脉冲线圈L1和第二脉冲线圈L2并联起来使用，其放电时间常数减小，使合闸脉冲电流峰值提前，有利于提高操作机构的刚分速度，降低机构分闸后期的运动速度，减小机械撞击。

合闸储能电路HZ主要由大容量电解电容及其***电路构成，其作用是为合闸动作提供瞬间大电流。合闸储能电路HZ包括合闸限流电阻R1、放电电阻R2和合闸储能电容C1，其中放电电阻R2的两端分别连接直流电源的两输出端，合闸限流电阻R1的一端连接合闸储能电容C1的正极，另一端连接直流电源的正极，合闸储能电容C1的负极连接直流电源的负极。合闸储能电容C1的作用是储存一定数量的电荷，提供合闸过程中对大电流的需求；合闸限流电阻R1的作用是在合闸储能电容C1充电的过程中避免产生超负荷的大电流；放电电阻R2的作用是减少瞬间高电压对合闸储能电容C1的影响。

分闸储能电路FZ主要由大容量电解电容及其***电路构成，其作用是为分闸动作提供瞬间大电流。分闸储能电路FZ包括串联后连接在直流电源两端的二级充电限流电阻R4和二级储能电容C3，另有分闸限流电阻R3和分闸储能电容C2串联后连接在直流电源的两端，分闸接触开关的第二组分闸接触触点FZJ2与放电限流电阻R5、分闸二极管D3串联后连接在二级充电限流电阻R4和放电限流电阻R5的公共端、分闸限流电阻R3和分闸储能电容C2的公共端；补充限流电阻R6的一端连接第二组分闸接触触点FZJ2与分闸二极管D3的公共端，另一端连接直流电源的正极端。分闸储能电容C2的作用是储存一定数量的电荷，提供分闸过程中对大电流的需求；二级储能电容C3的作用是预先储存一定数量的电荷，在分闸储能电容C2放电完成以后、充电完成之前，在不增加直流电源容量的前提下，给分闸储能电容C2快速充电，为下一次分闸做准备，使分闸储能电路FZ能满足真空断路器在重合时的连续分闸需求。分闸二极管D3的租用是在直流电源容量一定的情况下，优先保证对分闸储能电容C2的补充充电。

分闸储能电路FZ的工作原理如下：在分闸操作过程中，第一组分闸接触触点FZJ1、第三组分闸接触触点FZJ3闭合，第二组分闸接触触点FZJ2断开，分闸储能电容C2放电；再次合闸期间，第一组分闸接触触点FZJ1、第三组分闸接触触点FZJ3断开，第二组分闸接触触点FZJ2闭合，二级储能电容C3通过放电限流电阻R5和分闸二极管D3向分闸储能电容C2补充充电，与此同时，直流电源也分别通过分闸限流电阻R3和补充限流电阻R6向分闸储能电容C2充电，这样可以保证在对分闸储能电容C2的快速充电，满足快速重合闸的要求。

Claims (3)

1.一种双稳态永磁操作机构的控制电路，包括永磁操作机构和连接在永磁操作机构脉冲线圈上的脉冲信号控制电路，永磁操作机构的外壳(1)中设置有输出轴(2)，输出轴(2)穿过外壳(1)两端的端盖(15)外伸，其前端与执行机构连接，输出轴(2)上固定有铁芯(3)，铁芯(3)的外侧设置有永磁体(4)，永磁体(4)与外壳(1)固定连接，永磁体(4)的两端分别设置第一脉冲线圈(L1)和第二脉冲线圈(L2)，其特征在于：所述的脉冲信号控制电路包括分闸储能电路(FZ)、合闸储能电路(HZ)、分闸接触开关、合闸接触开关，分闸接触开关和合闸接触开关均为三联同步接触开关，其中分闸接触开关的第一组分闸接触触点(FZJ1)的两端分别连接分闸储能电路(FZ)的负极端和第一脉冲线圈(L1)的上端，第一脉冲线圈(L1)的上端通过第二单向二极管(D2)连接到第二脉冲线圈(L2)的上端；分闸接触开关的第三组分闸接触触点(FZJ3)的两端分别连接分闸储能电路(FZ)的正极端和第二脉冲线圈(L2)的下端，第二脉冲线圈(L2)的下端通过第一单向二极管(D1)连接到第一脉冲线圈(L1)的下端；合闸接触开关的第一组合闸接触触点(HZJ1)的两端分别连接第一脉冲线圈(L1)的上端和合闸储能电路(HZ)的正极端；合闸接触开关的第二组合闸接触触点(HZJ2)的两端分别连接第一脉冲线圈(L1)的下端和第二脉冲线圈(L2)的上端；合闸接触开关的第三组合闸接触触点(HZJ3)的两端分别连接第二脉冲线圈(L2)的下端和合闸储能电路(HZ)的负极端。

2.根据权利要求1所述的一种双稳态永磁操作机构的控制电路，其特征在于：所述的合闸储能电路(HZ)包括合闸限流电阻(R1)、放电电阻(R2)和合闸储能电容(C1)，其中放电电阻(R2)的两端分别连接直流电源的两输出端，合闸限流电阻(R1)的一端连接合闸储能电容(C1)的正极，另一端连接直流电源的正极，合闸储能电容(C1)的负极连接直流电源的负极。

3.根据权利要求1所述的一种双稳态永磁操作机构的控制电路，其特征在于：所述的分闸储能电路(FZ)包括串联后连接在直流电源两端的二级充电限流电阻(R4)和二级储能电容(C3)，另有分闸限流电阻(R3)和分闸储能电容(C2)串联后连接在直流电源的两端，分闸接触开关的第二组分闸接触触点(FZJ2)与放电限流电阻(R5)、分闸二极管(D3)串联后连接在二级充电限流电阻(R4)和放电限流电阻(R5)的公共端、分闸限流电阻(R3)和分闸储能电容(C2)的公共端；补充限流电阻(R6)的一端连接第二组分闸接触触点(FZJ2)与分闸二极管(D3)的公共端，另一端连接直流电源的正极端。

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