用于真空開關(guān)管的執(zhí)行裝置和斷開設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于真空開關(guān)管的執(zhí)行裝置。另外，本發(fā)明涉及一種用于斷開電 流回路的斷開設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 在中壓和高壓開關(guān)設(shè)備的機(jī)械中斷單元中，當(dāng)今經(jīng)常使用彈簧儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)器，作為 用于觸點(diǎn)系統(tǒng)的機(jī)械斷開和閉合的驅(qū)動(dòng)器。由此產(chǎn)生需要的最小機(jī)構(gòu)，其將可實(shí)現(xiàn)的開關(guān) 時(shí)間例如限定在10至50ms之間的范圍。這樣的開關(guān)時(shí)間在用于高壓直流傳輸?shù)碾姎鈹嚅_ 設(shè)備中太低級。因此，存在提供相應(yīng)的執(zhí)行裝置的期望，利用該執(zhí)行裝置能夠更快地?cái)嚅_觸 點(diǎn)。在此特別是希望開關(guān)時(shí)間在一位數(shù)的毫秒范圍。
[0003] 為了能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的開關(guān)時(shí)間，例如使用微型氣體發(fā)生器。其它的可能是， 提供相應(yīng)的爆炸驅(qū)動(dòng)器。此外，提出了將電磁驅(qū)動(dòng)器用于中壓范圍。在發(fā)表于XXIV. thInternationalSymposiumonDischargesandElectricalInsulationin Vacuum,Braunschweig, 2010 的D.Xiongying等的"Fiber-ControlledVacuumInterrupter ModuleUsedforFaultCurrentInterruption"中，描述了一種用于真空開關(guān)管的執(zhí)行裝 置，其包括按照活動(dòng)線圈原理（Tauchspulen-prinzip)制造的電磁執(zhí)行器。
[0004]另外，在發(fā)表于IEEETransactionsonPowerDelivery,Vol. 21，No. 2, 2006 的J. -M.Meyer等的文章"ADCHybridCircuitBreakerWithUltra-FastContact OpeningandIntegratedGate-CommutatedThyristors(IGCTs) " 中，描述了一種包括電 磁執(zhí)行器的用于真空開關(guān)管的執(zhí)行裝置。在此，通過永磁體的磁化來實(shí)現(xiàn)閉合時(shí)的保持力。 為了進(jìn)行斷開，使用所謂的湯姆森執(zhí)行器（Thomson-Aktor)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種更快且更有效的用于斷開和閉合真空開關(guān) 管的觸點(diǎn)的執(zhí)行裝置。
[0006] 該技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求1的特征的執(zhí)行裝置以及通過具有權(quán)利要求5的特 征的斷開設(shè)備來解決。在從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的用于真空開關(guān)管的執(zhí)行裝置包括：連接元件，其能夠與真空開關(guān)管 的電觸點(diǎn)連接；電磁執(zhí)行部件，用于在第一位置與第二位置之間移動(dòng)連接元件；保持磁軛， 所述連接元件能夠相對于該保持磁軛移動(dòng)，并且所述保持磁軛包括第一磁體元件，其中，所 述第一磁體元件在保持磁軛中產(chǎn)生第一和第二磁路；以及鐵磁的保持銜鐵，其被布置在連 接元件上，其中，保持銜鐵在連接元件的第一位置處于第一磁路中，而在連接元件的第二位 置處于第二磁路中；并且其中，所述連接元件通過在保持磁軛與保持銜鐵之間的相應(yīng)的磁 力穩(wěn)定地保持在第一和第二位置。
[0008] 所述執(zhí)行裝置用于斷開和閉合真空開關(guān)管的電觸點(diǎn)。真空開關(guān)管通常具有一個(gè)固 定的電觸點(diǎn)和一個(gè)可移動(dòng)的電觸點(diǎn)。所述執(zhí)行裝置包括連接元件，其能夠與真空開關(guān)管的 一個(gè)電觸點(diǎn)，特別是可移動(dòng)的電觸點(diǎn)連接。此外，所述執(zhí)行裝置包括電磁執(zhí)行部件，利用該 電磁執(zhí)行部件能夠在第一和第二位置之間移動(dòng)連接元件。通過連接元件與真空開關(guān)管的觸 點(diǎn)的共同作用，使得在連接元件的第一位置能夠斷開真空開關(guān)管的觸點(diǎn)，而在連接元件的 第二位置能夠閉合真空開關(guān)管的觸點(diǎn)。在連接元件處布置有保持銜鐵，其由鐵磁材料制成。 此外，所述執(zhí)行裝置包括保持磁軛，在該保持磁軛處布置有第一磁體元件，或者在該保持磁 軛中集成有第一磁體元件。
[0009] 所述保持磁軛相對于連接元件固定地構(gòu)造。因此，連接元件能夠相對于保持磁軛 移動(dòng)。保持磁軛和保持銜鐵現(xiàn)在如下構(gòu)造，使得既在第一位置也在第二位置，沿著保持銜 鐵、第一磁體元件和保持磁軛形成磁路。換言之，提供一種雙穩(wěn)定的執(zhí)行裝置，利用該執(zhí)行 裝置使得連接元件由于磁力穩(wěn)定地保持在第一和第二位置。由此，不必為了使連接元件保 持在第一或第二位置而施加電能。因此，所述執(zhí)行部件能夠特別高效節(jié)能地運(yùn)行。
[0010] 電磁執(zhí)行部件優(yōu)選具有第二磁體元件和可相對于第二磁體元件移動(dòng)的線圈元件， 該線圈元件與連接元件相連。為了使連接元件能夠從第一位置向第二位置來回移動(dòng)，使用 電磁執(zhí)行部件。所述電磁執(zhí)行部件包括線圈元件，第二磁體元件至少局部地包圍該線圈元 件。通過流過線圈元件的電流的極性，能夠使得線圈元件相對于第二磁體元件移動(dòng)。由此能 夠以簡單的方式移動(dòng)連接元件。在此，能夠在省去所有鐵磁場引導(dǎo)的情況下構(gòu)造第二磁體 元件。特別地，可以僅由永磁體構(gòu)成第二磁體元件。在此，也可以按照所謂的哈爾巴赫陣列 (Halbach-Array)的類型構(gòu)造第二磁體元件。在此，第二磁體元件可以包括多個(gè)永磁體，其 磁化方向互相分別沿著延伸方向傾斜90度。由此可以放大在至少局部地包圍線圈元件的 第二磁體元件的區(qū)域內(nèi)的磁通量。由此可以提供特別有效的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器來移動(dòng)連接元件。
[0011] 在另一種實(shí)施方式中，將第一和第二磁體元件整體構(gòu)造成一個(gè)磁體裝置。換言之， 能夠?qū)㈦姶艌?zhí)行部件的第二磁體元件與保持磁軛的第一磁體元件合并。這使得能夠例如在 執(zhí)行裝置中使用單個(gè)永磁體。
[0012] 在另一種構(gòu)造中，將保持銜鐵和線圈元件整體構(gòu)造成線圈裝置。保持銜鐵和線圈 元件可以合并成公用的集成的線圈裝置或線圈組件。由此可以節(jié)省安裝空間，并且減輕執(zhí) 行裝置的重量。
[0013] 此外，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于斷開電流回路的斷開設(shè)備。該斷開設(shè)備包括：至 少一個(gè)真空開關(guān)管，該真空開關(guān)管具有兩個(gè)電觸點(diǎn)；和至少一個(gè)以上描述的執(zhí)行裝置，其 中，至少一個(gè)執(zhí)行裝置的連接元件與至少一個(gè)真空開關(guān)管的觸點(diǎn)之一連接，使得在連接元 件的第一位置斷開觸點(diǎn)，而在連接元件的第二位置閉合觸點(diǎn)。
[0014] 所述斷開設(shè)備能夠用于斷開電連接，特別是高壓連接。該斷開設(shè)備包括至少一個(gè) 開關(guān)管，其例如可在市場上獲得。這樣的真空開關(guān)管例如可以具有24kW交流電壓的額定電 壓，2kA的額定運(yùn)行電流和0. 9kg質(zhì)量的移動(dòng)的接觸片。執(zhí)行裝置的連接元件直接與真空開 關(guān)管的可移動(dòng)的觸點(diǎn)連接。由此可以提供對于真空開關(guān)管的直接驅(qū)動(dòng)，并且由此不需要意 味著附加移動(dòng)質(zhì)量的附加組件。
[0015] 在一種實(shí)施方式中，所述斷開設(shè)備包括控制裝置，用于控制流過至少一個(gè)執(zhí)行裝 置的線圈元件的電流，該控制裝置被構(gòu)造為，如果連接元件接近第一或第二位置，則減小流 過線圈元件的電流。利用斷開設(shè)備的控制裝置，能夠調(diào)整流過線圈元件的電流。由此能夠 以簡單的方式控制與線圈元件機(jī)械地固定連接的連接元件的移動(dòng)。通過電磁執(zhí)行部件的簡 單結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)特別快的開關(guān)時(shí)間。由此可以控制電磁執(zhí)行部件，使得經(jīng)由連接元件的移 動(dòng)使真空開關(guān)管的電觸點(diǎn)在形式規(guī)定的時(shí)間段（例如2ms)中經(jīng)過預(yù)定的路徑（例如4mm)。
[0016] 如果連接元件要從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，則可以首先提高在線圈元件中的 電流強(qiáng)度。由此能夠使連接元件加速。如果連接元件接近第一或第二位置，則可以再降低 在線圈元件中的電流強(qiáng)度。由此降低連接元件的移動(dòng)速度。在此也可以設(shè)置為，反轉(zhuǎn)流過 線圈元件的電流的極性。由此產(chǎn)生與連接元件的移動(dòng)速度方向相反的制動(dòng)力。由此可以防 止保持銜鐵在一個(gè)位置上碰撞保持磁軛，由此保持磁軛或保持銜鐵被損壞或者在持續(xù)運(yùn)行 中被磨損。
[0017] 控制部件優(yōu)選包括具有半導(dǎo)體開關(guān)的橋式電路。橋式電路可以特別地構(gòu)造成全橋 或H橋。可以使用MOSFET晶體管或IGBT作為半導(dǎo)體開關(guān)。由此可以實(shí)現(xiàn)對線圈元件的高 效節(jié)能的控制。
[0018] 在另一種構(gòu)造中，斷開設(shè)備具有阻尼元件，用于降低連接元件的移動(dòng)速度。除了電 氣控制之外，在斷開設(shè)備中還可以設(shè)置機(jī)械或液壓阻尼器，利用其在連接元件的第一或第 二位置的相應(yīng)的區(qū)域中降低連接元件的移動(dòng)速度。特別是可以使用機(jī)械或液壓阻尼器作為 阻尼元件，該阻尼器將連接元件的動(dòng)能基本轉(zhuǎn)換成摩擦熱。由此能夠以簡單的方式制動(dòng)連 接元件的移動(dòng)。
[0019] 在另一種構(gòu)造中，斷開設(shè)備具有緊急開關(guān)元件，用于閉合真空開關(guān)管的觸點(diǎn)。在開 關(guān)發(fā)生故障的情況下，即如果真空開關(guān)管由于電磁執(zhí)行部件發(fā)生故障而不能閉合，則可以 執(zhí)行緊急操作。為此而使用的緊急開關(guān)元件可以由熱元件（Pyroelement)或由未鎖定的拉 緊的彈簧構(gòu)成。由此可以在緊急情況下以簡單的方式再次閉合真空開關(guān)管。
[0020] 在一種實(shí)施方式中，斷開設(shè)備包括兩個(gè)執(zhí)行裝置和兩個(gè)真空開關(guān)管，其中，控制部 件被構(gòu)造為，在時(shí)間上互相錯(cuò)開地控制流過兩個(gè)執(zhí)行裝置中的第一執(zhí)行裝置的線圈元件的 電流和流過兩個(gè)執(zhí)行裝置中的第二執(zhí)行裝置的線圈元件的電流。例如可以反向地接通兩個(gè) 執(zhí)行裝置的電磁執(zhí)行部件。由于向外的沖擊中立（Impulsneutmlitiit)，可以實(shí)現(xiàn)良好的機(jī) 械穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021] 現(xiàn)在，根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。在此：
[0022] 圖1在示意圖中示出了斷開設(shè)備；
[0023] 圖2示出了斷開設(shè)備的控制部件；
[0024] 圖3示出了斷開設(shè)備的真空開關(guān)