驱动电路以及断路器的制作方法

1.本实用新型涉及电力安全技术领域，具体涉及一种驱动电路以及断路器。


背景技术：

2.弹操驱动装置与断路器的绝缘拉杆连接，用以释放保持机构并使断路器自动断开的装置。弹操驱动装置与驱动电路连接，驱动电路用于向驱动弹操驱动装置提供触发信号，因此触发信号的输出快慢直接决定着断路器的分合闸特性，间接影响着整个断路器的关合、开断性能。
3.然而，目前的驱动电路无法快速输出触发信号的，也即响应速度较低，因此无法满足快速分闸断路器的要求，导致故障切除速度不够快，从而不能有效避免电网系统的震荡，容易影响电能质量和电网稳定性。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种驱动电路以及断路器，可以提高响应速度，进而提高故障切除速度，有效避免电网系统的震荡，提高电能质量和电网稳定性。
5.本实用新型提供一种驱动电路，所述驱动电路用于驱动弹操驱动装置，所述驱动电路包括：
6.保护模块，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端以及公共端，所述第一输入端用于输入电流采样值和电压采样值，所述第二输入端用于输入待分闸的断路器的位置信息，所述公共端与所述弹操驱动装置连接；所述保护模块用于获取多个电流采样值的矢量以及多个电压采样值的矢量，分别得到多个电流矢量和多个电压矢量；根据所述多个电流矢量的实部的总和以及所述多个电流矢量的虚部的总和获取故障电流的幅值；并根据所述多个电压矢量的实部的总和以及所述多个电压矢量的虚部的总和获取故障电压的幅值；当所述故障电流的幅值大于预设电流阈值，且所述故障电压的幅值大于预设电压阈值时，生成触发信号；所述触发信号携带所述待分闸的断路器的位置信息；其中所述电流矢量包括实部和虚部；所述电压矢量也包括实部和虚部；
7.硬件出口回路，所述硬件出口回路的输入端与所述第一输出端连接；所述硬件出口回路的输出端也与所述弹操驱动装置连接，所述硬件出口回路用于将所述触发信号传输至与所述待分闸的断路器的位置信息对应的弹操驱动装置中。
8.本实用新型还提供一种断路器，其包括上述驱动电路和弹操驱动装置，所述弹操驱动装置的一端与所述硬件出口回路的输出端连接，所述弹操驱动装置的另一端与所述公共端连接。
9.本实用新型的驱动电路以及断路器，包括保护模块，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端以及公共端，所述第一输入端用于输入电流采样值和电压采样值，所述第二输入端用于输入待分闸的断路器的位置信息，所述公共端与所述弹操驱动装置连接；所述保护模块用于获取多个电流采样值的矢量以及多个电压采样值的矢量，分别得到多个电流
矢量和多个电压矢量；根据所述多个电流矢量的实部的总和以及所述多个电流矢量的虚部的总和获取故障电流的幅值；并根据所述多个电压矢量的实部的总和以及所述多个电压矢量的虚部的总和获取故障电压的幅值；当所述故障电流的幅值大于预设电流阈值，且所述故障电压的幅值大于预设电压阈值时，生成触发信号；所述触发信号携带待分闸的断路器的位置信息；硬件出口回路，所述硬件出口回路的输入端与所述第一输出端连接；所述硬件出口回路的输出端也与所述弹操驱动装置连接，所述硬件出口回路用于将所述触发信号传输至与所述待分闸的断路器的位置信息对应的弹操驱动装置中；由于对驱动电路的结构进行改进，因此提高了响应速度，进而提高故障切除速度，有效避免电网系统的震荡，提高了电能质量和电网稳定性。
附图说明
10.图1为本实用新型一实施例提供的弹操驱动装置处于复位状态时的剖面示意图。
11.图2为本实用新型一实施例提供的弹操驱动装置处于脱扣状态时的剖面示意图。
12.图3为本实用新型一实施例提供的驱动电路的结构示意图。
13.图4为本实用新型一实施例提供的断路器的结构示意图。
14.图5为本实用新型另一实施例提供的断路器的结构示意图。
15.图6为本实用新型一实施例提供的断路器处于合闸状态时的结构示意图。
具体实施方式
16.以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本实用新型可用以实施的特定实施例。本实用新型所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
17.本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
18.现有弹操驱动装置的复位，通过机械例力使其复位，一方面结构复杂，另一方面如果配合不好，无法实现复位。
19.请参阅图1，图1为本实用新型一实施例提供的弹操驱动装置处于复位状态时的剖面示意图。
20.如图1所示，本实施例的弹操驱动装置10包括中空的线圈框架11、线圈 12、永磁体13、壳体14、铁芯15、顶杆16、第一限位件17以及弹簧18。
21.线圈框架11为中空结构，其具有一腔体101，所述线圈框架11可包括第一端部111和第二端部112，所述第一端部111与所述第二端部112相对设置。所述第一端部111为远离所述铁芯11侧的端部。在一实施方式中，所述第一端部111为上端部，所述第二端部112可为下端部，在一实施方式中，线圈框架11为管状。
22.线圈12套接在所述线圈框架11的外部；比如一实施方式中，线圈12缠绕在线圈框架11的外壁上，线圈12的长度可以根据需求设置。
23.永磁体13设置在所述线圈框架11的腔体101内。在一实施方式中，永磁体13固定在
腔体101内，所述永磁体13可固定在所述壳体14的内壁上。比如在一实施方式中，所述永磁体13可贴合在所述壳体14的内壁上，当然在其他实施方式中，永磁体13上设置有卡扣部件，所述壳体14的内壁上设置有凹槽，将卡扣部件卡合在凹槽内，以实现永磁体13的固定。
24.壳体14包覆在所述线圈12、所述线圈框架11以及所述永磁体13外，所述壳体14上设置有一开口102；所述开口102用于使部分铁芯15伸入所述线圈框架11的腔体101内。
25.所述铁芯15与所述永磁体13同轴，且所述铁芯15与所述永磁体13相对设置；在一些实施例中，所述壳体14的材料与所述铁芯15的材料相同，比如均为铁。在一实施方式中，永磁体13在水平面上的正投影的面积大于所述铁芯15在水平面上的正投影的面积。其中所述永磁体13在所述铁芯15上的正投影面积根据需求设置，该正投影面积应确保铁芯可以复位，或者说可以使铁芯15保持在预设的高度。
26.顶杆16设置在所述铁芯15远离所述永磁体13的一端。在一些实施例中，为了防止在移动过程中，顶杆16出现晃动，所述铁芯15以及所述顶杆16可一体成型。顶杆16的宽度小于铁芯15的宽度，该宽度为截面的宽度。
27.第一限位件17设置在所述顶杆16和所述铁芯15之间；在一实施方式中，该第一限位件17与铁芯15单独制作。在一实施例中，第一限位件17可上设置有孔，该孔的位置与顶杆16的位置对应。其中该孔的孔径与顶杆的外径匹配，第一限位件17可为垫片。在其他实施方式中，该第一限位件17与铁芯15 一体成型。
28.弹簧18套接在裸露于所述线圈框架11外的铁芯15的外部。在一优选实施方式中，为了进一步缩短切除故障的时间，所述弹簧18的一端也可固定在所述壳体14上，所述弹簧18的另一端固定在所述第一限位件17。当然在其他实施方式中，所述弹簧18的一端与所述壳体14抵接，所述弹簧18的另一端与所述第一限位件17抵接，且处于压缩状态。
29.在一些实施例中，所述永磁体13靠近所述线圈框架11的第一端部111；也即永磁体13设置在线圈框架11的腔体101的上部，在一实施方式中，为了简化制程工艺，所述永磁体13的远离所述铁芯11一侧的端部与所述线圈框架 11的第一端部111齐平。在另一些实施方式中，所述永磁体13的远离所述铁芯11一侧的端部也可与所述线圈框架11的第一端部111不齐平，比如永磁体13可设置在线圈框架11的几何中心和线圈框架11的第一端部111之间的任意位置。
30.在一些实施例中，为了便于更换元件和对元件进行维修，所述第一限位件 17通过固定件19固定在所述顶杆16和所述铁芯15之间。在一实施方式中，所述固定件19可包括螺母191和螺栓192。当然固定件19的具体结构不限于此。
31.在一些实施例中，为了便于铁芯15的上下移动，所述铁芯15与所述线圈框架11之间间隔设置。可以理解的是，铁芯15与所述线圈框架11之间的间距可以根据需求设置。
32.在一些实施方式中，所述壳体14上设置有两个极片，所述两个极片分别与所述线圈12连接。其中线圈12的一端与其中一个极片连接，线圈12的另一端与另一个极片连接。
33.为了提高限位效果，在一些实施例中，所述第一限位件17的宽度大于所述开口102的宽度，所述宽度所在的方向与所述铁芯15的中轴线垂直。比如铁芯15的中轴线方向为竖直方向，所述宽度方向为水平方向。
34.在具体工作过程中，由于永磁体13产生预设磁场a，在预设磁场a的作用下，使弹操驱动装置10保持在复位状态。当断路器需要分闸时，线圈12接入第一电流(分闸信号)，使得
线圈12产生第一磁场b，由于第一磁场b的方向与预设磁场a的方向相反，因此第一磁场b减弱了预设磁场a的磁力，使得铁芯15在弹簧18的作用下向下运动，顶杆16推动断路器的分闸拐臂，实现分闸脱扣。
35.由于在弹操驱动装置10处于复位状态时，第一磁场b的磁路基本处于闭合状态，线圈12只需要接入较小的电流且在很短的时间内便能产生足够抵消预设磁场a的作用力，完成脱扣动作。
36.如图2所示，当弹操驱动装置(脱扣器)动作完成脱扣后，线圈12不再接入电流，也即线圈12断电，铁芯15保持在图2所示的位置。为了使铁芯复位，可使线圈12接入第二电流(复位电流)，第二电流的方向与第一电流的方向相反，使得线圈12产生第二磁场c，第二磁场c与预设磁场a的磁场方向相同，从而对铁芯产生向上的作用力，使得铁芯复位。
37.由于设置线圈和永磁体，因此通过控制线圈接入的电流，以产生与永磁体的磁场相同或者相反方向的磁场，进而使得顶杆向下运动或者复位，缩短了切除时间，提高故障切除速度，进而有效避免电网系统的震荡，提高电能质量和电网稳定性。
38.基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供一弹操驱动装置的控制方法，该弹操驱动装置的控制方法依赖于上述弹操驱动装置，该方法包括：
39.(1)当所述弹操驱动装置10处于第一状态时，使所述线圈12接入第一电流；
40.(2)当所述弹操驱动装置10处于第二状态时，使所述线圈12接入第二电流；所述第二电流的方向与所述第一电流的方向相反。
41.在一实施方式中，第一状态比如为脱扣状态，第二状态比如为复位状态。
42.结合图1和图2，在一些实施例中，当所述线圈12接入第一电流时，所述线圈12产生第一磁场b；当所述线圈12接入第二电流时，所述线圈12产生第二磁场c；所述第一磁场b的方向与所述永磁体13的磁场方向相反，所述第二磁场c与所述永磁体13的磁场方向相同。具体执行过程参见上文，在此不再赘述。
43.本实用新型的弹操驱动装置，包括中空的线圈框架，具有一腔体；线圈，套接在所述线圈框架的外部；永磁体，设置在所述线圈框架的腔体内；壳体，包覆在所述线圈、所述线圈框架以及所述永磁体外，所述壳体上设置有一开口；铁芯，与所述永磁体同轴，且所述铁芯与所述永磁体相对设置；所述开口用于使部分铁芯伸入所述线圈框架的腔体内；顶杆，设置在所述铁芯远离所述永磁体的一端；第一限位件，设置在所述顶杆和所述铁芯之间；弹簧，套接在裸露于所述线圈框架外的铁芯的外部；通过控制线圈接入的电流，以产生与永磁体的磁场相同或者相反方向的磁场，进而使得顶杆向下运动或者复位，缩短了切除时间，提高故障切除速度，进而有效避免电网系统的震荡，提高电能质量和电网稳定性。
44.请参阅图3，图3为本实用新型一实施例提供的驱动电路的结构示意图。
45.如图3所示，本实用新型实施例的驱动电路30用于驱动弹操驱动装置10，所述驱动电路30包括：保护模块31和硬件出口回路32。
46.结合图4，所述保护模块31具有第一输入端311、第二输入端312、第一输出端313以及公共端314，所述第一输入端311用于输入电流采样值和电压采样值，所述第二输入端312用于输入待分闸的断路器的位置信息；所述第一输出端313用于输出所述触发信号。保护模块31，用于获取多个电流采样值的矢量以及多个电压采样值的矢量，分别得到多个电流矢量和多个电压矢量；根据所述多个电流矢量的实部的总和以及所述多个电流矢量的虚部的
总和获取故障电流的幅值；根据所述多个电压矢量的实部的总和以及所述多个电压矢量的虚部的总和获取故障电压的幅值；当所述故障电流的幅值大于预设电流阈值，且所述故障电压的幅值大于预设电压阈值时，生成触发信号；所述触发信号携带所述待分闸的断路器的位置信息。其中所述电流矢量包括实部和虚部；所述电压矢量也包括实部和虚部。
47.所述硬件出口回路32的输入端321与所述第一输出端313连接；所述硬件出口回路32的输出端322和所述公共端314均与所述弹操驱动装置10连接。硬件出口回路32用于将所述触发信号传输至与所述待分闸的断路器的位置信息对应的弹操驱动装置10中。在一些实施例中，所述硬件出口回路的输出端322与所述弹操驱动装置10的一端103连接，所述公共端314与所述弹操驱动装置10的另一端104连接。在一实施方式中，所述弹操驱动装置10的一端与线圈12的一端连接，所述弹操驱动装置10的另一端与线圈12的另一端连接。
48.在一些实施例中，为了进一步提高响应速度，所述保护模块31，具体用于根据电流采样值、小矢量序号、每周波的采样个数以及采样序号计算得到电流矢量的实部以及电流矢量的虚部。
49.在一些实施例中，为了进一步提高响应速度，保护模块31可采用快速数据窗算法获取电流矢量的实部和虚部，比如所述保护模块31，具体用于通过下式计算得到第p个电流矢量的实部：
[0050][0051]
其中phl
p
为第p个电流矢量的实部，p为小矢量序号，n为每周波采样的个数，p为小矢量序号，i
k
为第k个采样电流值，q＝n/p；k为采样序号。
[0052]
在一些实施例中，为了进一步提高响应速度，所述保护模块31，具体用于通过下式计算得到所述第p个电流矢量的虚部：
[0053][0054]
其中phy
p
为第p个电流矢量的虚部，p为小矢量序号，n为每周波采样的个数，p为小矢量序号，i
k
为第k个采样电流值，q＝n/p；k为采样序号。由于采用了快速数据窗算法，获取电流矢量或者电压矢量，因此缩短了保护模块的响应时间，提高保护装置的响应速度。其中快速数据窗算法中的最小的数据窗为1/4周期。
[0055]
当然可以理解的，在其他实施方式中，还可采用其他算法计算电流矢量的虚部和实部。其中电压矢量的虚部和实部的计算方法与此类似，在此不再赘述。
[0056]
在一些实施例中，为了进一步提高响应速度，所述硬件出口回路32包括六个绝缘栅双极型晶体管(igbt)。由于绝缘栅双极型晶体管具有自动关断的能力，此外与常规的出口继电器相比，可以提高驱动速度，常规出口继电器的动作时间在3
‑
5ms，igbt的驱动速度在100微秒以内。
[0057]
本实用新型的驱动电路，包括保护模块，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端以及公共端，所述第一输入端用于输入电流采样值和电压采样值，所述第二输入端用于输入待分闸的断路器的位置信息，所述公共端与所述弹操驱动装置连接；所述保护模块用
于获取多个电流采样值的矢量以及多个电压采样值的矢量，分别得到多个电流矢量和多个电压矢量；根据所述多个电流矢量的实部的总和以及所述多个电流矢量的虚部的总和获取故障电流的幅值；并根据所述多个电压矢量的实部的总和以及所述多个电压矢量的虚部的总和获取故障电压的幅值；当所述故障电流的幅值大于预设电流阈值，且所述故障电压的幅值大于预设电压阈值时，生成触发信号；所述触发信号携带待分闸的断路器的位置信息；硬件出口回路，所述硬件出口回路的输入端与所述第一输出端连接；所述硬件出口回路的输出端也与所述弹操驱动装置连接，所述硬件出口回路用于将所述触发信号传输至与所述待分闸的断路器的位置信息对应的弹操驱动装置中；由于对驱动电路的结构进行改进，因此提高了响应速度，进而提高故障切除速度，有效避免电网系统的震荡，提高了电能质量和电网稳定性。
[0058]
基于同一实用新型构思，如图4所示，本实用新型实施例还提供一断路器 100，该断路器100包括弹操驱动装置10和上述任意一种驱动电路30。弹操驱动装置10可为上述任意一种弹操驱动装置10，当然可以理解的，弹操驱动装置10的具体结构不限于上文描述的结构。
[0059]
在一些实施例中，结合图5和图6，该断路器100还可包括传动部件20，在一实施方式中，该传动部件20可包括分闸拐臂21、分闸半轴22、分闸挚子 23、滚轮24以及输出拐臂25，分闸拐臂21与分闸半轴22连接、分闸挚子23 与所述分闸半轴22扣接，分闸挚子23通过滚轮24与输出拐臂25连接。
[0060]
弹操驱动装置10在得到分闸信号后，线圈12产生与永磁体13的磁场相反的磁场，顶杆16带动分闸拐臂21，分闸拐臂21带动分闸半轴22转动，使分闸半轴22的扣接量(面积)减小到零，分闸挚子23轴逆时针转动，输出拐臂25在断路器100中的分闸弹簧的作用下逆时针转动，完成分闸过程。
[0061]
本实用新型的断路器，包括保护模块，具有第一输入端、第二输入端、第一输出端以及公共端，所述第一输入端用于输入电流采样值和电压采样值，所述第二输入端用于输入待分闸的断路器的位置信息，所述公共端与所述弹操驱动装置连接；所述保护模块用于获取多个电流采样值的矢量以及多个电压采样值的矢量，分别得到多个电流矢量和多个电压矢量；根据所述多个电流矢量的实部的总和以及所述多个电流矢量的虚部的总和获取故障电流的幅值；并根据所述多个电压矢量的实部的总和以及所述多个电压矢量的虚部的总和获取故障电压的幅值；当所述故障电流的幅值大于预设电流阈值，且所述故障电压的幅值大于预设电压阈值时，生成触发信号；所述触发信号携带待分闸的断路器的位置信息；硬件出口回路，所述硬件出口回路的输入端与所述第一输出端连接；所述硬件出口回路的输出端也与所述弹操驱动装置连接，所述硬件出口回路用于将所述触发信号传输至与所述待分闸的断路器的位置信息对应的弹操驱动装置中；由于对驱动电路的结构进行改进，因此提高了响应速度，进而提高故障切除速度，有效避免电网系统的震荡，提高了电能质量和电网稳定性。
[0062]
以上对本实用新型提供的驱动电路以及断路器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。