CN112713050A - 一种电磁快速机构及快速机械开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁快速机构及快速机械开关，电磁快速机构包括：传动杆；感应盘，固定在传动杆上；至少两个电磁线圈；电磁线圈控制电路；分合闸过程中距离感应盘最近的电磁线圈通电后驱使感应盘移动；各电磁线圈中至少一个为加速线圈，加速线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电；各电磁线圈中至少一个为减速线圈，减速线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电。本发明利用加速线圈在分合闸前期对感应盘进行加速，缩短整体分合闸时间，同时利用减速线圈在分合闸后期对感应盘进行减速，避免速度过大而对灭弧室或操动机构本体产生冲击，延长操动机构和灭弧室的使用寿命，同时通过合理设置电磁线圈的个数，能够进行大行程的开断。

Description

一种电磁快速机构及快速机械开关

技术领域

本发明涉及高压开关设备技术领域，具体涉及一种电磁快速机构及快速机械开关。

背景技术

目前的快速机械开关主要包括斥力机构和动端组件，斥力机构包括充电机、储能电容、晶闸管、斥力线圈、斥力盘，动端组件包括动触头、动触头座、以及带动动触头沿分合闸方向运动的传动杆。开关上电以后，充电机给用于分合闸的储能电容以及缓冲电容进行充电，合闸时候，***收到合闸指令，触发控制放电的晶闸管，此时晶闸管导通，电流通过晶闸管给合闸线圈放电，此时斥力盘由于涡流效应，产生反方向运动的力，从而推动斥力盘带动传动轴进行运动，实现合闸运动，在行程末期，由于速度过大，此时需要缓冲线圈介入进行降速。分闸时候，***收到分闸指令，触发分闸晶闸管，分闸线圈的电流在斥力盘上产生涡流，进而产生推动斥力盘进行分闸运动的斥力，在行程末期，需要缓冲线圈介入，对斥力盘进行降速，减少对底部的冲击。

目前，由于分闸线圈和合闸线圈设置于斥力机构的两端，斥力盘依靠瞬间产生的斥力进行分合闸，移动过程中无其他助力，因此快速开关只能拘泥于小行程开断，对于大行程开断依然有无法逾越的原理性缺陷，局限了快速开关向大开距的方向的发展。因此需要一种能够进行大行程开断的电磁快速机构及快速机械开关，既能够保证迅速分合闸、又能够保证有效的缓冲，延长机构和开关的使用寿命，提高可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能够保证迅速分合闸、又能够保证有效的缓冲、还能够进行大行程开断的电磁快速机构；本发明的目的还在于提供一种既能够保证迅速分合闸、又能够保证有效的缓冲、还能够进行大行程开断的快速机械开关。

为实现上述目的，本发明中的电磁快速机构采用如下技术方案：

一种电磁快速机构，包括：

传动杆，用于与灭弧室内的动触头传动连接；

感应盘，固定在传动杆上；

至少两个电磁线圈，沿着传动杆的轴向间隔布置在传动杆的外部，各电磁线圈均位于感应盘的移动路径上，以供感应盘在分合闸过程中依次穿过；

电磁线圈控制电路，设有至少两个且与每一个电磁线圈一一对应连接，以控制电磁线圈的通电和断电；

在分合闸过程中，各电磁线圈中距离感应盘最近的电磁线圈通电后用于驱使感应盘移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中至少一个为加速线圈，加速线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电，以使感应盘在通过加速线圈的前半段受加速力移动、在后半段依靠惯性移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中还有至少一个为减速线圈，减速线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电，以使感应盘在通过减速线圈的前半段依靠惯性移动、后半段受减速力移动。

上述技术方案的有益效果在于：本发明通过在感应盘的移动路径上设置多个电磁线圈，使距离感应盘最近的电磁线圈通电后驱使感应盘移动，并且本发明利用了电磁线圈炮的原理，在感应盘通过电磁线圈时，若电磁线圈一直通电，则前半段会对感应盘产生加速力、后半段则会对感应盘产生阻力。因此，本发明设置了电磁线圈控制电路，可以控制电磁线圈的通电和断电时机，使电磁线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电而成为加速线圈，并使电磁线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电而成为减速线圈，从而在分合闸的过程中，利用加速线圈对感应盘进行加速，缩短整体分合闸时间，保证迅速分合闸，同时在分合闸的后期利用减速线圈对感应盘进行减速，保证有效的缓冲，避免速度过大而对灭弧室或操动机构本体产生冲击，延长操动机构和灭弧室的使用寿命。另外，通过合理设置电磁线圈的个数，能够进行大行程的开断，并保证开断过程中的速度以及后期缓冲。

进一步的，为了方便感应盘的移动以及电磁线圈的布置，电磁快速机构还包括用于与灭弧室固定连接的筒体，传动杆和感应盘均设置于筒体内，感应盘与筒体内壁导向移动配合，各电磁线圈均套设在筒体的外部。

进一步的，为了方便布置，简化结构，感应盘固定在传动杆的端部。

进一步的，为了方便控制线圈的通电和断电，所述电磁线圈控制电路包括储能电容和晶闸管。

进一步的，为了提高加速效果，同时优化通电时机，所述加速线圈设有至少两个，加速线圈包括供感应盘先通过的先加速线圈以及供感应盘后通过的后加速线圈，所述后加速线圈在感应盘将要离开先加速线圈时通电。

为实现上述目的，本发明中的快速机械开关采用如下技术方案：

一种快速机械开关，包括灭弧室以及设置在灭弧室内的动触头，快速机械开关还包括电磁快速机构，电磁快速机构包括：

传动杆，与灭弧室内的动触头传动连接；

感应盘，固定在传动杆上；

至少两个电磁线圈，沿着传动杆的轴向间隔布置在传动杆的外部，各电磁线圈均位于感应盘的移动路径上，以供感应盘在分合闸过程中依次穿过；

电磁线圈控制电路，设有至少两个且与每一个电磁线圈一一对应连接，以控制电磁线圈的通电和断电；

在分合闸过程中，各电磁线圈中距离感应盘最近的电磁线圈通电后用于驱使感应盘移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中至少一个为加速线圈，加速线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电，以使感应盘在通过加速线圈的前半段受加速力移动、在后半段依靠惯性移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中还有至少一个为减速线圈，减速线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电，以使感应盘在通过减速线圈的前半段依靠惯性移动、后半段受减速力移动。

上述技术方案的有益效果在于：本发明通过在感应盘的移动路径上设置多个电磁线圈，使距离感应盘最近的电磁线圈通电后驱使感应盘移动，并且本发明利用了电磁线圈炮的原理，在感应盘通过电磁线圈时，若电磁线圈一直通电，则前半段会对感应盘产生加速力、后半段则会对感应盘产生阻力。因此，本发明设置了电磁线圈控制电路，可以控制电磁线圈的通电和断电时机，使电磁线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电而成为加速线圈，并使电磁线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电而成为减速线圈，从而在分合闸的过程中，利用加速线圈对感应盘进行加速，缩短整体分合闸时间，保证迅速分合闸，同时在分合闸的后期利用减速线圈对感应盘进行减速，保证有效的缓冲，避免速度过大而对灭弧室或操动机构本体产生冲击，延长操动机构和灭弧室的使用寿命。另外，通过合理设置电磁线圈的个数，能够进行大行程的开断，克服传统斥力原理机构行程短的问题，并保证开断过程中的速度以及后期缓冲。

进一步的，为了方便感应盘的移动以及电磁线圈的布置，电磁快速机构还包括与灭弧室固定连接的筒体，传动杆和感应盘均设置于筒体内，感应盘与筒体内壁导向移动配合，各电磁线圈均套设在筒体的外部。

进一步的，为了方便布置，简化结构，感应盘固定在传动杆的端部。

进一步的，为了方便控制线圈的通电和断电，所述电磁线圈控制电路包括储能电容和晶闸管。

进一步的，为了提高加速效果，同时优化通电时机，所述加速线圈设有至少两个，加速线圈包括供感应盘先通过的先加速线圈以及供感应盘后通过的后加速线圈，所述后加速线圈在感应盘将要离开先加速线圈时通电。

附图说明

图1为本发明中快速机械开关的立体图；

图2为本发明中快速机械开关处于分闸状态时的结构图；

图3为本发明中快速机械开关处于合闸加速过程（第一电磁线圈开始通电）的结构图；

图4为本发明中快速机械开关处于合闸加速过程（第一电磁线圈开始断电）的结构图；

图5为本发明中快速机械开关处于合闸加速过程（第二电磁线圈开始通电）的结构图；

图6为本发明中快速机械开关处于合闸加速过程（第二电磁线圈开始断电）的结构图；

图7为本发明中快速机械开关处于合闸减速过程（第三电磁线圈开始通电）的结构图；

图8为本发明中快速机械开关处于合闸减速过程（第四电磁线圈开始通电）的结构图；

图9为本发明中快速机械开关处于合闸到位时的结构图；

图10为本发明中快速机械开关处于分闸加速过程（第四电磁线圈开始断电）的结构图；

图11为本发明中快速机械开关处于分闸加速过程（第三电磁线圈开始断电）的结构图；

图12为本发明中快速机械开关处于分闸减速过程（第二电磁线圈开始通电）的结构图；

图13为本发明中快速机械开关处于分闸减速过程（第一电磁线圈开始通电）的结构图；

图14为本发明中快速机械开关处于分闸到位时的结构图；

图中：1-第一电磁线圈；2-第二电磁线圈；3-第三电磁线圈；4-第四电磁线圈；5-第一电磁线圈控制电路；6-第二电磁线圈控制电路；7-第三电磁线圈控制电路；8-第四电磁线圈控制电路；9-传动杆；10-筒体；11-感应盘；12-灭弧室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中快速机械开关的一个实施例如图1所示，包括灭弧室12以及设置在灭弧室12内的动触头（图中未示出），快速机械开关还包括电磁快速机构，电磁快速机构包括筒体10、传动杆9、感应盘11、第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3、第四电磁线圈4。

其中，感应盘11固定在传动杆9的一端，传动杆9的另一端与灭弧室12内的动触头传动连接。筒体10的一端与灭弧室12固定连接，传动杆9和感应盘11均设置于筒体10内，感应盘11与筒体10内壁导向移动配合。第一电磁线圈1、第二电磁线圈2、第三电磁线圈3、第四电磁线圈4套设固定在筒体10的外部，并且四个电磁线圈沿着传动杆9的轴向间隔布置，也即沿着筒体10的轴向间隔布置，各电磁线圈均位于感应盘11的移动路径上，以供感应盘11在分合闸过程中依次穿过。

电磁快速机构还包括四个电磁线圈控制电路，各电磁线圈控制电路与每一个电磁线圈一一对应连接，以控制电磁线圈的通电和断电，四个电磁线圈控制电路分别是：与第一电磁线圈1连接的第一电磁线圈控制电路5、与第二电磁线圈2连接的第二电磁线圈控制电路6、与第三电磁线圈3连接的第三电磁线圈控制电路7、与第四电磁线圈4连接的第四电磁线圈控制电路8，各个电磁线圈控制电路均包括储能电容和晶闸管。

此外，电磁快速机构还包括与各个电磁线圈中的电容分别控制连接的控制器（图中未示出），并且电磁快速机构还包括用于检测感应盘11的运动位置的位置传感器，位置传感器也与控制器连接，以将检测信号反馈给控制器。

如图2所示为电磁快速机构处于分闸状态，合闸时，合闸加速受力模式由控制器控制第一电磁线圈1、第二电磁线圈2的电容按先后次序依次进行放电，合闸减速受力模式由控制器控制第三电磁线圈3、第四电磁线圈4的电容按先后次序依次进行放电。

具体控制逻辑如下：收到合闸命令后，如图3所示，第一电磁线圈1距离感应盘11最近，控制器控制第一电磁线圈1的电容触发放电，感应盘11上此时受到第一电磁线圈1产生的电磁吸引力，驱动感应盘11进行向前加速运动，也即第一电磁线圈1即是合闸驱动线圈，也是合闸加速线圈。

如图4所示，在感应盘11走到第一电磁线圈1宽度的中心位置即标记的1/2的时候，为保证感应盘11不受第一电磁线圈1反向的电磁吸引力的作用导致减速，此时第一电磁线圈1的电容需要在感应盘11首端走到第一电磁线圈1的1/2位置放电完毕，此后感应盘11依靠惯性继续向前运动。

如图5所示，在感应盘首端按运动方向走到第一电磁线圈1的末端时候，也即在感应盘11将要离开第一电磁线圈1时，第二电磁线圈2的储能电容的晶闸管打开进行放电，感应盘11此时再次受到吸引进行加速沿合闸方向运动，同理第一电磁线圈1，在感应盘首端走到第二电磁线圈2的中心位置即标记的1/2处的时候，如图6所示，第二电磁线圈2的储能电容已放电完毕，此后感应盘11依靠惯性继续向前运动。

走出第二电磁线圈2后，进行减速状态，如图7所示，第三电磁线圈3的电容由控制器在感应盘首端走到第三电磁线圈3的1/2位置的时候进行放电，这时第三电磁线圈3对感应盘11产生的力将阻碍感应盘11向前运动，整个机构开始进行减速。同理第三电磁线圈3，如图8所示，在感应盘11走到第四电磁线圈4的1/2位置时与该线圈相连的储能电容放电，为机构继续提供减速的力。可以改变在运动过程中提供缓冲的电容容量与充电电压的大小进行调节保证走到终点的速度很小，减少对后续灭弧室的冲击。

如图9所示为电磁快速机构处于合闸到位状态，分闸时，分闸加速受力模式由控制器控制第四电磁线圈4、第三电磁线圈3的电容按先后次序依次进行放电，分闸减速受力模式由控制器控制第二电磁线圈2、第一电磁线圈1的电容按先后次序依次进行放电。

具体控制逻辑如下：收到分闸命令后，第四电磁线圈4距离感应盘11最近，控制器控制第四电磁线圈4的储能电容的晶闸管导通并通过第四电磁线圈4放电，对感应盘11产生电磁吸引力驱动感应盘11沿分闸方向加速运动（也即向后加速运动），也即第四电磁线圈4即是分闸驱动线圈，也是分闸加速线圈。

如图10所示，在感应盘11走到第四电磁线圈4的1/2位置的时候，第四电磁线圈4的储能电容放电完毕，这时感应盘11由惯性继续向后运动。当感应盘11的首端走出第四电磁线圈4的时候，也即在感应盘11将要离开第四电磁线圈4时，第三电磁线圈3的储能电容的晶闸管导通，电容开始放电继续产生电磁吸引力驱动感应盘11加速分闸运动。

如图11所示，在感应盘11走到第三电磁线圈3的1/2位置的时候，第三电磁线圈3的储能电容放电完毕。完全走出第三电磁线圈3后，如图12所示，当感应盘11由惯性继续运动到第二电磁线圈2的1/2位置的时候，第二电磁线圈2的储能电容此时开始放电，产生的电磁吸引力变成阻碍感应盘11向后运动的阻力，此时感应盘11带动的机构将减速运动。

如图13所示，在感应盘11走到第一电磁线圈1的1/2处的时候，第一电磁线圈1的电容放电，继续对感应盘11产生阻碍运动的力，继续为感应盘进行减速。通过改变电容与电压的大小保证走到终点的速度很小，减少对操动机构本体的冲击。如图14所示，快速机械开关处于分闸到位状态。

综上所述，本发明通过在感应盘的移动路径上设置多个电磁线圈，使距离感应盘最近的电磁线圈通电后驱使感应盘移动，并且本发明利用了电磁线圈炮的原理，在感应盘通过电磁线圈时，若电磁线圈一直通电，则前半段会对感应盘产生加速力、后半段则会对感应盘产生阻力，因此本发明设置了四个电磁线圈并分别设置对应的电磁线圈控制电路，控制各个电磁线圈的通电和断电时机，使电磁线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电而成为加速线圈，感应盘在通过加速线圈的前半段受加速力移动、在后半段依靠惯性移动；并使电磁线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电而成为减速线圈，感应盘在通过减速线圈的前半段依靠惯性移动、后半段受减速力移动。

例如在合闸过程中，第一电磁线圈1和第二电磁线圈2作为电磁线圈中的加速线圈，通过电容的放电实现线圈通电，通过电容的放电完毕实现线圈断电，通过控制通电和断电时机，对感应盘进行加速，为运动质量大的开关提高了初速度，乃至缩短整个合闸行程的时间，保证迅速分合闸。并且，第一电磁线圈1形成供感应盘先通过的先加速线圈，第二电磁线圈2形成供感应盘后通过的后加速线圈，后加速线圈在感应盘将要离开先加速线圈时通电。

在合闸过程中，第三电磁线圈3和第四电磁线圈4作为电磁线圈中的减速线圈，同样通过电容的放电实现线圈通电，通过电容的放电完毕实现线圈断电，通过控制通电和断电时机，对感应盘进行减速，实现在终点进行有效降速，保证有效的缓冲，避免速度过大而对灭弧室产生冲击，延长灭弧室的使用寿命。

分闸过程同上，分闸过程中第三电磁线圈3和第四电磁线圈4作为电磁线圈中的加速线圈，而第一电磁线圈1和第二电磁线圈2作为电磁线圈中的减速线圈，分闸过程减速是为了避免速度过大对操动机构本体产生冲击，延长操动机构的使用寿命。

并且，由于加减速线圈能够按实际条件进行多级叠加使用，因此通过合理设置电磁线圈的个数，能够适应不同开距行程的开关并快速的进行分合闸，可以大幅度的减少大型程开关的分合闸时间，减少故障电流对电网的冲击时间，为整个电网的稳定运行奠定了基础。

在快速机械开关的其他实施例中，当加速线圈有多个时，后加速线圈也可以在感应盘将要进入该后加速线圈时再通电。

在快速机械开关的其他实施例中，加速线圈和减速线圈的个数可以根据实际需要进行设计，当然加速线圈也可以只设置一个，同时减速线圈也可以只设置一个，也即一共设置两个电磁线圈，分合闸过程中，一个负责驱动和加速、另一个负责减速。

在快速机械开关的其他实施例中，电磁线圈控制电路也可以包括电源和开关，控制器控制开关的接通和断开。

在快速机械开关的其他实施例中，传动杆的端部也可以穿过感应盘。

在快速机械开关的其他实施例中，电磁快速机构可以不包括筒体，由于传动杆与灭弧室内的动触头传动连接，因此在一定程度上能够保证传动杆和感应盘运动稳定。

本发明中电磁快速机构的实施例为：电磁快速机构的具体结构与上述快速机械开关实施例中的电磁快速机构相同，在此不再重述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁快速机构，其特征在于，包括：

传动杆，用于与灭弧室内的动触头传动连接；

感应盘，固定在传动杆上；

至少两个电磁线圈，沿着传动杆的轴向间隔布置在传动杆的外部，各电磁线圈均位于感应盘的移动路径上，以供感应盘在分合闸过程中依次穿过；

电磁线圈控制电路，设有至少两个且与每一个电磁线圈一一对应连接，以控制电磁线圈的通电和断电；

在分合闸过程中，各电磁线圈中距离感应盘最近的电磁线圈通电后用于驱使感应盘移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中至少一个为加速线圈，加速线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电，以使感应盘在通过加速线圈的前半段受加速力移动、在后半段依靠惯性移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中还有至少一个为减速线圈，减速线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电，以使感应盘在通过减速线圈的前半段依靠惯性移动、后半段受减速力移动。

2.根据权利要求1所述的电磁快速机构，其特征在于，电磁快速机构还包括用于与灭弧室固定连接的筒体，传动杆和感应盘均设置于筒体内，感应盘与筒体内壁导向移动配合，各电磁线圈均套设在筒体的外部。

3.根据权利要求1或2所述的电磁快速机构，其特征在于，感应盘固定在传动杆的端部。

4.根据权利要求1或2所述的电磁快速机构，其特征在于，所述电磁线圈控制电路包括储能电容和晶闸管。

5.根据权利要求1或2所述的电磁快速机构，其特征在于，所述加速线圈设有至少两个，加速线圈包括供感应盘先通过的先加速线圈以及供感应盘后通过的后加速线圈，所述后加速线圈在感应盘将要离开先加速线圈时通电。

6.一种快速机械开关，包括灭弧室以及设置在灭弧室内的动触头，其特征在于，快速机械开关还包括电磁快速机构，电磁快速机构包括：

传动杆，与灭弧室内的动触头传动连接；

感应盘，固定在传动杆上；

至少两个电磁线圈，沿着传动杆的轴向间隔布置在传动杆的外部，各电磁线圈均位于感应盘的移动路径上，以供感应盘在分合闸过程中依次穿过；

电磁线圈控制电路，设有至少两个且与每一个电磁线圈一一对应连接，以控制电磁线圈的通电和断电；

在分合闸过程中，各电磁线圈中距离感应盘最近的电磁线圈通电后用于驱使感应盘移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中至少一个为加速线圈，加速线圈在感应盘通过的前半段通电、后半段断电，以使感应盘在通过加速线圈的前半段受加速力移动、在后半段依靠惯性移动；

在分合闸过程中，各电磁线圈中还有至少一个为减速线圈，减速线圈在感应盘通过的前半段断电、后半段通电，以使感应盘在通过减速线圈的前半段依靠惯性移动、后半段受减速力移动。

7.根据权利要求6所述的快速机械开关，其特征在于，电磁快速机构还包括与灭弧室固定连接的筒体，传动杆和感应盘均设置于筒体内，感应盘与筒体内壁导向移动配合，各电磁线圈均套设在筒体的外部。

8.根据权利要求6或7所述的快速机械开关，其特征在于，感应盘固定在传动杆的端部。

9.根据权利要求6或7所述的快速机械开关，其特征在于，所述电磁线圈控制电路包括储能电容和晶闸管。

10.根据权利要求6或7所述的快速机械开关，其特征在于，所述加速线圈设有至少两个，加速线圈包括供感应盘先通过的先加速线圈以及供感应盘后通过的后加速线圈，所述后加速线圈在感应盘将要离开先加速线圈时通电。

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