CN104167325B - 控制三线圈高压永磁操动机构的电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制三线圈高压永磁操动机构的电路及方法，其中控制电路包括电源模块、控制信号模块、电流监测模块和驱动电路；所述电源模块用于为控制信号模块、电流监测模块和驱动电路提供工作电压；所述控制信号模块用于向驱动电路提供驱动信号，驱动相应开关管；所述电流监测模块用于实时监测线圈中电流大小，将信息反馈给控制信号模块作为驱动策略的参考；所述驱动电路包括合闸线圈驱动电路S1、启动‑缓冲线圈驱动电路S2以及分闸线圈驱动电路S3。本发明依靠续流实现动铁心缓冲作用，避免了线圈电流过大对机构及控制电路的危害，同时满足动铁心缓冲要求；并简化了电路结构。
Description
技术领域
本发明涉及高压真空断路器领域，尤其是一种三线圈高压永磁操动机构的控制电路和控制方法。
背景技术
真空断路器所配操动机构通常有电磁式、弹簧式和永磁式三种。其中永磁式操动机构凭借其高可靠、低能耗、免维护，以及可实现同步操作等诸多优点，日益引起人们的关注。高压真空断路器对开距的要求较大，这就要求操动机构有更高的分合闸速度。例如126kV高压真空灭弧室需要的触头开距在60 mm左右，需要的分、合闸速度分别是3．5m／s和1．3m／s，与12 kV中压断路器的真空灭孤室相比，开距为其6倍左右，分、合闸速度为其2倍左右。而且，由于动铁心行程较大，造成动铁心起动时气隙磁阻很大，这就需要激磁线圈通入较大的激磁电流，从而引起温升、控制等一系列问题。
这些问题限制了永磁机构在高压真空断路器领域的应用。同时，由于传统永磁机构结构的问题，在分合闸行程末段，动铁心会加速运动，在结束运动时会有很大的冲击力，在合闸时会造成触头弹跳，并且缩减触头寿命。
发明内容
发明目的：一个目的是构建一种三线圈高压永磁操动机构的控制电路及控制方法，以解决现有技术存在的至少部分问题。
技术方案：一种用于控制三线圈高压永磁操动机构，包括电源模块、控制信号模块、电流监测模块和驱动电路；
所述电源模块用于为控制信号模块、电流监测模块和驱动电路提供工作电压；
所述控制信号模块用于向驱动电路提供驱动信号，驱动相应开关管；
所述电流监测模块用于实时监测线圈中电流大小，将信息反馈给控制信号模块作为驱动策略的参考；
所述驱动电路包括合闸线圈驱动电路S1、启动-缓冲线圈驱动电路S2以及分闸线圈驱动电路S3；
所述合闸线圈驱动电路S1包括合闸电容C1、主驱动开关管A、续流开关管B、合闸线圈L1、第一反向续流二极管1和第二反向续流二极管2；主驱动开关管A和续流开关管B 串联在合闸线圈L1两端，并连接到合闸电容C1两端，续流二极管1与线圈L1及续流开关管B并联，续流二极管2与主驱动开关管A及线圈L1并联。
所述启动-缓冲线圈驱动电路S2包括：合闸启动开关管F、分闸启动开关管E、启动-缓冲线圈L2和第五续流二极管5；第五续流二极管5与启动-缓冲线圈L2并联，并与分闸启动开关管E、合闸启动开关管F的发射极相连。
所述分闸线圈驱动电路S3包括：分闸电容C2、第二主驱动开关管C、第二续流开关管D、分闸线圈L3、第三反向续流二极管3和第四反向续流二极管4；第二主驱动开关管C和第二续流开关管D 串联在分闸线圈L3两端，并连接到分闸电容C2两端，第三反向续流二极管3与分闸线圈L3及第二续流开关管D并联，第四反向续流二极管4与第二主驱动开关管C及线圈L3并联。
所述启动-缓冲线圈驱动电路S2通过分闸启动开关管E与合闸电容C1串联，通过合闸启动开关管F与分闸电容C2串联。
一种上述三线圈高压永磁操动机构用控制电路的控制方法，该方法包括：在分闸或合闸时，控制相应电容为启动-缓冲线圈L2放电；
在分闸或合闸时，控制相应开关管关闭实现续流回路对放电电容反向充电；
在分闸或合闸过程中，实时监测放电线圈上的电流，控制开关管导通时间，调整线圈放电时间。
进一步的方案中，在合闸时，控制分闸电容C2向启动-缓冲线圈L2放电；
在分闸时，控制合闸电容C1向启动-缓冲线圈L2放电。
进一步的方案中，在合闸时，合闸线圈L1续流通过第一续流二极管1和第二续流二极管2向合闸电容C1充电；
在分闸时，分闸线圈L3续流通过第三续流二极管3和第四续流二极管4向分闸电容C2充电。
在进一步的方案中，分闸、合闸，启动-缓冲线圈中放电电流方向始终是同一方向，且在电流值达到一定数值时关断合闸启动开关管F和分闸启动开关管E，在保证电路电流不过大的情况下利用续流对机构动铁心进行缓冲。
有益效果：本发明将电路设计成双电容结构，在不增加电容的情况下完成机构动作，简化电路结构；另外，对启动-缓冲线圈中电流实时监控，在电流达到设定值时停止放电，依靠续流实现动铁心缓冲作用，避免了线圈电流过大对机构及控制电路的危害，同时满足动铁心缓冲要求；最后，通过续流控制开关实现线圈放电续流反向对放电电容充电，减小了电容放电压降。
附图说明
图1是本发明控制电路的结构示意图。
图2是本发明操动机构的结构示意图；
1 导杆、2 永磁保持机构、3 电磁驱动机构、4 合闸静铁心、5 合闸永磁体、6 分闸静铁心、7 分闸永磁体、8 保持动铁心、9 非磁性材料垫片、10 合闸线圈、11 启动-缓冲线圈、12 分闸线圈、13 驱动静铁心、14 驱动动铁心。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的三线圈高压永磁操动机构主要包括导杆1，间隔布置在导杆上并随其转动的保持动铁芯8和驱动动铁芯14。其中，保持动铁芯处设有合闸永磁体5、将合闸永磁体固定于保持动铁芯的永磁保持机构2，以及设置于合闸永磁体内外两侧的合闸静铁芯4。驱动动铁芯外周间隔设置有合闸线圈10、启动缓冲线圈11和分闸线圈12，以及驱动静铁芯13和电磁驱动机构3；驱动动铁芯的一侧设有非磁性垫片9，其上设有分闸永磁体7、永磁体保持机构2以及设置于分闸永磁体两侧的分闸静铁芯6。
为此设计了一种用于控制上述三线圈高压永磁操动机构的电路：包括电源模块、控制信号模块、电流监测模块和驱动电路；
电源模块用于为控制信号模块、电流监测模块和驱动电路提供工作电压；控制信号模块用于向驱动电路提供驱动信号，驱动相应开关管；电流监测模块用于实时监测线圈中电流大小，将信息反馈给控制信号模块作为驱动策略的参考；驱动电路包括合闸线圈驱动电路S1、启动-缓冲线圈驱动电路S2以及分闸线圈驱动电路S3；
如图1所示，合闸线圈驱动电路S1包括合闸电容C1、主驱动开关管A、续流开关管B、合闸线圈L1、第一反向续流二极管1和第二反向续流二极管2；主驱动开关管A和续流开关管B 串联在合闸线圈L1两端，并连接到合闸电容C1两端，续流二极管1与线圈L1及续流开关管B并联，续流二极管2与主驱动开关管A及线圈L1并联。
启动-缓冲线圈驱动电路S2包括：合闸启动开关管F、分闸启动开关管E、启动-缓冲线圈L2和第五续流二极管5；第五续流二极管5与启动-缓冲线圈L2并联，并与分闸启动开关管E、合闸启动开关管F的发射极相连。
分闸线圈驱动电路S3包括：分闸电容C2、第二主驱动开关管C、第二续流开关管D、分闸线圈L3、第三反向续流二极管3和第四反向续流二极管4；第二主驱动开关管C和第二续流开关管D 串联在分闸线圈L3两端，并连接到分闸电容C2两端，第三反向续流二极管3与分闸线圈L3及第二续流开关管D并联，第四反向续流二极管4与第二主驱动开关管C及线圈L3并联。
启动-缓冲线圈驱动电路S2通过分闸启动开关管E与合闸电容C1串联，通过合闸启动开关管F与分闸电容C2串联。
上述三线圈高压永磁操动机构用控制电路的控制方法包括如下步骤：
初始状态为开关管A-F 都处于关闭状态，合闸时，续流开关管B导通，随后合闸主驱动开关管A和合闸启动开关管F导通，合闸电容C1通过主驱动开关管A、续流开关管B向合闸线圈L1放电，同时分闸电容C2通过开关管F向启动-缓冲线圈L2放电，机构开始动作。
在合闸动作结束之前，电流监测模块实时监测启动-缓冲线圈L2中的电流大小，一旦达到电流上限，就关断合闸启动开关管F，停止对启动-缓冲线圈L2放电，启动-缓冲线圈L2中的电流通过第五续流二极管5进行续流。
在机构动作前期，启动-缓冲线圈L2中的电流对机构动铁心起辅助启动作用，在动作后期则对动铁心起缓冲作用。
在检测到动作完成后，合闸主驱动开关管A关闭，合闸电容C1停止对合闸线圈放电，随后续流开关管B关闭，合闸线圈中的电流通过第一续流二极管1、第二续流开关管2对合闸电容C1反向充电，补偿电容能量。
至此所有开关管恢复初始状态。如果不需要续流对电容充电，则可以延迟续流开关管B的导通时间，线圈中续流直接通过第一续流二极管1和续流开关管B形成回路。
分闸过程类似，简要描述如下：在分闸时，控制合闸电容C1向启动-缓冲线圈L2放电；分闸线圈L3续流通过第三续流二极管3和第四续流二极管4向分闸电容C2充电；
在分闸过程中，实时监测放电线圈上的电流，控制开关管导通时间，调整线圈放电时间。分闸、合闸，启动-缓冲线圈中放电电流方向始终是同一方向，且在电流值达到一定数值时关断合闸启动开关管F和分闸启动开关管E，在保证电路电流不过大的情况下利用续流对机构动铁心进行缓冲。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (3)
1.一种控制三线圈高压永磁操动机构的电路，其特征在于：包括电源模块、控制信号模块、电流监测模块和驱动电路；
所述电源模块用于为控制信号模块、电流监测模块和驱动电路提供工作电压；
所述控制信号模块用于向驱动电路提供驱动信号，驱动相应开关管；
所述电流监测模块用于实时监测线圈中电流大小，将信息反馈给控制信号模块作为驱动策略的参考；
所述驱动电路包括合闸线圈驱动电路S1、启动-缓冲线圈驱动电路S2以及分闸线圈驱动电路S3；
所述合闸线圈驱动电路S1包括：合闸电容C1、主驱动开关管A、续流开关管B、合闸线圈L1、第一反向续流二极管（1）和第二反向续流二极管（2）；主驱动开关管A和续流开关管B 串联在合闸线圈L1两端，并连接到合闸电容C1两端，第一反向续流二极管（1）与合闸线圈L1及续流开关管B并联，第二反向续流二极管（2）与主驱动开关管A及合闸线圈L1并联；
所述启动-缓冲线圈驱动电路S2包括：合闸启动开关管F、分闸启动开关管E、启动-缓冲线圈L2和第五续流二极管（5）；第五续流二极管（5）与启动-缓冲线圈L2并联，并与分闸启动开关管E、合闸启动开关管F的发射极相连；
所述分闸线圈驱动电路S3包括：分闸电容C2、第二主驱动开关管C、第二续流开关管D、分闸线圈L3、第三反向续流二极管（3）和第四反向续流二极管（4）；第二主驱动开关管C和第二续流开关管D 串联在分闸线圈L3两端，并连接到分闸电容C2两端，第三反向续流二极管（3）与分闸线圈L3及第二续流开关管D并联，第四反向续流二极管（4）与第二主驱动开关管C及分闸线圈L3并联；所述启动-缓冲线圈驱动电路S2通过分闸启动开关管E与合闸电容C1串联，通过合闸启动开关管F与分闸电容C2串联。
2.根据权利要求1所述的控制三线圈高压永磁操动机构的电路，其特征在于：在合闸时，控制分闸电容C2向启动-缓冲线圈L2放电；在分闸时，控制合闸电容C1向启动-缓冲线圈L2放电。
3.根据权利要求2所述的控制三线圈高压永磁操动机构的电路，其特征在于，在合闸时，合闸线圈L1续流通过第一反向续流二极管（1）和第二反向续流二极管（2）向合闸电容C1充电；在分闸时，分闸线圈L3续流通过第三反向续流二极管（3）和第四反向续流二极管（4）向分闸电容C2充电。
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