控制三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種控制三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的電路及方法，其中控制電路包括電源模塊、控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路；所述電源模塊用于為控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路提供工作電壓；所述控制信號模塊用于向驅(qū)動電路提供驅(qū)動信號，驅(qū)動相應開關(guān)管；所述電流監(jiān)測模塊用于實時監(jiān)測線圈中電流大小，將信息反饋給控制信號模塊作為驅(qū)動策略的參考；所述驅(qū)動電路包括合閘線圈驅(qū)動電路S1、啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2以及分閘線圈驅(qū)動電路S3。本發(fā)明依靠續(xù)流實現(xiàn)動鐵心緩沖作用，避免了線圈電流過大對機構(gòu)及控制電路的危害，同時滿足動鐵心緩沖要求；并簡化了電路結(jié)構(gòu)。
【專利說明】控制三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的電路及方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及高壓真空斷路器領(lǐng)域，尤其是一種三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的控制電路和控制方法。

【背景技術(shù)】
[0003]真空斷路器所配操動機構(gòu)通常有電磁式、彈簧式和永磁式三種。其中永磁式操動機構(gòu)憑借其高可靠、低能耗、免維護，以及可實現(xiàn)同步操作等諸多優(yōu)點，日益引起人們的關(guān)注。高壓真空斷路器對開距的要求較大，這就要求操動機構(gòu)有更高的分合閘速度。例如126kV高壓真空滅弧室需要的觸頭開距在60 mm左右，需要的分、合閘速度分別是3.5m / s和
1.3m/ s，與12 kV中壓斷路器的真空滅孤室相比，開距為其6倍左右，分、合閘速度為其2倍左右。而且，由于動鐵心行程較大，造成動鐵心起動時氣隙磁阻很大，這就需要激磁線圈通入較大的激磁電流，從而引起溫升、控制等一系列問題。
[0004]這些問題限制了永磁機構(gòu)在高壓真空斷路器領(lǐng)域的應用。同時，由于傳統(tǒng)永磁機構(gòu)結(jié)構(gòu)的問題，在分合閘行程末段，動鐵心會加速運動，在結(jié)束運動時會有很大的沖擊力，在合閘時會造成觸頭彈跳，并且縮減觸頭壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:一個目的是構(gòu)建一種三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的控制電路及控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的至少部分問題。
[0006]技術(shù)方案:一種用于控制三線圈高壓永磁操動機構(gòu)，包括電源模塊、控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路；
所述電源模塊用于為控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路提供工作電壓；
所述控制信號模塊用于向驅(qū)動電路提供驅(qū)動信號，驅(qū)動相應開關(guān)管；
所述電流監(jiān)測模塊用于實時監(jiān)測線圈中電流大小，將信息反饋給控制信號模塊作為驅(qū)動策略的參考；
所述驅(qū)動電路包括合閘線圈驅(qū)動電路S1、啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2以及分閘線圈驅(qū)動電路S3 ；
所述合閘線圈驅(qū)動電路SI包括合閘電容Cl、主驅(qū)動開關(guān)管A、續(xù)流開關(guān)管B、合閘線圈L1、第一反向續(xù)流二極管I和第二反向續(xù)流二極管2 ;主驅(qū)動開關(guān)管A和續(xù)流開關(guān)管B串聯(lián)在合閘線圈LI兩端，并連接到合閘電容Cl兩端，續(xù)流二極管I與線圈LI及續(xù)流開關(guān)管B并聯(lián)，續(xù)流二極管2與主驅(qū)動開關(guān)管A及線圈LI并聯(lián)。
[0007]所述啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2包括:合閘啟動開關(guān)管F、分閘啟動開關(guān)管E、啟動-緩沖線圈L2和第五續(xù)流二極管5 ;第五續(xù)流二極管5與啟動-緩沖線圈L2并聯(lián)，并與分閘啟動開關(guān)管E、合閘啟動開關(guān)管F的發(fā)射極相連。
[0008]所述分閘線圈驅(qū)動電路S3包括:分閘電容C2、第二主驅(qū)動開關(guān)管C、第二續(xù)流開關(guān)管D、分閘線圈L3、第三反向續(xù)流二極管3和第四反向續(xù)流二極管4 ;第二主驅(qū)動開關(guān)管C和第二續(xù)流開關(guān)管D串聯(lián)在分閘線圈L3兩端，并連接到分閘電容C2兩端，第三反向續(xù)流二極管3與分閘線圈L3及第二續(xù)流開關(guān)管D并聯(lián)，第四反向續(xù)流二極管4與第二主驅(qū)動開關(guān)管C及線圈L3并聯(lián)。
[0009]所述啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2通過分閘啟動開關(guān)管E與合閘電容Cl串聯(lián),通過合閘啟動開關(guān)管F與分閘電容C2串聯(lián)。
[0010]一種上述三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路的控制方法，該方法包括:在分閘或合閘時，控制相應電容為啟動-緩沖線圈L2放電；
在分閘或合閘時，控制相應開關(guān)管關(guān)閉實現(xiàn)續(xù)流回路對放電電容反向充電；
在分閘或合閘過程中，實時監(jiān)測放電線圈上的電流，控制開關(guān)管導通時間，調(diào)整線圈放電時間。
[0011]進一步的方案中，在合閘時，控制分閘電容C2向啟動-緩沖線圈L2放電；
在分閘時，控制合閘電容Cl向啟動-緩沖線圈L2放電。
[0012]進一步的方案中，在合閘時,合閘線圈LI續(xù)流通過第一續(xù)流二極管I和第二續(xù)流二極管2向合閘電容Cl充電；
在分閘時，分閘線圈L3續(xù)流通過第三續(xù)流二極管3和第四續(xù)流二極管4向分閘電容C2充電。
[0013]在進一步的方案中，分閘、合閘，啟動-緩沖線圈中放電電流方向始終是同一方向，且在電流值達到一定數(shù)值時關(guān)斷合閘啟動開關(guān)管F和分閘啟動開關(guān)管E，在保證電路電流不過大的情況下利用續(xù)流對機構(gòu)動鐵心進行緩沖。
[0014]有益效果:本發(fā)明將電路設計成雙電容結(jié)構(gòu)，在不增加電容的情況下完成機構(gòu)動作，簡化電路結(jié)構(gòu)；另外，對啟動-緩沖線圈中電流實時監(jiān)控，在電流達到設定值時停止放電，依靠續(xù)流實現(xiàn)動鐵心緩沖作用，避免了線圈電流過大對機構(gòu)及控制電路的危害，同時滿足動鐵心緩沖要求；最后，通過續(xù)流控制開關(guān)實現(xiàn)線圈放電續(xù)流反向?qū)Ψ烹婋娙莩潆?，減小了電容放電壓降。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明操動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
I導桿、2永磁保持機構(gòu)、3電磁驅(qū)動機構(gòu)、4合閘靜鐵心、5合閘永磁體、6分閘靜鐵心、7分閘永磁體、8保持動鐵心、9非磁性材料墊片、10合閘線圈、11啟動-緩沖線圈、12分閘線圈、13驅(qū)動靜鐵心、14驅(qū)動動鐵心。

【具體實施方式】
[0017]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的三線圈高壓永磁操動機構(gòu)主要包括導桿1，間隔布置在導桿上并隨其轉(zhuǎn)動的保持動鐵芯8和驅(qū)動動鐵芯14。其中,保持動鐵芯處設有合閘永磁體5、將合閘永磁體固定于保持動鐵芯的永磁保持機構(gòu)2，以及設置于合閘永磁體內(nèi)外兩側(cè)的合閘靜鐵芯4。驅(qū)動動鐵芯外周間隔設置有合閘線圈10、啟動緩沖線圈11和分閘線圈12，以及驅(qū)動靜鐵芯13和電磁驅(qū)動機構(gòu)3 ;驅(qū)動動鐵芯的一側(cè)設有非磁性墊片9，其上設有分閘永磁體7、永磁體保持機構(gòu)2以及設置于分閘永磁體兩側(cè)的分閘靜鐵芯6。
[0018]為此設計了一種用于控制上述三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的電路:包括電源模塊、控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路；
電源模塊用于為控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路提供工作電壓；控制信號模塊用于向驅(qū)動電路提供驅(qū)動信號，驅(qū)動相應開關(guān)管；電流監(jiān)測模塊用于實時監(jiān)測線圈中電流大小，將信息反饋給控制信號模塊作為驅(qū)動策略的參考；驅(qū)動電路包括合閘線圈驅(qū)動電路S1、啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2以及分閘線圈驅(qū)動電路S3 ；
如圖1所示，合閘線圈驅(qū)動電路SI包括合閘電容Cl、主驅(qū)動開關(guān)管A、續(xù)流開關(guān)管B、合閘線圈L1、第一反向續(xù)流二極管I和第二反向續(xù)流二極管2 ;主驅(qū)動開關(guān)管A和續(xù)流開關(guān)管B串聯(lián)在合閘線圈LI兩端，并連接到合閘電容Cl兩端，續(xù)流二極管I與線圈LI及續(xù)流開關(guān)管B并聯(lián)，續(xù)流二極管2與主驅(qū)動開關(guān)管A及線圈LI并聯(lián)。
[0019]啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2包括:合閘啟動開關(guān)管F、分閘啟動開關(guān)管E、啟動-緩沖線圈L2和第五續(xù)流二極管5 ;第五續(xù)流二極管5與啟動-緩沖線圈L2并聯(lián)，并與分閘啟動開關(guān)管E、合閘啟動開關(guān)管F的發(fā)射極相連。
[0020]分閘線圈驅(qū)動電路S3包括:分閘電容C2、第二主驅(qū)動開關(guān)管C、第二續(xù)流開關(guān)管D、分閘線圈L3、第三反向續(xù)流二極管3和第四反向續(xù)流二極管4;第二主驅(qū)動開關(guān)管C和第二續(xù)流開關(guān)管D串聯(lián)在分閘線圈L3兩端，并連接到分閘電容C2兩端，第三反向續(xù)流二極管3與分閘線圈L3及第二續(xù)流開關(guān)管D并聯(lián)，第四反向續(xù)流二極管4與第二主驅(qū)動開關(guān)管C及線圈L3并聯(lián)。
[0021]啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2通過分閘啟動開關(guān)管E與合閘電容Cl串聯(lián),通過合閘啟動開關(guān)管F與分閘電容C2串聯(lián)。
[0022]上述三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路的控制方法包括如下步驟:
初始狀態(tài)為開關(guān)管A-F都處于關(guān)閉狀態(tài)，合閘時，續(xù)流開關(guān)管B導通，隨后合閘主驅(qū)動開關(guān)管A和合閘啟動開關(guān)管F導通，合閘電容Cl通過主驅(qū)動開關(guān)管A、續(xù)流開關(guān)管B向合閘線圈LI放電，同時分閘電容C2通過開關(guān)管F向啟動-緩沖線圈L2放電，機構(gòu)開始動作。
[0023]在合閘動作結(jié)束之前，電流監(jiān)測模塊實時監(jiān)測啟動-緩沖線圈L2中的電流大小，一旦達到電流上限，就關(guān)斷合閘啟動開關(guān)管F，停止對啟動-緩沖線圈L2放電，啟動-緩沖線圈L2中的電流通過第五續(xù)流二極管5進行續(xù)流。
[0024]在機構(gòu)動作前期，啟動-緩沖線圈L2中的電流對機構(gòu)動鐵心起輔助啟動作用，在動作后期則對動鐵心起緩沖作用。
[0025]在檢測到動作完成后，合閘主驅(qū)動開關(guān)管A關(guān)閉，合閘電容Cl停止對合閘線圈放電，隨后續(xù)流開關(guān)管B關(guān)閉，合閘線圈中的電流通過第一續(xù)流二極管1、第二續(xù)流開關(guān)管2對合閘電容Cl反向充電，補償電容能量。
[0026]至此所有開關(guān)管恢復初始狀態(tài)。如果不需要續(xù)流對電容充電，則可以延遲續(xù)流開關(guān)管B的導通時間，線圈中續(xù)流直接通過第一續(xù)流二極管I和續(xù)流開關(guān)管B形成回路。
[0027]分閘過程類似，簡要描述如下:在分閘時，控制合閘電容Cl向啟動-緩沖線圈L2放電；分閘線圈L3續(xù)流通過第三續(xù)流二極管3和第四續(xù)流二極管4向分閘電容C2充電；
在分閘過程中，實時監(jiān)測放電線圈上的電流，控制開關(guān)管導通時間，調(diào)整線圈放電時間。分閘、合閘，啟動-緩沖線圈中放電電流方向始終是同一方向，且在電流值達到一定數(shù)值時關(guān)斷合閘啟動開關(guān)管F和分閘啟動開關(guān)管E，在保證電路電流不過大的情況下利用續(xù)流對機構(gòu)動鐵心進行緩沖。
[0028]以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0029]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0030]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制三線圈高壓永磁操動機構(gòu)的電路，其特征在于:包括電源模塊、控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路； 所述電源模塊用于為控制信號模塊、電流監(jiān)測模塊和驅(qū)動電路提供工作電壓； 所述控制信號模塊用于向驅(qū)動電路提供驅(qū)動信號，驅(qū)動相應開關(guān)管； 所述電流監(jiān)測模塊用于實時監(jiān)測線圈中電流大小，將信息反饋給控制信號模塊作為驅(qū)動策略的參考； 所述驅(qū)動電路包括合閘線圈驅(qū)動電路S1、啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2以及分閘線圈驅(qū)動電路S3 ； 所述合閘線圈驅(qū)動電路SI包括合閘電容Cl、主驅(qū)動開關(guān)管A、續(xù)流開關(guān)管B、合閘線圈L1、第一反向續(xù)流二極管I和第二反向續(xù)流二極管2 ;主驅(qū)動開關(guān)管A和續(xù)流開關(guān)管B串聯(lián)在合閘線圈LI兩端，并連接到合閘電容Cl兩端，續(xù)流二極管I與線圈LI及續(xù)流開關(guān)管B并聯(lián)，續(xù)流二極管2與主驅(qū)動開關(guān)管A及線圈LI并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路，其特征在于:所述啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2包括:合閘啟動開關(guān)管F、分閘啟動開關(guān)管E、啟動-緩沖線圈L2和第五續(xù)流二極管5 ;第五續(xù)流二極管5與啟動-緩沖線圈L2并聯(lián)，并與分閘啟動開關(guān)管E、合閘啟動開關(guān)管F的發(fā)射極相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路，其特征在于:所述分閘線圈驅(qū)動電路S3包括:分閘電容C2、第二主驅(qū)動開關(guān)管C、第二續(xù)流開關(guān)管D、分閘線圈L3、第三反向續(xù)流二極管3和第四反向續(xù)流二極管4 ;第二主驅(qū)動開關(guān)管C和第二續(xù)流開關(guān)管D串聯(lián)在分閘線圈L3兩端，并連接到分閘電容C2兩端，第三反向續(xù)流二極管3與分閘線圈L3及第二續(xù)流開關(guān)管D并聯(lián)，第四反向續(xù)流二極管4與第二主驅(qū)動開關(guān)管C及線圈L3并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路，其特征在于:所述啟動-緩沖線圈驅(qū)動電路S2通過分閘啟動開關(guān)管E與合閘電容Cl串聯(lián)，通過合閘啟動開關(guān)管F與分閘電容C2串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路，其特征在于:所述驅(qū)動電路具有兩個電容。
6.一種權(quán)利要求1所述的三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路的控制方法，其特征在于:該方法包括:在分閘或合閘時,控制相應電容為啟動-緩沖線圈L2放電； 在分閘或合閘時，控制相應開關(guān)管關(guān)閉實現(xiàn)續(xù)流回路對放電電容反向充電； 在分閘或合閘過程中，實時監(jiān)測放電線圈上的電流，控制開關(guān)管導通時間，調(diào)整線圈放電時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路的控制方法，其特征在于: 在合閘時，控制分閘電容C2向啟動-緩沖線圈L2放電； 在分閘時，控制合閘電容Cl向啟動-緩沖線圈L2放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路的控制方法，其特征在于， 在合閘時，合閘線圈LI續(xù)流通過第一續(xù)流二極管I和第二續(xù)流二極管2向合閘電容Cl充電； 在分閘時，分閘線圈L3續(xù)流通過第三續(xù)流二極管3和第四續(xù)流二極管4向分閘電容C2充電。
9.據(jù)權(quán)利要求6所述一種三線圈高壓永磁操動機構(gòu)用控制電路的控制方法，其特征在于: 分閘、合閘，啟動-緩沖線圈中放電電流方向始終是同一方向，且在電流值達到一定數(shù)值時關(guān)斷合閘啟動開關(guān)管F和分閘啟動開關(guān)管E，在保證電路電流不過大的情況下利用續(xù)流對機構(gòu)動鐵心進行緩沖。
【文檔編號】H01H33/66GK104167325SQ201410371473
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】林鶴云, 柳慶東, 陳亞彬, 徐喆明 申請人:東南大學