可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路，解决了大行程永磁操作机构分、合闸始动电流过大及刚分速度不满足要求的问题。分闸时，仅使用合闸侧线圈的一部分（与分闸侧线圈串联）作为分闸解锁线圈，其磁动势所产生的磁场用来抵消永磁体在动铁心与合闸侧端盖之间气隙中产生的磁场；合闸时，仅使用分闸侧线圈的一部分（与合闸侧线圈串联）作为合闸解锁线圈，其磁动势所产生的磁场用来抵消永磁体在动铁心与分闸侧端盖之间气隙中产生的磁场。使大行程永磁操作机构分、合闸始动电流减小，并使刚分速度达到设计要求。
【专利说明】
可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路
技术领域
[0001]本发明涉及一种双稳态永磁操作机构主驱动电路，特别涉及一种克服了大行程永磁操作机构分、合闸始动电流过大及刚分速度不满足要求的永磁操作机构的主驱动回路。
【背景技术】
[0002]通常在设计永磁操作机构时，一般认为:当动铁心在分闸位置时，如果要求合闸，则在合闸线圈中通以适当大小和方向的电流，该电流在分闸位置侧的动铁心与分闸侧端盖之间的气隙中所产生的磁场可与由永磁体所产生的磁场互相抵消，该电流在动铁心与合闸侧端盖之间的气隙中所产生的磁场则产生驱动动铁心向合闸位置移动的驱动力；当动铁心在合闸位置时，如果要求分闸，则在分闸线圈中通以适当大小和方向的电流，该电流在合闸位置侧的动铁心与合闸侧端盖之间的气隙中所产生的磁场可与由永磁体所产生的磁场互相抵消，该电流在动铁心与分闸侧端盖之间的气隙中所产生的磁场则产生驱动动铁心向分闸位置移动的驱动力。但是，当机构行程较长，分析表明，采用通常的双线圈双稳态永磁操作机构设计方法，无论是合闸还是分闸，单靠一侧激磁线圈所产生的磁场要驱动动铁心动作，所需要的磁动势是很大的，超出了设计上的接受范围。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路，解决了大行程永磁操作机构分、合闸始动电流过大及刚分速度不满足要求的技术问题。
[0004]本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的:设想将分闸线圈和合闸线圈配合使用(串联):当动铁心在合闸位置，如要分闸，由合闸线圈产生抵消永磁体在合闸侧产生的磁场的磁动势，而由分闸线圈磁动势和永磁体在动铁心与分闸侧端盖之间的气隙中共同激励磁场产生使动铁心进行分闸动作的驱动力；当动铁心在分闸位置，如要合闸，由分闸线圈产生抵消永磁体在分闸侧产生的磁场的磁动势，而由合闸线圈磁动势和永磁体在动铁心与合闸侧端盖之间的气隙中共同激励磁场产生使动铁心进行合闸动作的驱动力。分析计算表明，分闸时，在动铁心与合闸侧端盖之间的气隙较小时，随着分闸激磁电流的逐渐增大，动铁心受力的方向呈现“合闸方向一分闸方向一合闸方向”的变化趋势，原因是随着分闸激磁电流的逐渐增大，在动铁心与合闸侧端盖之间的气隙中，合闸线圈的磁动势产生的磁场抵消永磁体产生的磁场后逐渐过剩，而且由于动铁心与合闸侧端盖之间的气隙较小，该过剩磁场较强，动铁心受到的由该过剩磁场产生的合闸方向的力在分闸激磁电流达到一定值后将超过分闸线圈磁动势和永磁体在动铁心与分闸侧端盖之间的气隙(这时动铁心与分闸侧端盖之间的气隙较大)中共同产生的磁场对动铁心的分闸方向的力的大小，使动铁心总的受力方向为合闸方向；合闸时，也会出现类似现象，即在动铁心与分闸侧端盖之间的气隙较小时，随着合闸激磁电流的逐渐增大，动铁心受力方向呈现“分闸方向一合闸方向一分闸方向”的变化趋势。可见，直接将分闸线圈和合闸线圈串联作为分闸激磁线圈或合闸激磁线圈使用是不理想的。
[0005]提出了一种可快速解锁的双稳态永磁操作机构设计方法:分闸时，仅使用合闸侧线圈的一部分(与分闸侧线圈串联)作为分闸解锁线圈，其磁动势所产生的磁场用来抵消永磁体在动铁心与合闸侧端盖之间气隙中产生的磁场;合闸时，仅使用分闸侧线圈的一部分(与合闸侧线圈串联)作为合闸解锁线圈，其磁动势所产生的磁场用来抵消永磁体在动铁心与分闸侧端盖之间气隙中产生的磁场。需要注意的是，解锁线圈与主驱动线圈的匝数比要经过计算分析确定一个恰当的数值。经过多次计算比较，认为解锁线圈与主驱动线圈的匝数比可以将1/3作为参考。基于此方法设计的配用于真空断路器的永磁操作机构不仅解决了前述分合闸时随着激磁电流增大动铁芯受力方向出现反复的问题，所需分、合闸始动电流也大大减小，其他性能也很好满足了相关国家标准要求。
[0006]—种可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路，包括直流电源、合闸主驱动线圈、分闸主驱动线圈、合闸侧分闸解锁线圈、分闸侧合闸解锁线圈、第一合闸绝缘栅双极晶体管、第二合闸绝缘栅双极晶体管、第一分闸绝缘栅双极晶体管和第二分闸绝缘栅双极晶体管，第一合闸绝缘栅双极晶体管的集电极和第一分闸绝缘栅双极晶体管的集电极均与直流电源的正极连接在一起，第二分闸绝缘栅双极晶体管的发射极和第二合闸绝缘栅双极晶体管的发射极均与直流电源的负极连接在一起，第一合闸绝缘栅双极晶体管的发射极与第二分闸绝缘栅双极晶体管的集电极连接在一起，第一分闸绝缘栅双极晶体管的发射极与分闸主驱动线圈的星号端连接在一起，第二合闸绝缘栅双极晶体管的集电极与合闸主驱动线圈的星号端连接在一起，分闸主驱动线圈的另一端、合闸主驱动线圈的另一端和合闸侧分闸解锁线圈的星号端连接在一起，合闸侧分闸解锁线圈的另一端与分闸侧合闸解锁线圈的星号端连接在一起，分闸侧合闸解锁线圈的另一端与第一合闸绝缘栅双极晶体管的发射极连接在一起，合闸主驱动线圈的星号端、合闸侧分闸解锁线圈的星号端、分闸主驱动线圈的星号端和分闸侧合闸解锁线圈的星号端为同极性端。
[0007]在直流电源的两端并联有储能电容器;合闸主驱动线圈的匝数与合闸侧分闸解锁线圈的匝数的比为3:1，分闸主驱动线圈的匝数与分闸侧合闸解锁线圈的匝数的比为3:1。
[0008]本发明可快速解锁的双稳态永磁操作机构，使大行程永磁操作机构分、合闸始动电流减小，并使刚分速度达到设计要求。
【附图说明】
[0009]图1是本发明的电路结构示意图；
图2是本发明的双稳态永磁操作机构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图对本发明进行详细说明:
一种可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路，包括直流电源、合闸主驱动线圈
1、分闸主驱动线圈3、合闸侧分闸解锁线圈2、分闸侧合闸解锁线圈4、第一合闸绝缘栅双极晶体管HK1、第二合闸绝缘栅双极晶体管HK2、第一分闸绝缘栅双极晶体管FK1和第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2，第一合闸绝缘栅双极晶体管HK1的集电极和第一分闸绝缘栅双极晶体管FK1的集电极均与直流电源的正极连接在一起，第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2的发射极和第二合闸绝缘栅双极晶体管HK2的发射极均与直流电源的负极连接在一起，第一合闸绝缘栅双极晶体管HKi的发射极与第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2的集电极连接在一起，第一分闸绝缘栅双极晶体管FK1的发射极与分闸主驱动线圈3的星号端连接在一起，第二合闸绝缘栅双极晶体管HK2的集电极与合闸主驱动线圈I的星号端连接在一起，分闸主驱动线圈3的另一端、合闸主驱动线圈I的另一端和合闸侧分闸解锁线圈2的星号端连接在一起，合闸侧分闸解锁线圈2的另一端与分闸侧合闸解锁线圈4的星号端连接在一起，分闸侧合闸解锁线圈4的另一端与第一合闸绝缘栅双极晶体管HK1的发射极连接在一起，合闸主驱动线圈I的星号端、合闸侧分闸解锁线圈2的星号端、分闸主驱动线圈3的星号端和分闸侧合闸解锁线圈4的星号端为同极性端。
[0011]在直流电源的两端并联有储能电容器C;合闸主驱动线圈I的匝数与合闸侧分闸解锁线圈2的匝数的比为3:1，分闸主驱动线圈3的匝数与分闸侧合闸解锁线圈4的匝数的比为3:1。
[0012]本发明应用于传统的双稳态永磁操作机构中，在双稳态永磁操作机构的外壳8中设置有永磁体5，在永磁体5中设置有动铁芯10，在动铁芯10的下端连接有下驱动轴9，下驱动轴9是从合闸侧端盖7上穿过的，在动铁芯10的上端连接有上驱动轴，上驱动轴是从分闸侧端盖6上穿过的，在永磁体5的下端设置有合闸主驱动线圈I和合闸侧分闸解锁线圈2，在永磁体5的上端设置有分闸主驱动线圈3和分闸侧合闸解锁线圈4。
[0013]当动铁芯10在合闸位置，如果要执行分闸操作，控制电路同步发送导通触发脉冲给第一分闸绝缘栅双极晶体管FKjP第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2的栅极，其集电极与发射极之间由关断状态变为导通状态，形成从储能电容器C “+”极—第一分闸绝缘栅双极晶体管FK1集电极—第一分闸绝缘栅双极晶体管FK1发射极—分闸主驱动线圈3*端—分闸主驱动线圈3另一端—合闸侧分闸解锁线圈2*端—合闸侧分闸解锁线圈2另一端—分闸侧合闸解锁线圈4*端—分闸侧合闸解锁线圈4另一端—第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2集电极—第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2发射极—储能电容器C“_”极的电流导通回路。分闸主驱动线圈3、分闸侧合闸解锁线圈4、永磁体5在动铁芯1与分闸侧端盖6之间的气隙中产生的磁场方向是相同的，共同产生对动铁芯10的分闸驱动力;合闸侧分闸解锁线圈2与永磁体5在动铁芯10与合闸侧端盖7之间的气隙中产生的磁场方向相反，快速解开动铁芯10与合闸侧端盖7之间的吸合，从而使分闸动作快速执行，同时有效减小分闸始动电流并增大刚分速度。驱动轴9在分闸到位前会适时触动分闸行程开关，控制电路同步发送关断触发脉冲给第一分闸绝缘栅双极晶体管FKjP第二分闸绝缘栅双极晶体管FK2的栅极，其集电极与发射极之间由导通状态变为关断状态，动铁芯10在分闸位置由永磁体5在动铁芯10与分闸侧端盖6之间气隙中产生的磁场吸合力保持。当动铁芯10在分闸位置，如果要执行合闸操作，控制电路同步发送导通触发脉冲给第一合闸绝缘栅双极晶体管HKdP第二合闸绝缘栅双极晶体管HK2的栅极，其集电极与发射极之间由关断状态变为导通状态，形成从储能电容器C“+”极—第一合闸绝缘栅双极晶体管HK1集电极—第一合闸绝缘栅双极晶体管HK1发射极—分闸侧合闸解锁线圈4另一端—分闸侧合闸解锁线圈4*端—合闸侧分闸解锁线圈2另一端—合闸侧分闸解锁线圈2*端—合闸主驱动线圈I另一端—合闸主驱动线圈I*端—第二合闸绝缘栅双极晶体管HK2的集电极—第二合闸绝缘栅双极晶体管HK2的发射极—储能电容器C“_”极的电流导通回路。合闸主驱动线圈1、合闸侧分闸解锁线圈2、永磁体5在动铁芯10与合闸侧端盖7之间的气隙中产生的磁场方向是相同的，共同产生对动铁芯10的合闸驱动力；分闸侧合闸解锁线圈4与永磁体5在动铁芯10与分闸侧端盖6之间的气隙中产生的磁场方向相反，快速解开动铁芯10与分闸侧端盖6之间的吸合，从而使合闸动作快速执行，同时有效减小合闸始动电流。驱动轴9在合闸到位前会适时触动合闸行程开关，控制电路同步发送关断触发脉冲给第一合闸绝缘栅双极晶体管HKjP第二合闸绝缘栅双极晶体管(HK2)的栅极，其集电极与发射极之间由导通状态变为关断状态，动铁芯10在合闸位置由永磁体5在动铁芯10与合闸侧端盖7之间气隙中产生的磁场吸合力保持。
【主权项】
1.一种可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路，包括直流电源、合闸主驱动线圈(I)、分闸主驱动线圈(3)、合闸侧分闸解锁线圈(2)、分闸侧合闸解锁线圈(4)、第一合闸绝缘栅双极晶体管(HKi)、第二合闸绝缘栅双极晶体管(HK2)、第一分闸绝缘栅双极晶体管(FK1)和第二分闸绝缘栅双极晶体管(FK2)，其特征在于，第一合闸绝缘栅双极晶体管(HK1)的集电极和第一分闸绝缘栅双极晶体管(FK1)的集电极均与直流电源的正极连接在一起，第二分闸绝缘栅双极晶体管(FK2)的发射极和第二合闸绝缘栅双极晶体管(HK2)的发射极均与直流电源的负极连接在一起，第一合闸绝缘栅双极晶体管(HKi)的发射极与第二分闸绝缘栅双极晶体管(FK2)的集电极连接在一起，第一分闸绝缘栅双极晶体管FK1的发射极与分闸主驱动线圈(3)的星号端连接在一起，第二合闸绝缘栅双极晶体管(HK2)的集电极与合闸主驱动线圈(I)的星号端连接在一起，分闸主驱动线圈(3)的另一端、合闸主驱动线圈(I)的另一端和合闸侧分闸解锁线圈(2)的星号端连接在一起，合闸侧分闸解锁线圈(2)的另一端与分闸侧合闸解锁线圈(4)的星号端连接在一起，分闸侧合闸解锁线圈(4)的另一端与第一合闸绝缘栅双极晶体管(HK1)的发射极连接在一起，合闸主驱动线圈(I)的星号端、合闸侧分闸解锁线圈(2)的星号端、分闸主驱动线圈(3)的星号端和分闸侧合闸解锁线圈(4)的星号端为同极性端。2.根据权利要求1所述的一种可快速解锁的双稳态永磁操作机构主驱动电路，其特征在于，在直流电源的两端并联有储能电容器(C);合闸主驱动线圈(I)的匝数与合闸侧分闸解锁线圈(2)的匝数的比为3:1，分闸主驱动线圈(3)的匝数与分闸侧合闸解锁线圈(4)的匝数的比为3:1。
【文档编号】H01H3/28GK106057513SQ201610577376
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】张来福, 杨虹
【申请人】国网山西省电力公司电力科学研究院