一种永磁相控真空双电源自动转换装置及机构的制作方法

1.本发明涉及电气技术领域，具体涉及一种永磁相控真空双电源自动转换装置及机构。


背景技术：

2.随着经济的发展，技术的不断进步，无预期的断电对于居民生活和工业生产都是不能接受的。为保障用电端在电网发生故障或电网需要断电检修时不发生停电事件，双电源自动转换装置（atse）便应运而生。国外很多国家将双电源自动转换装置作为用电保障中非常重要的一部分，对其在使用安全性及功能稳定性上都有较高的要求，而pc级的双电源自动转换装置可确保双电源供电系统仅毫秒级的断电时间。我国在中低压电网系统中，有很多部门及单位或特殊场合会对用电的连续性有较高的要求，如医疗机构、银行、写字楼、重要的活动现场等。双电源自动转换装置作为电网用电端重要部分，其应用非常普遍，产品的安全性和稳定性尤为重要。国内双电源自动转换装置在中、低压领域表现有明显差异：中压atse国内相关产品较少，产品性能一般，而低压atse国内相关产品有不少，产品性能相对好一些。如何提高双电源自动转换装置性能，以保证用电系统的安全性及稳定性已成为国内外相关厂家重点研究的课题。
3.就目前国内中、低压领域双电源自动转换装置来说，中压领域一般采用两套中压开关设备并用，通过一套联锁机构的机械连锁和控制部分的电气连锁实现两套设备不同时合闸的基本要求，中压开关设备中的断路器一般为真空断路器，操动机构可为弹簧、电磁或永磁机构。市场上一体式的中压双电源自动转换装置一般为真空灭弧，两个永磁驱动机构分别驱动常用及备用电源测真空管合分闸，同样是通过连锁件实现两机构不能同时合闸。该结构首先是体积较大且性能不稳定，合分闸一致性差，不能实现相控合分闸，即不能降低合分闸时涌流及过电压等不良因素的发生，从而可能带来二次保护设备的误动作，造成经济损失。而低压领域一般是空气灭弧，操动机构为励磁驱动，实际的灭弧效果一般，机械结构偏复杂，传动效率低，精度一般，更没有实现相控功能。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种安全性及稳定性较高的pc级永磁相控真空双电源自动转换装置及机构，其可应用于中、低压领域，以解决现有产品在性能方面上的不足。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：一种永磁相控真空双电源自动转换装置，其包括两个自动转换单元、以及一块连接在两自动转换单元之间的限位板；每个自动转换单元包括进线铜排、出线铜排、以及下列依次连成一线（同轴连接）的真空管、绝缘拉杆、调节螺杆、永磁机构；所述真空管由同轴设置的管体、静触头及动触头构成；所述静触头的一端固定在管体内部一侧，另一端伸出管体外与进线铜排连接；所述动触头与出线铜排连接，其一端滑动设置在管体内部另一侧并能
贴拢或远离静触头，另一端伸出管体外与绝缘拉杆的一端同轴连接；所述绝缘拉杆用于在静触头与动触头合闸时给动触头提供超程；所述调节螺杆两端分别同绝缘拉杆的另一端与永磁机构的一端同轴可拆卸连接（螺纹连接）；所述永磁机构用于为真空管中静触头与动触头的合分闸提供动力；所述限位板两端分别与两自动转换单元的永磁机构连接，用于使两自动转换单元不能同时合闸。
6.进一步的，两自动转换单元同轴且对称设置在限位板两侧。
7.进一步的，两个自动转换单元的出线铜排为一体结构并位于绝缘拉杆及永磁机构下方，且在出线铜排上方设有将出线铜排与绝缘拉杆及永磁机构隔开的绝缘板。
8.进一步的，每个自动转换单元还包括绝缘筒，所述真空管与绝缘拉杆都包覆在绝缘筒内，进线铜排与出线铜排都伸出绝缘筒（底部）外。
9.进一步的，所述动触头伸出管体外的一端通过导线（如铜线）或软铜片与出线铜排软连接。
10.进一步的，所述绝缘拉杆包括同轴设置的外壳、弹性件、推杆、连接杆；所述外壳内部中空，一端封闭，另一端开口；所述弹性件套设在外壳内；所述推杆的一端从外壳开口端滑动伸入外壳与弹性件接触，另一端与动触头同轴连接；所述连接杆一端固定在外壳封闭端上，另一端与调节螺杆同轴连接。
11.进一步的，所述弹性件为弹簧或碟簧。
12.进一步的，所述永磁机构包括壳体、上盖、下盖、驱动杆、动铁芯、定铁芯、永久磁铁、分闸簧、线圈；所述壳体为两端开口的筒体；所述上盖与下盖分别封堵在壳体两端；所述驱动杆为滑动安装在壳体内的杆体，驱动杆的一端伸出上盖中部后与调节螺杆同轴连接，驱动杆的另一端伸出下盖中部后与限位板的一端同轴连接；所述动铁芯为套设在驱动杆外的筒体，其朝向上盖的一端开口，而其朝向下盖的一端封闭并固定在驱动杆上，动铁芯内壁与驱动杆外壁之间形成环形容纳腔；所述定铁芯为套设在动铁芯外的筒体；所述永久磁铁为多块并环绕定铁芯外周均匀安装在定铁芯外壁上，永久磁铁外壁紧贴壳体内壁；所述分闸簧套设在驱动杆外并位于所述环形容纳腔内，其一端与上盖内壁接触，另一端与动铁芯封闭端内壁接触；所述线圈套设在动铁芯外并位于定铁芯与下盖之间；所述壳体、驱动杆、动铁芯、定铁芯、线圈同轴设置。
13.进一步的，在动铁芯外壁靠近上盖的一端向外凸起形成环形凸沿，定铁芯靠近上盖的一端紧贴动铁芯的环形凸沿。
14.进一步的，所述限位板上设有腰型孔，在腰型孔内套设有两根能在腰型孔内来回滑动的弹性销，两根弹性销分别与两自动转换单元的驱动杆一对一固定连接。驱动杆伸出上盖的一端沿其轴线方向开有凹槽，限位板设置在该凹槽内并能沿该凹槽来回滑动（每根驱动杆端部的弹性销垂直穿过该凹槽并套设在限位板的腰型孔内）。
15.进一步的，所述永磁相控真空双电源自动转换装置在初始状态时，两弹性销的间距k=f-s，其中，f为限位板可滑动间距，s为动铁芯朝向上盖的端面到上盖内侧壁的距离。
16.进一步的，所述永磁相控真空双电源自动转换装置在初始状态时，动铁芯端面距上盖板的距离s=m+w，其中，m为动触头和静触头间距，w为合闸后绝缘拉杆弹性件的压缩量。
17.一种永磁相控真空双电源自动转换机构，其由至少一组永磁相控真空双电源自动转换装置与盒体构成；所述永磁相控真空双电源自动转换装置安装在盒体上，组成1极或多
极永磁相控真空双电源自动转换机构，可实现选相及分相控制，同时每个永磁相控真空双电源自动转换装置的进线铜排与出线铜排都向下伸出盒体外与外部导线连接。
18.本发明相对于现有技术，其有益效果：（1）其采用永磁操动机构，相较常规双电源的励磁驱动有较高的控制精度且可靠性高，为相控功能提供前提条件，只需采用两个以上的该永磁相控真空双电源自动转换装置组合使用，即可实现相控功能。
19.（2）整体采用模块化的结构布局，大大简化机械结构。常规低压双电源的灭弧栅片、动静触头等复杂结构被真空管及绝缘拉杆代替；常规复杂的传动结构，按本方案直驱排布后，仅一调节螺杆就替代了，整体结构简化，可靠性大幅度提高，比如常规双电源转换动作时间在80ms-200ms不等，控制精度在5ms以上，而简化后结构的传动效率大幅度提高，转换动作时间可做到60ms内，控制精度可在1ms内，真空灭弧相较于常规栅片的空气灭弧在灭弧效果上有明显的优势。在中压双电源方面应用时，其整体体积也大幅度缩减，中压双电源自动转换装置一般用双柜甚至三柜以实现双电源转换功能，但是本发明通过单柜即可实现双电源转换功能。
20.（3）将多组模块化的永磁相控真空双电源自动转换装置装在一个盒体内（以一组永磁相控真空双电源自动转换装置作为一极模块），即形成满足不同场景的需求的单极或多极（双极、三极和四极等）永磁相控真空双电源自动转换机构，各极单独在外部调试测试好后，根据各极特性，选择相近特性模块，组成成品，产品的整体功能特性大大增强。
21.（4）因永磁相控真空双电源自动转换机构中各个模块相互独立，动作互不影响，故将各极模块组合在盒体内形成成品后，可实现各相动作时间点可设置，可不同时进行合闸，以满足相控技术要求的各相在电压过零合闸，电流过零分闸，以抑制合分闸时给用电系统带来过电压及涌流的危害。
22.（5）因永磁相控真空双电源自动转换机构中各极模块相互独立，所以在各极模块的装配、测试、安装及后期维护上都极为方便，给生产厂家及用户使用带来了较大的便利，大大提高了产品的经济效益。
附图说明
23.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
24.图1为本发明所述永磁相控真空双电源自动转换装置的结构示意图；图2为图1的剖视图；图3为本发明所述永磁相控真空双电源自动转换装置在去掉绝缘筒时的结构示意图；图4为本发明所述真空管的爆炸图；图5为本发明所述真空管的剖视图；图6为本发明所述绝缘拉杆的爆炸图；图7为本发明所述绝缘拉杆的剖视图；图8为本发明所述永磁机构的爆炸图；图9为本发明所述永磁机构的剖视图；图10为图1中两自动转换单元连接处的局部放大图；
图11为本发明所述限位板的结构示意图；图12为本发明所述永磁相控真空双电源自动转换机构的结构示意图；图中所示：1-永磁机构、101-上盖、102-定铁芯、103-分闸簧、104-动铁芯、105-永久磁铁、106-壳体、107-线圈、108-下盖、109-驱动杆、2-绝缘拉杆、201-外壳、202-弹性件、203-推杆、204-连接杆、3-调节螺杆、4-真空管、401-静触头、402-管体、403-动触头、5-绝缘筒、6-进线铜排、7-绝缘板、8-出线铜排、9-限位板、10-腰型孔、11-弹性销、12-盒体。
具体实施方式
25.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
26.须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.实施例1：如图1-11所示，本实施例的一种永磁相控真空双电源自动转换装置，其包括两个自动转换单元、以及一块连接在两自动转换单元之间的限位板。两自动转换单元同轴且对称设置在限位板两侧。
29.如图1-3所示，每个自动转换单元包括进线铜排6、出线铜排8、绝缘筒5、以及下列依次连成一线（同轴连接）的真空管4、绝缘拉杆2、调节螺杆3、永磁机构1。
30.如图1-5所示，所述真空管4由同轴设置的管体402、静触头401、动触头403构成。所述管体402为两端封闭的中空圆筒；所述静触头401的一端固定在管体内部一侧，另一端伸出管体402外与进线铜排6连接；所述动触头403通过导线（如铜线）或软铜片与出线铜排8（的一端）软连接（短接），动触头403的一端滑动设置在管体402内部另一侧（与管体402内部滑动配合）并能贴拢静触头401（实现合闸）或远离静触头401（实现分闸），动触头403的另一端伸出管体402外与绝缘拉杆2（推杆203）的一端同轴连接（螺纹连接）。初始状态（在合闸前）时，动触头403与静触头的距离m为触头开距。
31.如图1-3以及图6与图7所示，所述绝缘拉杆2用于在静触头401与动触头403合闸时给动触头403提供动触头超程。所述绝缘拉杆2包括同轴设置的外壳201、弹性件202、推杆203、连接杆204；所述外壳201为中空圆筒，其一端封闭，另一端开口；所述弹性件202套设在外壳201内，为弹簧或碟簧，其一端与外壳201封闭端内壁接触，另一端与推杆203接触；所述推杆203的一端从外壳201开口端滑动伸入外壳内201与弹性件202接触，另一端与动触头
403（伸出管体402外）同轴连接；所述连接杆204的一端同轴固定在外壳201封闭端外壁上，另一端与调节螺杆3的一端同轴连接。通过推杆203推动动触头403与静触头401接触合闸后，推杆203继续移动并压缩外壳201内部的弹性件202（弹簧或碟簧），此时弹性件202的压缩量即为动触头超程w。
32.所述调节螺杆3的一端与绝缘拉杆2（连接杆204）同轴连接（螺纹紧固连接），另一端与永磁机构1（驱动杆109伸出上盖101外的一端）同轴连接（螺纹紧固连接）。调节螺杆3一端为正向螺纹，另一端为反向螺纹，正向拧紧反向拧松。永磁相控真空双电源自动转换装置在工作过程中，调节螺杆3正向转动。
33.如图1-3以及图8与图9所示，所述永磁机构1用于为真空管4中静触头401与动触头403的合分闸提供动力。所述永磁机构1包括下列同轴设置的壳体106、上盖101、下盖108、驱动杆109、动铁芯104、定铁芯102、永久磁铁105、分闸簧103、线圈107；所述壳体106为两端开口的筒体；所述上盖101与下盖108分别封堵在壳体106两端，上盖101位于远离限位板9的一侧，下盖108位于靠近限位板9一侧；所述驱动杆109为滑动安装在壳体106内的杆体，驱动杆109的一端伸出上盖101中部后与调节螺杆3同轴连接，驱动杆109的另一端（可滑动的）伸出下盖108中部后与限位板9的一端同轴连接；所述动铁芯104为套设在驱动杆109外的筒体（采用软铁或硅钢制成），其朝向上盖101的一端开口，而其朝向下盖108的一端封闭并固定在驱动杆109上，动铁芯104内壁与驱动杆109外壁之间形成环形容纳腔，在动铁芯104外壁靠近上盖101的一端向外凸起形成环形凸沿；初始状态时，动铁芯104朝向上盖101的端面到上盖101内侧壁的距离为s；所述定铁芯102为套设在动铁芯104外的筒体，其朝向上盖101的一端紧贴动铁芯104的环形凸沿，同时定铁芯102紧贴动铁芯104环形凸沿的一端也向上凸起并与永久磁铁105端面（朝向定铁芯102的端面）紧贴；所述永久磁铁105为多块并环绕定铁芯102外周均匀安装在定铁芯102外壁上，永久磁铁105外壁紧贴壳体106内壁；所述分闸簧103套设在驱动杆109外并位于所述环形容纳腔内，其一端与上盖101内壁接触，另一端与动铁芯104封闭端内壁接触；所述线圈107套设在动铁芯104外并位于定铁芯102与下盖108之间，线圈107两端分别紧贴定铁芯102与下盖108。
34.如图2与图3所示，所述绝缘筒5将真空管4与绝缘拉杆2都包覆其内，同时进线铜排6与出线铜排8下端都伸出绝缘筒5（底部）外。
35.如图1-3及图10与图11所示，所述限位板9两端分别与两自动转换单元的永磁机构1连接。在限位板9上设有腰型孔10，在腰型孔10内套设有两根能在腰型孔10内来回滑动的弹性销11，两根弹性销11分别与两自动转换单元的驱动杆109（伸出上盖101的一端）一对一固定连接。驱动杆109伸出上盖101的一端沿其轴线方向开有凹槽，限位板9的一端设置在该凹槽内并能沿该凹槽来回滑动（每根驱动杆109端部的弹性销11垂直穿过该凹槽并套设在限位板9的腰型孔10内）。限位板9与两根弹性销11配合，形成限位结构，该结构将永磁相控真空双电源自动转换装置的动作行程限定在s内，使两自动转换单元不能同时合闸。
36.如图1-3所示，两个自动转换单元的出线铜排8为一体结构并位于绝缘拉杆2及永磁机构1下方，且在出线铜排8上方设有将出线铜排8与绝缘拉杆2及永磁机构2隔开的绝缘板7，绝缘板7固定在出线铜排8上部。
37.所述永磁相控真空双电源自动转换装置在初始状态（合闸前）时，k=f-s，s=m+w，
其中，k为两弹性销11（中心）的间距；f为限位板9可滑动间距（即限位板中腰型孔两端圆心的间距）；s为动铁芯朝向上盖的端面到上盖内侧壁的距离，即永磁机构1开距；m为动触头403和静触头401的间距，即真空管4的开距；w为合闸后绝缘拉杆2弹性件202的压缩量，即动触头超程。
38.工作原理：永磁相控真空双电源自动转换装置处于初始状态时，两自动转换单元的永磁机构1都处于分位，绝缘拉杆2处于初始状态，两真空管4内动触头403与静触头401处于分位，即整个装置处于双分位置。
39.合闸过程为：当外部控制器发合闸信号，通过驱动模块及电容给其中一个自动转换单元中永磁机构1的线圈107通电，驱动杆109受到励磁驱动朝着真空管4方向移动（线圈107通电产生的电磁力推动动铁芯104及驱动杆109克服分闸簧103弹力移动），驱动杆109通过绝缘拉杆2带动真空管4的动触头403（朝着静触头401移动）做合闸动作，当动触头403与静触头401接触后，驱动杆109还将继续向合闸方向前进，此时对绝缘拉杆2内部的弹性件202（弹簧或碟簧）进行压缩，以获得动触头超程，当动铁芯104与上盖101内侧面接触后，合闸完成，线圈107断电，动铁芯104靠永久磁铁105提供给驱动杆109保持力，以维持永磁机构1及真空管4处于合闸状态。此时该自动转换单元进出线导通，因限位板9限制，两永磁机构1驱动杆109尾部弹性销11处于限位板9腰孔两端，所以当一侧合闸后，另一侧便不能进行合闸。当另一侧需要合闸时，必须已合闸的一侧进行分闸后，限位板9解除限位，另一侧方可合闸。
40.分闸过程为，当其中一自动转换单元的永磁机构1及真空管4处于合闸位置时，外部控制器发分闸信号，通过驱动模块及电容给该自动转换单元的永磁机构1的线圈107通电，电流为合闸时电流的反向电流，以中和部分永久磁铁105提供给驱动杆109的磁力，使得分闸簧103压缩力大于驱动杆109受到的保持力与绝缘拉杆2、动触头403自闭力的合力，永磁机构1即可进行分闸动作，分闸簧103推动动铁芯104及驱动杆109朝着另一自动转换单元方向移动，驱动杆109通过绝缘拉杆2带动真空管4的动触头403（远离静触头401移动）做分闸动作，真空管4的动触头403与静触头401断开，直至回到初始状态，完成分闸。
41.实施例2：如图12所示，为实现选相及分相控制，本实施例的一种永磁相控真空双电源自动转换机构，其由四组实施例1所述永磁相控真空双电源自动转换装置与盒体12构成；所述四组永磁相控真空双电源自动转换装置并排安装在盒体12上，组成四极永磁相控真空双电源自动转换机构，形成满足相应场景的需求的四极永磁相控真空双电源自动转换机构，各极单独在外部调试测试好后，根据各极特性，选择相近特性模块，组成成品，产品的整体功能特性大大增强。每个永磁相控真空双电源自动转换装置的进线铜排6与出线铜排8都向下伸出盒体12外与外部导线连接。
42.需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
43.本发明的保护范围不限于具体实施方式所公开的技术方案，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，均落入本发明的保护范围。