专利名称：永磁机构自动转换开关的制作方法
永磁机构自动转换开关技术领域
本发明属于低压电气设备，涉及自动转换开关的操动机构和灭弧室结构，具体是 一种新型的永磁机构自动转换开关。
背景技术：
自动转换开关电器(ATSE)是由一个或几个转换开关电器和其它必需的电器组 成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电 器。自动转换开关电器也被称为“双电源自动转换开关”、“自动转换开关”或“双电源开关” 是一种工业上大范围使用的低压电器，在军工、电力、石油、电信、交通运输等行业都有重要 的应用。国际上自动转换开关电器的应用现状是北美和日本等国家以PC级自动转换开关 为主，而西欧等国家以CB级自动转换开关为主。随着我国工业的大力发展，自动转换开关 越来越具有重要的作用。市场上现行的自动转换开关主要是采用电磁机构驱动开关本体， 外加控制器控制电磁机构，这种电磁机构在开关闭合状态下需要让线圈保持通电，而且本 身电磁机构复杂，存在高耗能，容易死锁等缺点。发明内容
本发明的目的是解决现有的自动转换开关结构繁琐，高耗能，性能低劣等问题，提 供一种结构简单，低耗能，分相操作，可靠性高的永磁机构自动转换开关。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括轭铁以及设置在轭铁内的永磁 体，在永磁体内套装有动铁芯，在永磁体的两侧的轭铁内对称设置有A组合间线圈和B组合 闸线圈，动铁芯的两端分别与A组驱动杆、B组驱动杆的一端相连，且在A组驱动杆、B组驱 动杆上分别设置有A组分间弹簧和B组分间弹簧；A组驱动杆、B组驱动杆的另一端分别与 A组滑槽连杆机构、B组滑槽连杆机构的一端相连，A组滑槽连杆机构、B组滑槽连杆机构的 另一端分别与A组动触头、B组动触头相连，带有A组接端子的A组静触头和带有B组接线 端子的B静触头分别设置在A组动触头、B组动触头的下方，在A组静触头和A组动触头、B 组静触头和B组动触头的外侧分别设置有A组灭弧室和B灭弧室。
本发明的A组静触头和B静触头上分别设置有回字型结构的A组静导电杆和B组 静导电杆；
所述的A组动触头和B组动触头上分别设置有回字型结构的A组动导电杆和B组 动导电杆；
所述的A组动触头和B组动触头上还分别设置有A组动触头弹簧和B组动触头弹 簧；
所述的A组灭弧室和B组灭弧室内分别设置有竖直排列的A组灭弧栅片和B组灭 弧栅片，且A组灭弧栅片和B组灭弧栅片的下部分别向A组动触头和B组动触头方向弯曲；
所述的轭铁、动铁心为电工纯铁材料，永磁体为钕铁硼材料，A组驱动杆、B组驱动 杆采用不锈钢制成，A组分闸弹簧、B组分闸弹簧采用高碳钢材料，A组合闸线圈、B组合闸线圈采用漆包铜线。
本发明的自动转换开关，可应用于构成单相、三相三线制以及三相四线制的装置。 在三相系统中，每相均具有独立的永磁操动机构，可以进行分相的合、分间操作；当执行分、 合闸操作时，由控制单元对各相电流、电压进行检测和分析，计算出线圈通电时刻，使得触 头分别在各相电流过零时分离以及在电压过零是闭合，从而实现无弧分断和接通，减少触 头烧蚀，提高开关的电寿命。
图1是本发明的单相结构图2是本发明A组触头闭合时的磁路图3是本发明B组触头闭合时的磁路图4是本发明控制器硬件的结构图5是本发明控制器的流程图6是本发明控制器中计算分断前的延时时间的流程图。 具体实施方案
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括电工纯铁材料制成的轭铁10以及设置在轭铁10内的钕铁硼 材料制成的永磁体14，在永磁体14内套装有电工纯铁材料制成的动铁芯13，在永磁体14 的两侧的轭铁10内对称设置有漆包铜线绕制的A组合闸线圈12和B组合闸线圈15，动铁 芯13的两端分别与不锈钢制成的A组驱动杆9、B组驱动杆17的一端相连，且在A组驱动 杆9、B组驱动杆17上分别设置有高碳钢材料制成的A组分闸弹簧11和B组分闸弹簧16 ； A组驱动杆9、B组驱动杆17的另一端分别与A组滑槽连杆机构6、B组滑槽连杆机构20的 一端相连，A组滑槽连杆机构6、B组滑槽连杆机构20的另一端分别与A组动触头5、B组动 触头21相连，A组动触头5和B组动触头21上还分别设置有A组动触头弹簧7和B组动触 头弹簧19，A组动触头5和B组动触头21上分别设置有回字型结构的A组动导电杆8和B 组动导电杆18，带有A组接端子1的A组静触头4和带有B组接线端子25的B静触头22 分别设置在A组动触头5、B组动触头21的下方，A组静触头4和B静触头22上分别设置 有回字型结构的A组静导电杆3和B组静导电杆24，在A组静触头4和A组动触头5、B静 触头22和B组动触头21的外侧分别设置有A组灭弧室2和B灭弧室23，A组灭弧室2和 B组灭弧室23内分别设置有竖直排列的A组灭弧栅片沈和B组灭弧栅片27，且A组灭弧 栅片沈和B组灭弧栅片27的下部分别向A组动触头5和B组动触头21方向弯曲。本发 明应用于三相三线制以及三相四线制的系统时，可由图1所示的三套或四套的结构组合使 用，分别控制每相回路，配合永磁机构自动转换开关的控制单元实现分相操作。
本发明是对传统电磁机构驱动的自动转换开关的改进，是一种具有三个稳定工作 位置的永磁机构的结构，其采用永磁体提供A组或B组触头闭合时的保持力，利用弹簧实现 中间位置(A组、B组触头均处于分闸位置)的保持力。
参见图2，当A组合闸线圈通入如图中所示方向的电流iA时，动铁心在电磁吸力的 作用下向A组方向运动，最终与A组静铁心吸合，A组合闸线圈所产生的磁通約方向如图中1、2所示，永磁体所产生的磁通帅方向如图中3、4所示，此时A组分闸弹簧被压缩，B组分 闸弹簧保持原长。当A组触头闭合后，A组合闸线圈断电，此时由合闸线圈产生的磁通1、2 消失，永磁铁产生的磁通3、4保持，A组触头在永磁力的作用下保持闭合。
参见图3，当需要切除主电源和备用电源时，A组合闸线圈和B组合闸线圈中分别 通以图示方向的电流、和iB，此时A组合闸线圈所产生的磁通灼方向如图中1、2所示，B 组合闸线圈所产生的磁通方向如图中3、4所示。两个线圈产生的磁通抵消了永磁体产 生的磁通，从而使得永磁力小于弹簧反力，动铁心在分闸弹簧反力的作用下回到中间位置， 此刻切断线圈电流，动铁心在两组弹簧作用下，达到阻尼平衡，保持在中间位置，所连接Α、Β 组触头处于分离状态，两组电源电路都被断开。
本发明采用的触头是一种转动式的触头，动导电杆和动触头之间采用软连接方式 实现电路连接，A组、B组的动、静触头导电杆都设计成回字型结构，这样电流流过动静导电 杆时，会对动导电杆和动触头一个向上的电动斥力，有利于增大动触头的分断速度。当相应 的合闸线圈通电时，驱动杆在动铁心的作用下，带动滑槽连杆机构，压缩触头弹簧，使动触 头实现闭合。当触头闭合时，压着触头弹簧的绝缘环片，在竖直位置，分别于动触头和驱动 杆保持垂直，此时，触头弹簧竖直向上压在动触头上，产生足够的触头压力，以保证良好的 电接触。
本发明采用金属栅片灭弧原理，金属栅片在灭弧室中呈竖直排列、栅片下部面向 动触头方向弯曲，栅片上部出口正对灭弧室的出气孔，通过实验证明，这种栅片布置方式能 够使电弧较容易的进入栅片区域，并促使电弧在栅片上快速移动，从而拉长电弧，电弧电压 快速提高，有利于熄灭电弧。
参见图4，本发明控制器的硬件结构图是采用以单片机为核心的控制电路。外围 电路包括信号调理和A/D转换电路。主电源和备用电源的三相电压、电流经过电压、电流 传感器分别转换为-5V +5V的电压信号和-IA +IA的电流信号，再经过信号调理转换 为-5V +5V的电压信号，然后经过A/D转换电路采样后被送入单片机，单片机实时计算当 前电压、电流的值，当出现过流或短路、过压、欠压、缺相故障时，单片机给驱动电路发出相 应的动作指令，由驱动电路控制A组合闸线圈或B组合闸线圈电路的接通，从而实现A组电 源(主电源)、Β组电源(备用电源)的切换或切除。
参见图5，本发明控制器的流程如下
(1)开机上电后，对单片机及其外围电路进行初始化设置，A组电源为主电源，B组 电源为备用电源，正常情况下，A组触头关合，主电源供电，B组触头分离，备用电源断开。然 后到步骤⑵。
(2)控制程序进入在线巡检状态，周期性的采集主电源和备用电源的电压、电流的 数据，并对其进行检测。然后到步骤(3)。
(3)若当前电流值超过预设的过流阈值则判定为过流故障，若当前电流值超过预 设的短路阈值则判定为短路故障；在发生过流或短路故障的情况下，则到步骤G)，若未检 测到上述两种故障，则到步骤(6)。
(4)计算A组电源各相回路中当前电流的相角、预期的分断时刻和分断前的延时 时间，经过相应延时处理后到达预期的分闸时刻，向驱动电路发出切断A组、B组电源的指 令，即向A组、B组的合闸线圈通以反向电流，使动铁心回到中间位置，A组、B组动静触头分离。然后到步骤(5)。
(5)记录过流或短路故障，然后到步骤(12)。
(6)若检测到A组电源的当前电压值超过预设的过压阈值则判断为A组过压故障， 若检测到A组电源的当前电压值低于预设的欠压阈值则判定为A组欠压故障，若检测到A 组电源中某相电压低于预设的失压阈值则判定为A组缺相故障；在检测到A组电源发生过 压、欠压或缺相故障的情况下，则到步骤(7)，若未检测到上述三种故障，则到步骤(9)。
(7)计算A组电源各相回路中当前电流的相角、预期的分闸时刻和分断前的延时 时间，经过相应延时处理后到达预期的分闸时刻，向驱动电路发出切断A组、关合B组电源 的指令，向B组的合闸线圈通以正向电流，使得B组动静触头闭合、A组动静触头分离。然 后到步骤⑶。
(8)记录A组电源过压、欠压或缺相故障，然后到步骤(12)。
(9)若检测到B组电源的当前电压值超过预设的过压阈值则判定为B组过压故障， 若检测到B组电源的当前电压值低于预设的欠压阈值则判定为B组欠压故障，若检测到B 组电源中某相电压低于预设的失压阈值则判定为B组缺相故障；在B组电源发生过压、欠压 或缺相故障的情况下，到步骤(10)，若未检测到上述三种故障，则到步骤(12)。
(10)计算B组电源各相回路中当前电流的相角、预期的分闸时刻和分断前的延时 时间，经过相应延时处理后到达预期的分闸时刻，向驱动电路发出切断B组电源的指令，向 A组、B组的合闸线圈通以反向电流，使动铁心回到中间位置，A组、B组动静触头分离。然 后到步骤(11)。
(11)记录B组电源过压、欠压或缺相故障，然后到步骤(12)。
(12)显示当前的开关状态，并给出相应的报警信息，然后到步骤O)。参见图6，计 算分断前的延时时间的流程如下
(1)计算电流当前相角和距离下一个电流零点的时间Tl，然后到步骤⑵。
(2)计算该相触头的固有分闸时间T2 ；然后到步骤(3)。固有分闸时间即线圈通 电到动、静触头分离所需的时间，相同的条件下，T2为固定值，可以通过预先的仿真计算或 实验方法测定，并将其存储在软件常量数据区，根据实际运行状态下的操作电压，进行修正 即可计算得到T2。
(3)分断前的延时时间T3是指软件判别出系统故障到向驱动电路发出动作指令、 接通相应合闸线圈电路所需的时间。分断前的延时时间可以按照T3 = T1-T2计算，最后返 回计算结果。
权利要求
1.永磁机构自动转换开关，其特征在于包括轭铁(10)以及设置在轭铁(10)内的永 磁体(14)，在永磁体(14)内套装有动铁芯(13)，在永磁体(14)的两侧的轭铁(10)内对 称设置有A组合闸线圈(12)和B组合闸线圈(15)，动铁芯(13)的两端分别与A组驱动杆 (9)、B组驱动杆(17)的一端相连，且在A组驱动杆(9)、B组驱动杆(17)上分别设置有A 组分闸弹簧(11)和B组分闸弹簧(16) ；A组驱动杆(9)、B组驱动杆(17)的另一端分别与 A组滑槽连杆机构(6)、B组滑槽连杆机构00)的一端相连，A组滑槽连杆机构(6)、B组滑 槽连杆机构00)的另一端分别与A组动触头(5)、B组动触头相连，带有A组接端子 (1)的A组静触头(4)和带有B组接线端子0 的B静触头0 分别设置在A组动触头 (5)、B组动触头的下方，在A组静触头(4)和A组动触头( 、B组静触头0 和B 组动触头的外侧分别设置有A组灭弧室( 和B灭弧室03)。
2.根据权利要求1所述的永磁机构自动转换开关，其特征在于所述的A组静触头(4) 和B静触头02)上分别设置有回字型结构的A组静导电杆(3)和B组静导电杆04)。
3.根据权利要求1所述的永磁机构自动转换开关，其特征在于所述的A组动触头(5) 和B组动触头上分别设置有回字型结构的A组动导电杆(8)和B组动导电杆(18)。
4.根据权利要求1所述的永磁机构自动转换开关，其特征在于所述的A组动触头(5) 和B组动触头上还分别设置有A组动触头弹簧(7)和B组动触头弹簧(19)。
5.根据权利要求1所述的永磁机构自动转换开关，其特征在于所述的A组灭弧室(2) 和B组灭弧室内分别设置有竖直排列的A组灭弧栅片06)和B组灭弧栅片(27)，且 A组灭弧栅片06)和B组灭弧栅片(XT)的下部分别向A组动触头( 和B组动触头 方向弯曲。
6.根据权利要求1所述的永磁机构自动转换开关，其特征在于所述的轭铁(10)、动铁 心(1 为电工纯铁材料，永磁体(14)为钕铁硼材料，A组驱动杆(9)、B组驱动杆(17)采用 不锈钢制成，A组分闸弹簧(11)、B组分闸弹簧(16)采用高碳钢材料，A组合闸线圈(12)、 B组合闸线圈(15)采用漆包铜线。
全文摘要
本发明属于低压电气设备，涉及自动装换开关的操动机构和灭弧室结构，具体是一种永磁机构自动转换开关。它包括两组动、静触头和灭弧室，一套永磁机构，以及相应的驱动连杆和导电杆。其特点是该永磁机构具有三个稳定的工作位置，可以实现自动转换开关的三种工作状态的切换控制，两组触头分别处于合闸状态时由永磁体提供保持力，两组触头同时处于分闸状态时由两个分闸弹簧提供保持力，电磁线圈仅在状态切换时通电工作，大幅度减少了电磁机构的电能消耗；构成三相系统时，各相采用独立机构控制，实现了分相操作，利用选相控制，可实现无弧分断；操动机构的零部件少，结构简单，可靠性高。
文档编号H01H9/34GK102034619SQ20101056352
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者吴杰, 张国钢, 张怡, 张鹏飞, 耿英三, 陈维 申请人:西安交通大学