帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構用控制電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構用控制電路及方法，其中，所述控制電路包括電源電路、控制信號模塊和驅動電路，所述驅動電路包括兩個并聯(lián)的第一儲能電容C1和第二儲能電容C2，以及分閘回路S1和合閘回路S2；其中，分閘回路S1和合閘回路S2之間通過第一續(xù)流二極管D1和第二續(xù)流二極管D2相互連接，第一儲能電容C1和第二儲能電容C2分別通過第五開關管Q5和第六開關管Q6給合閘回路和分閘回路放電。本發(fā)明簡化電路結構，節(jié)省控制器開支，同時可以合理利用線圈中的殘余能量，提高電能的利用效率，減小儲能電容放電壓降，縮短儲能電容充電時間。
【專利說明】帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構用控制電路及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓真空斷路器領域，尤其是一種控制帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構的電路和方法。
【背景技術】
[0002]永磁真空斷路器由于機構動作時間分散性小、結構簡單、故障率低等特點，近年來在中壓斷路器領域得到了廣泛的應用，并進一步向高壓領域發(fā)展。高壓真空斷路器對開距的要求較大，一般126kV高壓真空斷路器的開距通常在60mm左右，加上超程距離，動鐵心的行程通常達到80_，這就要求操動機構有更高的分合閘速度。
[0003]現(xiàn)有用于低壓永磁真空斷路器的控制電路和控制方法，分合閘速度往往會達不到高壓真空斷路器的要求，甚至造成難以完成分合閘操作的現(xiàn)象。
[0004]同時，由于線圈驅動回路中續(xù)流回路的存在，使得線圈上的殘余能量會直接消耗掉，導致電能的浪費，使得儲能電容放電電壓降較大，電容充電時間延長。
【發(fā)明內容】
[0005]發(fā)明目的:一個目的是提供一種用于五線圈高壓永磁操動機構的控制電路以及控制方法，以解決現(xiàn)有技術存在的至少一個問題，提高分合閘的速度，并進一步提供電能利用率。
[0006]技術方案:一種五線圈高壓永磁操動機構，包括輔助起動機構，與輔助起動機構同軸設置的主體操動機構，位于輔助起動機構和主動操動機構之間非磁性墊片，以及貫穿上述三者的導桿；
所述輔助起動機構包括一級靜鐵芯、位于一級靜鐵芯內部的輔助動鐵芯和推盤，以及繞制于輔助動鐵芯外側的啟動合閘線圈和起動分閘線圈；
所述主體操動機構包括二級靜鐵芯,位于二級靜鐵芯內部并隨導桿轉動的主動鐵芯，繞制于主動鐵芯外周的輔助分閘線圈、主動合閘線圈和主動分閘線圈，以及位于主動合閘線圈和主動分閘線圈之間的內導磁環(huán)和永磁體。
一種帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構用控制電路，包括電源電路、控制信號模塊和驅動電路，所述電源電路用于給儲能電容充電以及為整個控制電路提供工作電壓；所述控制信號模塊用于接收分合閘動作指令并為驅動電路的開關管提供驅動信號；所述驅動電路包括兩個并聯(lián)的第一儲能電容Cl和第二儲能電容C2，以及分閘回路SI和合閘回路S2 ；
其中，分閘回路SI和合閘回路S2之間通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2相互連接，第一儲能電容Cl和第二儲能電容C2分別通過第五開關管Q5和第六開關管Q6給合閘回路和分閘回路放電。
[0007]所述分閘回路SI包括起動分閘線圈L1、與起動分閘線圈LI并聯(lián)的輔助分閘線圈L2、與上述啟動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2串聯(lián)的第一驅動開關管Q1，以及主分閘線圈L4和第三驅動開關管Q3;
所述合閘回路S2包括起動合閘線圈L5、第四驅動開關管Q4，以及主合閘線圈L3和第二驅動開關管Q2。
[0008]上述機構及電路的控制方法為:
分閘操作時，分閘回路Si中開關管導通與關斷順序為:
首先導通第五開關管Q5和第一開關管Q1，第一儲能電容Cl通過第一開關管Ql向起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2通電，然后關斷第五開關管Q5，同時導通第六開關管Q6和第三開關管Q3，使得起動分閘線圈L1、輔助分閘線圈L2中殘余能量和儲能第二儲能電容C2通過第三開關管Q3向主分閘線圈L4通電，最后依次關斷第六開關管Q6、第一開關管Ql和第三開關管Q3，完成分閘動作。
[0009]合閘操作時，合閘回路S2中開關管導通與關斷順序為:
首先導通第六開關管Q6和第四開關管Q4，第二儲能電容C2通過第四開關管Q4向起動合閘線圈L5通電，然后關斷第六開關管Q6，同時導通第五開關管Q5和第二開關管Q2，使得起動合閘線圈L5中的殘余能量和第一儲能電容Cl通過第二開關管Q2向主合閘線圈L3通電，最后依次關斷第五開關管Q5、第二開關管Q2和第四開關管Q4，完成合閘動作。
[0010]有益效果:本發(fā)明實現(xiàn)了操動機構動作的兩級加速，提高剛分速度和機構分合閘平均速度。通過控制電路的設計避免了單獨設置線圈續(xù)流回路，本發(fā)明簡化電路結構，節(jié)省控制器開支，同時可以合理利用線圈中的殘余能量，提高電能的利用效率，減小儲能電容放電壓降，縮短儲能電容充電時間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的原理圖。
[0012]圖2是本發(fā)明帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操作機構示意圖；
圖中，1導桿、2 輔助起動機構、3 主體操動機構、4 一級靜鐵心、5 起動合閘線圈、6 起動分閘線圈、7 輔助動鐵心、8 推盤、9 二級靜鐵心、10 輔助分閘線圈、11 主合閘線圈、12 主分閘線圈、13 內導磁環(huán)、14 永磁體、15 主動鐵心、16 非磁性材料墊片。
【具體實施方式】
[0013]如圖1和圖2所示，本發(fā)明五線圈高壓永磁操動機構，其特征在于，包括輔助起動機構2，與輔助起動機構同軸設置的主體操動機構3，位于輔助起動機構和主動操動機構之間非磁性墊片16，以及貫穿上述三者的導桿I ;
所述輔助起動機構包括一級靜鐵芯4、位于一級靜鐵芯內部的輔助動鐵芯7和推盤8，以及繞制于輔助動鐵芯外側的啟動合閘線圈5和起動分閘線圈6 ；
所述主體操動機構包括二級靜鐵芯9,位于二級靜鐵芯內部并隨導桿轉動的主動鐵芯15，繞制于主動鐵芯外周的輔助分閘線圈10、主動合閘線圈11和主動分閘線圈12，以及位于主動合閘線圈和主動分閘線圈之間的內導磁環(huán)13和永磁體14。
[0014]對于上述操動機構，構建一種帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構用控制電路，包括電源電路、控制信號模塊和驅動電路，電源電路為儲能電容提供充電以及為整個控制電路提供工作電壓；
控制信號模塊用以接收分合閘動作指令并為驅動電路的開關管提供驅動信號；
驅動電路包括兩個儲能電容Cl和C2、分閘回路SI和合閘回路S2，其中分閘回路SI和合閘回路S2之間通過續(xù)流二極管Dl和D2相互連接，儲能電容Cl和C2分別通過開關管Q5和Q6給合閘回路和分閘回路放電。
[0015]如圖1所示，分閘回路SI由兩條支路組成:第一開關管Q1、起動分閘線圈L1、輔助分閘線圈L2構成了第一條支路，第三開關管Q3和主分閘線圈L4構成了第二條支路。兩條支路之間通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2相互連接，使得起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2中的續(xù)流可以流入主分閘線圈L4中，減少第二儲能電容C2所需要提供給主分閘線圈L4的能量，降低電容放電壓降，同時，主分閘線圈L4也可以通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2完成續(xù)流。
[0016]合閘回路S2由兩條支路組成:所述合閘回路S2由兩條支路組成:第四開關管Q4和起動合閘線圈L5構成了第一條支路；第二開關管Q2和主合閘線圈L3構成了第二條支路。與分閘回路SI類似，合閘回路S2的兩條支路也通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2進行能量交互，使得起動合閘線圈L5中的殘余能量可以轉移到主合閘線圈L3中，減小第一儲能電容Cl放電壓降。
[0017]分閘回路的電路連接關系如下:起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2并聯(lián)后與第一開關管Ql的發(fā)射極串聯(lián)構成第一條支路，主分閘線圈L4與第三開關管Q3的發(fā)射極串聯(lián)構成第二條支路，第一條支路和第二條支路之間通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2串聯(lián)。
[0018]合閘回路的電路連接關系如下:起動合閘線圈L5和第四開關管Q4的發(fā)射極串聯(lián)構成第一條支路，主合閘線圈L3和第二開關管Q2串聯(lián)構成第二條支路，第一條支路和第二條支路之間通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2串聯(lián)。
[0019]如圖1所示，分閘操作時，分閘回路SI中開關管導通與關斷順序為:首先導通第五開關管Q5和第一開關管Ql，第一儲能電容Cl通過第一開關管Ql向起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2通電，然后關斷第五開關管Q5，同時導通第六開關管Q6和第三開關管Q3，使得起動分閘線圈L1、輔助分閘線圈L2中殘余能量和第二儲能電容C2通過第三開關管Q3向主分閘線圈L4通電，最后依次關斷第六開關管Q6、第一開關管Ql和第三開關管Q3，完成分閘動作。
[0020]合閘操作時，合閘回路S2中開關管導通與關斷順序為:首先導通第六開關管Q6和第四開關管Q4，第二儲能電容C2通過第四開關管Q4向起動合閘線圈L5通電，然后關斷第六開關管Q6，同時導通第五開關管Q5和第二開關管Q2，使得起動合閘線圈L5中的殘余能量和第一儲能電容Cl通過第二開關管Q2向主合閘線圈L3通電，最后依次關斷第五開關管Q5、第二開關管Q2和第四開關管Q4，完成合閘動作。
[0021]工作原理如下:當所述控制信號模塊接收到分閘指令時，該模塊向驅動電路發(fā)出驅動信號，首先導通第五開關管Q5和第一開關管Ql，分閘回路SI第一條支路導通，輔助分閘線圈L2和起動分閘線圈LI同時得電，抵消永磁體部分磁場，并推動操動機構開始動作，然后關斷第五開關管Q5，同時導通第六開關管Q6和第三開關管Q3，分閘回路SI第二條支路導通，起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2中的電流通過第一續(xù)流二極管D1、第二續(xù)流二極管D2以及第三開關管Q3完成續(xù)流，同時第二儲能電容C2中的電能也通過第三開關管Q3向主分閘線圈L4放電，由于起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2中的殘余能量得以利用，第二儲能電容C2所需要提供給主分閘線圈L4的能量降低，減小第二儲能電容C2放電壓降，主分閘線圈中產(chǎn)生的磁場進一步拉動操動機構動作，完成分閘操作的兩級加速。最后關斷第六開關管Q6，待主分閘線圈L4續(xù)流完成后關斷第一開關管Ql和第三開關管Q3，完成整個分閘動作。合閘過程類似，不再贅述。
[0022]在本發(fā)明中，通過在第一儲能電容Cl和第一開關管Ql之間設置第五開關管Q5以及在第二儲能電容C2和第四開關管Q4之間設置第六開關管Q6，使得在線圈續(xù)流的時候能夠將第一儲能電容Cl和第二儲能電容C2與線圈隔離開，保障線圈續(xù)流順利完成。同時，第一第二續(xù)流二極管Dl和D2的方向又決定了線圈續(xù)流的方向，使線圈在續(xù)流時不會反向對電容充電，保障了電路的安全可行。
[0023]同時，通過在分閘回路SI和合閘回路S2之間構建兩個續(xù)流二極管Dl和D2，使得在分閘時起動分閘線圈和輔助分閘線圈中的殘余能量可以轉移到主分閘線圈上、合閘時起動合閘線圈中的殘余能量可以轉移到主合閘線圈上，提高電能的利用效率，減小儲能電容放電壓降，縮短儲能電容充電時間，同時可以省去搭建單獨線圈續(xù)流回路的麻煩，簡化電路結構，節(jié)省控制器開支。
[0024]另外，通過設置輔助分閘線圈和兩級分合閘線圈，在線圈驅動電路上采用針對這種五線圈的新型結構和控制方法，提高剛分速度和機構分合閘速度，同時合理利用線圈殘余能量，減小儲能電容放電壓降
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)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術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。
[0025]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。
[0026]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)明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種用于帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構的控制電路，其特征在于:包括電源電路、控制信號模塊和驅動電路，所述電源電路用于給儲能電容充電以及為整個控制電路提供工作電壓；所述控制信號模塊用于接收分合閘動作指令并為驅動電路的開關管提供驅動信號；所述驅動電路包括兩個并聯(lián)的第一儲能電容Cl和第二儲能電容C2，以及分閘回路SI和合閘回路S2 ； 其中，分閘回路SI和合閘回路S2之間通過第一續(xù)流二極管Dl和第二續(xù)流二極管D2相互連接，第一儲能電容Cl和第二儲能電容C2分別通過第五開關管Q5和第六開關管Q6給合閘回路和分閘回路放電。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構用控制電 路，其特征在于:所述分閘回路SI包括起動分閘線圈L1、與起動分閘線圈LI并聯(lián)的輔助分閘線圈L2、與上述啟動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2串聯(lián)的第一驅動開關管Q1，以及主分閘線圈L4和第三驅動開關管Q3 ； 所述合閘回路S2包括起動合閘線圈L5、第二驅動開關管Q4，以及主合閘線圈L3和第四驅動開關管Q2。
3.一種基于權利要求1或2的控制電路控制帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構的方法，其特征在于:分閘操作時，分閘回路Si中開關管導通與關斷順序為: 首先導通第五開關管Q5和第一開關管Q1，第一儲能電容Cl通過第一開關管Ql向起動分閘線圈LI和輔助分閘線圈L2通電，然后關斷第五開關管Q5，同時導通第六開關管Q6和第三開關管Q3，使得起動分閘線圈L1、輔助分閘線圈L2中殘余能量和儲能第二儲能電容C2通過第三開關管Q3向主分閘線圈L4通電，最后依次關斷第六開關管Q6、第一開關管Ql和第三開關管Q3，完成分閘動作。
4.根據(jù)權利要求3所述的帶輔助分閘線圈的五線圈高壓永磁操動機構的控制方法，其特征在于:合閘操作時，合閘回路S2中開關管導通與關斷順序為: 首先導通第六開關管Q6和第四開關管Q4，第二儲能電容C2通過第四開關管Q4向起動合閘線圈L5通電，然后關斷第六開關管Q6，同時導通第五開關管Q5和第二開關管Q2，使得起動合閘線圈L5中的殘余能量和第一儲能電容Cl通過第二開關管Q2向輔助分閘線圈L3通電，最后依次關斷第五開關管Q5、第二開關管Q2和第四開關管Q4，完成合閘動作。
【文檔編號】H01H33/666GK104167327SQ201410373667
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權日:2014年7月31日
【發(fā)明者】林鶴云, 陳亞彬, 柳慶東, 徐喆明 申請人:東南大學