双动式大开距高速电磁力开关及其控制方法与流程

本发明属于直流开关技术领域，特别涉及一种双动式大开距高速电磁力开关及其控制方法。

背景技术

传统的有触点机械式断路器绝缘水平高、带负载能力强，但是传统的断路器操动机构，如液压机构和弹簧机构的响应速度较慢，难以达到直流路器中高速机械开关的动作时间要求。而目前提出的高速机械开关的设计方案大多采用单动对接式的触头接触形式，即使操动机构具备了较高的分闸速度，也很难在短时间形成大开距的断口距离。

在中国专利申请公开说明书，cn103560023b中针对传统断路器操动机构响应速度慢，难以达到直流断路器中高速机械开关的动作时间要求的问题，公开了一种三断口双动式高速永磁斥力开关，其通过相对设置两个电磁斥力操动机构来带动两个动触头，以此解决分闸过程中响应速度慢的技术问题。但由于该发明的技术方案是通过两个操动机构带动两个动触头，操动机构动作的分散性会对分闸和合闸过程带来影响，再加之两个操动机构各自具有合闸驱动电路和分闸驱动电路，因此在控制上也容易出现不同步的现象。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种双动式大开距高速电磁力开关及其控制方法，通过一个储能电容激励的双稳态电磁操动单元同时带动两个曲柄滑块机构，进而带动与各曲柄滑块机构相连的动触头，以此来实现两个动触头的双向运动，提高开关的分闸速度，进而在短时间内形成大开距的断口距离，解决了两操动机构分别带动两个动触头所造成的动作分散性问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种双动式大开距高速电磁力开关，包括：

分闸侧曲柄滑块机构：用于在储能电容励磁电磁操动单元的驱动下，带动与滑块相连的分闸侧动触头与合闸侧动触头做相向运动或者相反运动，实现合闸操作或分闸操作。

合闸侧曲柄滑块机构：用于在储能电容励磁电磁操动单元的驱动下，带动与滑块相连的合闸侧动触头与分闸侧动触头做相向运动或者相反运动，实现合闸操作或分闸操作。

进一步地，所述分闸侧曲柄滑块机构通过一侧滑块与储能电容励磁电磁操动单元的分闸操动杆连接，另一侧滑块与分闸侧动触头连接，分闸侧曲柄滑块机构在储能电容励磁电磁操动单元驱动下运动，进而分闸侧动触头与合闸侧动触头做相向或者相反方向运动，以实现合闸或分闸动作。

进一步地，所述合闸侧曲柄滑块机构一侧滑块与储能电容励磁电磁操动单元的合闸操动杆连接，另一侧滑块与动触头连接，合闸侧曲柄滑块机构在储能电容励磁电磁操动单元驱动下运动，进而带动合闸侧动触头与分闸侧动触头做相向或者相反方向运动，以实现合闸或分闸动作。

进一步地，分闸侧曲柄滑块机构包括联动拐臂、两个连杆和两个滑块，所述联动拐臂的一端为固定销轴，联动拐臂的另外两端分别与两个连杆铰接，所述两个连杆的另外一端分别与两个滑块铰接，所述两个滑块分别与分闸侧动触头和分闸侧操动杆连接。

进一步地，合闸侧曲柄滑块机构包括联动拐臂、两个连杆和两个滑块，所述联动拐臂的一端为固定销轴，联动拐臂的另外两端分别与两个连杆铰接，所述两个连杆的另外一端分别与两个滑块铰接，所述两个滑块分别与合闸侧动触头和合闸侧操动杆连接。

进一步地，在储能电容励磁电磁操动单元的驱动下，分闸侧曲柄滑块机构做顺时针运动，合闸侧曲柄滑块机构做逆时针运动时，两个动触头相反方向运动，实现分闸操作；在储能电容励磁电磁操动单元的驱动下，分闸侧曲柄滑块机构做逆时针运动，合闸侧曲柄滑块机构做顺时针运动时，两个动触头相向运动，实现合闸操作。

储能电容励磁电磁操动单元：所述储能电容励磁电磁操动单元包括双稳态电磁操动机构、合闸储能电容、分闸储能电容、分闸开关、合闸开关、电容充电电路和控制器；所述双稳态电磁操动机构包括分闸侧静铁心、合闸侧静铁心、动铁心、分闸侧驱动杆、合闸侧驱动杆、分闸线圈、合闸线圈、隔磁垫圈，所述合闸侧驱动杆和分闸侧驱动杆均与动铁心刚性连接，合闸线圈套在动铁心上，位于合闸侧静铁心一侧，分闸线圈套在动铁心上，位于分闸侧静铁心一侧，隔磁垫圈位于合闸侧静铁心和分闸侧静铁心之间，用于隔离分闸线圈和合闸线圈磁场间的影响；分闸线圈、分闸开关和分闸储能电容串联，合闸线圈、合闸开关和合闸储能电容串联；控制电路通过控制分闸开关和合闸开关的工作状态来控制分闸线圈和合闸线圈的励磁电流大小，实现对双稳态电磁操动机构的运动的控制，进而达到实现所述储能电容励磁电磁操动单元带分闸侧曲柄滑块机构和合闸侧曲柄滑块机构运动，实现分闸和合闸操作的目的。

进一步地，所述控制器能够发出占空比可调的pwm控制信号，以此实现对分闸线圈和合闸线圈励磁电流大小的控制。

进一步地，所述分闸开关和合闸开关为电力电子开关，在控制器控制信号的作用下做导通与断开状态的转换，进而调节分闸电流和合闸电流。

开关本体：用于通过两个动触头的相向运动，实现开关的闭合；通过两个动触头向相反方向运动，实现开关的断。

一种双动式大开距高速电磁力开关的控制方法，过程为：

分闸操作过程如下：

在进行分闸操作时，控制器首先发出控制信号断开合闸开关；控制器根据预先设定的占空比发出分闸控制信号，分闸开关在分闸控制信号作用下调整分闸线圈中的电流，动铁心在分闸线圈所产生磁场的作用下开始进行分闸操作；两动触头到达分闸位置后，控制器降低控制信号的占空比，进而减小施加在分闸线圈中的电流，实现开关的低压小电流分闸保持，分闸操作结束。

合闸操作过程如下：

在进行合闸操作时，控制器首先发出控制信号断开分闸开关；控制器发出占空比可调的合闸控制信号，合闸开关在合闸控制信号的作用下调整合闸线圈中的电流，动铁心在合闸线圈所产生磁场的作用下开始进行合闸操作；两动触头闭合后，控制器降低控制信号的占空比，进而减小施加在合闸线圈中的电流，实现开关的低压小电流合闸保持。

本发明的有益效果：

双动式大开距高速电磁力开关采用一个储能电容励磁电磁操动单元同时带动两个动触头，避免了采用两个操动机构分别带动两个动触头所带来的动作分散性的问题；双动式大开距高速电磁力开关采用一个储能电容励磁电磁操动单元同时带动两个动触头，可使两个动触头在分闸操作时相对运动速度和触头开距为传统开关的两倍，形成良好的绝缘隔离；控制系统采用占空比可调的pwm信号作为分闸开关和合闸开关的控制信号，可以根据分闸和合闸的需要，调整分闸线圈和合闸线圈中的电流，进而调整分闸速度和合闸速度；在分闸操作和合闸操作完成后，控制系统降低控制信号的占空比，可使开关在分闸操作和合闸操作完成后的保持状态以小电流低功耗的方式运行。

附图说明

图1为本发明双动式大开距高速电磁力开关结构示意图；

图2为本发明储能电容励磁电磁操动单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

本发明的双动式大开距高速电磁力开关，包括分闸侧曲柄滑块机构1、储能电容励磁电磁操动单元2、合闸侧曲柄滑块机构3和开关本体4，分闸侧曲柄滑块机构1包括联动拐臂101、滑块102、滑块103、连杆104和连杆105，联动拐臂101的一端为固定销轴o1，联动拐臂的另外两端分别与连杆104和连杆105铰接，滑块102与分闸侧动触头401连接，滑块102在滑道107内滑动，滑块103与储能电容励磁电磁操动单元2的分闸侧驱动杆204连接，滑块103在滑道108内滑动；合闸侧曲柄滑块机构3包括联动拐臂301、滑块302、滑块303、连杆304和连杆305，联动拐臂301的一端为固定销轴o2，联动拐臂的另外两端分别与连杆304和连杆305铰接，滑块302与合闸侧动触头402连接，滑块302在滑道307内滑动，滑块303与储能电容励磁电磁操动单元2的合闸侧驱动杆205连接，滑块303在滑道308内滑动。

本发明中，储能电容励磁电磁操动单元2包括双稳态电磁操动机构20、分闸储能电容211、合闸储能电容212、分闸开关209、合闸开关210、电容充电电路213和控制器214。双稳态电磁操动机构包括分闸侧静铁心201、合闸侧静铁心202、动铁心203、分闸侧驱动杆204、合闸侧驱动杆205、分闸线圈206、合闸线圈207、隔磁垫圈208，合闸侧驱动杆205和分闸侧驱动杆均204与动铁心203刚性连接，合闸线圈207套在动铁心203上，位于合闸侧静铁心202一侧，分闸线圈套206在动铁心203上，位于分闸侧静铁心201一侧，隔磁垫圈位于208合闸侧静铁心和分闸侧静铁心之间，分闸线圈206、分闸开关209和分闸储能电容211串联，合闸线圈207、合闸开关210和合闸储能电容212串联，控制器214通过控制分闸开关209和合闸开关210的工作状态，实现双稳态电磁操动机构的双向运动，进而实现所述储能电容励磁电磁操动单元带动分闸侧曲柄滑块机构和合闸侧曲柄滑块机构运动，实现分闸和合闸操作。

本发明的双动式大开距高速电磁力开关是按照以下方式工作的：

分闸操作过程如下：

在进行分闸操作时，控制器214首先发出控制信号给合闸开关210，将合闸开关210断开；为了达到分闸完成后低压保持的目的，控制器214发出占空比可调的控制信号给分闸开关209，分闸开关按照控制信号进行闭合和断开状态的转换，进而调节施加在分闸线圈206上的电压，分闸线圈206通电以后，产生磁场，动铁心203即可在该磁场作用下向分闸侧静铁心201运动；动铁心203向分闸侧静铁心201运动的同时，会带动分闸侧曲柄滑块机构1的联动拐臂101绕固定销轴o1顺时针转动和合闸侧曲柄滑块机构3的联动拐臂301绕固定销轴o2逆时针转动，进而带动与滑块102相连的分闸侧动触头401和与滑块302相连的合闸侧动触头402相反方向运动，当动触头401和动触头402到达分闸位置后，控制器214降低控制信号的占空比，进而减小施加在分闸线圈206上的电压，减小分闸线圈中的电流，实现开关在分闸位置的低压小电流保持，分闸操作结束。

合闸操作过程如下：

在进行合闸操作时，控制器214首先发出控制信号给分闸开关209，将分闸开关209断开；控制器214发出占空比可调的控制信号给合闸开关210，合闸开关按照控制信号进行闭合和断开状态的转换，进而调节施加在合闸线圈207上的电压，合闸线圈207通电以后，产生磁场，动铁心203即可在该磁场作用下向合闸侧静铁心202运动；动铁心203向合闸侧静铁心202运动的同时，会带动分闸侧曲柄滑块机构1的联动拐臂101绕固定销轴o1逆时针转动和合闸侧曲柄滑块机构3的联动拐臂301绕固定销轴o2顺时针转动，进而带动与滑块102相连的分闸侧动触头401和与滑块302相连的合闸侧动触头402相向运动，当动触头401和动触头402到达合闸位置后，控制器214降低控制信号的占空比，进而减小施加在合闸线圈207上的电压，减小合闸线圈中的电流，实现开关在合闸位置的低压小电流保持，分闸操作结束。