一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关和控制方法

本发明属于斥力开关，具体属于一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关和控制方法。

背景技术：

1、基于电磁斥力机构的快速斥力开关结构简单、动作迅速，已广泛应用于电力系统故障限流、电能质量控制等诸多领域。作为真空断路器动作的执行部件，电磁斥力机构包括线圈——线圈式、线圈——盘式两类，其原理相似，但后者相对加工难度较低、接线较简单，目前应用更多。在线圈——盘式斥力机构中，分闸线圈和合闸线圈中电流可由同个预充电电容放电获得，同时还会在斥力盘中感应得到反向涡流，因此线圈和斥力盘之间存在电磁斥力。

2、真空断路器开断电流时，触头间将产生真空电弧，磁场作用于电弧，有助于消除真空电弧引起的局部过热，利于电弧熄灭。除利用横向、纵向磁场触头来产生磁场外，还可通过永磁体和亥姆霍兹线圈外施磁场。

3、现有技术中的斥力开关分合闸线圈，需要单独的电力电子器件控制分合闸线圈，且在采用亥姆霍兹线圈来产生磁场的快速斥力开关中，需单独为亥姆霍兹线圈提供一套电力电子装置以实现对磁场的控制。这使得快速斥力开关整体结构复杂，增加了控制成本，降低了可靠性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关和控制方法，将亥姆霍兹线圈连入快速斥力开关的分闸控制回路中，与分闸线圈相串联，共用一套电力电子装置，减少控制成本，提高可靠性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，包括真空灭弧室、绝缘拉杆、连杆、分闸线圈、斥力盘、合闸线圈、缓冲装置和亥姆霍兹线圈；

4、所述真空灭弧室内的动端导电杆与绝缘拉杆相连接；所述绝缘拉杆与连杆相连接；所述斥力盘套设在连杆上；所述连杆的底部设置有缓冲装置；所述分闸线圈与合闸线圈分别设置在斥力盘的轴向两侧；

5、所述亥姆霍兹线圈设置在真空灭弧室两侧，亥姆霍兹线圈的平面与真空灭弧室的轴线平行；分闸线圈与亥姆霍兹线圈相串联。

6、优选的，所述亥姆霍兹线圈包括一对大小相等、同轴放置的圆形线圈；两个圆形线圈分别设置在真空灭弧室的两侧，两个圆形线圈之间同向或反向串联，两个圆形线圈之间的距离与半径相等。

7、优选的，当亥姆霍兹线圈同向串联时，所述分闸线圈上的分闸线圈抽头与亥姆霍兹线圈上的亥姆霍兹线圈抽头相连接，亥姆霍兹线圈抽头与亥姆霍兹线圈抽头相连接，亥姆霍兹线圈抽头分别连接合闸线圈的一端、储能电容c的一端和充电电源u的负极，充电电源u的正极连接有充电开关s的一端，充电开关s的另一端连接储能电容c的另一端、合闸控制回路晶体管vt1的一端和分闸控制回路晶体管vt2的一端；合闸控制回路晶体管vt1的另一端连接合闸线圈；分闸控制回路晶体管vt2的另一端连接分闸线圈；

8、预充电时，充电开关s闭合，充电电源u对储能电容c进行充电；充电结束后，充电开关s断开，在触发信号作用下，储能电容c将通过合闸控制回路对合闸线圈进行放电，或通过分闸控制回路对分闸线圈和亥姆霍兹线圈进行放电。

9、优选的，当亥姆霍兹线圈反向串联时，所述分闸线圈上的分闸线圈抽头与亥姆霍兹线圈上的亥姆霍兹线圈抽头相连接，亥姆霍兹线圈抽头与亥姆霍兹线圈抽头相连接，亥姆霍兹线圈抽头分别连接合闸线圈的一端、储能电容c的一端和充电电源u的负极，充电电源u的正极连接有充电开关s的一端，充电开关s的另一端连接储能电容c的另一端、合闸控制回路晶体管vt1的一端和分闸控制回路晶体管vt2的一端；合闸控制回路晶体管vt1的另一端连接合闸线圈；分闸控制回路晶体管vt2的另一端连接分闸线圈；

10、预充电时，充电开关s闭合，充电电源u对储能电容c进行充电；充电结束后，充电开关s断开，在触发信号作用下，储能电容c将通过合闸控制回路对合闸线圈进行放电，或通过分闸控制回路对分闸线圈和亥姆霍兹线圈进行放电。

11、优选的，所述亥姆霍兹线圈与真空灭弧室外壳表面相距1mm-10cm。

12、优选的，所述真空灭弧室包括静端端盖、外壳、静端导电杆、屏蔽罩、静端电极触头、静端电极触头片、动端电极触头片、动端电极触头、动端导电杆、波纹管和动端端盖；

13、所述外壳的两端设置有静端端盖和动端端盖；静端端盖上设置有静端导电杆，静端导电杆的外侧设置有屏蔽罩，静端导电杆上设置有静端电极触头，静端电极触头上设置有静端电极触头片；动端端盖上设置有动端导电杆；动端导电杆上设置有动端电极触头，动端电极触头上设置有动端电极触头片，动端导电杆的外侧设置有波纹管。

14、优选的，所述缓冲装置包括缓冲垫、活塞、缓冲装置外缸、缓冲装置内缸、节流油孔、缓冲油；

15、所述缓冲装置外缸呈空腔结构，缓冲装置外缸的内部设置有缓冲装置内缸；缓冲装置外缸与缓冲装置内缸之间设置有缓冲油；缓冲装置内缸的侧壁上设置有节流油孔，缓冲装置内缸的内部设置有活塞，活塞的端部设置有缓冲垫，缓冲垫设置在连杆的正下方。

16、优选的，所述连杆的两侧设置有保持装置。

17、一种快速斥力开关的控制方法，基于上述任意一项所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，包括以下过程，

18、当快速斥力开关进行合闸操作时，触发导通合闸控制回路晶体管vt1，已由充电电源u完成预充电的储能电容c放电，设置在斥力盘下方的合闸线圈中将通过电流，产生交变磁场并在斥力盘上感应出方向相反的涡流；斥力盘在交变磁场与涡流产生磁场的相互作用下，受电磁斥力的推动，带动连杆、绝缘拉杆、真空灭弧室内的动端导电杆推动触头向上进行合闸运动；

19、当快速斥力开关进行分闸操作时，关断合闸控制回路晶体管vt1，触发导通分闸控制回路晶体管vt2，已由充电电源u完成预充电的储能电容c放电，此时，设置在斥力盘上方的分闸线圈将中通过电流，产生交变磁场并在斥力盘上感应出方向相反的涡流；斥力盘在交变磁场与涡流产生磁场的相互作用下，受电磁斥力的推动，带动连杆、绝缘拉杆、真空灭弧室内的动端导电杆推动触头向下进行分闸运动，同时亥姆霍兹线圈将产生磁场并作用于真空电弧。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

21、本发明提供一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，通过将快速斥力开关的分闸线圈与亥姆霍兹线圈串联，亥姆霍兹线圈为真空灭弧室提供外施磁场。控制分闸线圈的电力电子器件同时控制亥姆霍兹线圈，因此断路器分闸时储能电容对分闸线圈和亥姆霍兹线圈同步放电，可减少一套电力电子控制器件，降低成本，提高可靠性。

技术特征：

1.一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，包括真空灭弧室(1)、绝缘拉杆(2)、连杆(3)、分闸线圈(5)、斥力盘(6)、合闸线圈(7)、缓冲装置(8)和亥姆霍兹线圈(9)；

2.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈(9)包括一对大小相等、同轴放置的圆形线圈；两个圆形线圈分别设置在真空灭弧室(1)的两侧，两个圆形线圈之间同向或反向串联，两个圆形线圈之间的距离与半径相等。

3.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，当亥姆霍兹线圈(9)同向串联时，所述分闸线圈(5)上的分闸线圈抽头(10e)与亥姆霍兹线圈(9)上的亥姆霍兹线圈抽头(10a)相连接，亥姆霍兹线圈抽头(10b)与亥姆霍兹线圈抽头(10c)相连接，亥姆霍兹线圈抽头(10d)分别连接合闸线圈(7)的一端、储能电容c的一端和充电电源u的负极，充电电源u的正极连接有充电开关s的一端，充电开关s的另一端连接储能电容c的另一端、合闸控制回路晶体管vt1的一端和分闸控制回路晶体管vt2的一端；合闸控制回路晶体管vt1的另一端连接合闸线圈(7)；分闸控制回路晶体管vt2的另一端连接分闸线圈(5)；

4.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，当亥姆霍兹线圈(9)反向串联时，所述分闸线圈(5)上的分闸线圈抽头(10e)与亥姆霍兹线圈(9)上的亥姆霍兹线圈抽头(10a)相连接，亥姆霍兹线圈抽头(10b)与亥姆霍兹线圈抽头(10d)相连接，亥姆霍兹线圈抽头(10c)分别连接合闸线圈(7)的一端、储能电容c的一端和充电电源u的负极，充电电源u的正极连接有充电开关s的一端，充电开关s的另一端连接储能电容c的另一端、合闸控制回路晶体管vt1的一端和分闸控制回路晶体管vt2的一端；合闸控制回路晶体管vt1的另一端连接合闸线圈(7)；分闸控制回路晶体管vt2的另一端连接分闸线圈(5)；

5.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，所述亥姆霍兹线圈(9)与真空灭弧室(1)外壳表面相距1mm-10cm。

6.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，所述真空灭弧室(1)包括静端端盖(11)、外壳(12)、静端导电杆(13)、屏蔽罩(14)、静端电极触头(15)、静端电极触头片(16)、动端电极触头片(17)、动端电极触头(18)、动端导电杆(19)、波纹管(20)和动端端盖(21)；

7.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，所述缓冲装置(8)包括缓冲垫(22)、活塞(23)、缓冲装置外缸(24)、缓冲装置内缸(25)、节流油孔(26)、缓冲油(27)；

8.根据权利要求1所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，其特征在于，所述连杆(3)的两侧设置有保持装置(4)。

9.一种快速斥力开关的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至8任意一项所述的一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关，包括以下过程，

技术总结
本发明公开了一种带有亥姆霍兹线圈共用结构的快速斥力开关和控制方法，包括真空灭弧室、绝缘拉杆、连杆、保持装置、分闸线圈、斥力盘、合闸线圈、缓冲装置和亥姆霍兹线圈；所述真空灭弧室内的动端导电杆与绝缘拉杆相连接；所述绝缘拉杆与连杆相连接；所述斥力盘套设在连杆上；所述连杆的底部设置有缓冲装置；所述分闸线圈与合闸线圈分别设置在斥力盘的轴向两侧；所述亥姆霍兹线圈设置在真空灭弧室两侧，亥姆霍兹线圈的平面与真空灭弧室的轴线平行；分闸线圈与亥姆霍兹线圈相串联。将亥姆霍兹线圈连入快速斥力开关的分闸控制回路中，与分闸线圈相串联，共用一套电力电子装置，减少控制成本，提高可靠性。

技术研发人员：刘思远,陈奕帆,金敬勇,陈金超,薄祥来,王柳丹,刘志远,耿英三,王建华
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12