[发明专利]高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构

说明书

技术领域

本发明属于输变电设备技术领域，特别涉及一种应用于高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构。

背景技术

永磁直线电机一般用于直线驱动环境，结构大多采用电枢绕组放置在初级铁心，永磁体放置在次级铁心的方式，由于电机的快速旋转运动，这种布设方式的次级铁心与电机壳体容易产生碰撞，次级铁心上的永磁体会因为强烈碰撞而产生退磁，从而影响电机直线运动。因此，让电枢绕组运动，永磁体静止方式的直线电机可解决永磁体因碰撞产生的退磁问题。常规的电机初级铁心与次级铁心之间的气隙均为定值，气隙磁密也为恒定值，气隙越大，磁密则越小，气隙越小，磁密则越大。电机次级铁心的直线运动速度与电机的电磁推力有关，电磁推力与电枢绕组电流和气隙磁密成正比。当气隙恒定时，通过控制电枢绕组电流即可实现控制电机的直线运动速度，而电枢绕组电流的控制是通过控制器来实现的。当用直线电机控制高压断路器动触头进行分合闸操作时，由于高压断路器动触头分闸或合闸速度的要求是先慢，然后快，最后慢，这就要求对电枢绕组电流实现分段控制。但由于高压断路器分闸或合闸速度要求较高，使得电枢绕组电流达到200-300安培，这时电流分段控制就很难实现，同时也降低了电枢绕组寿命和控制器的可靠性。因此，恒定气隙的永磁直线电机在高压断路器分合闸操作过程中是不可行的，无法完成高压断路器分闸或合闸速度要求。高压断路器是电力系统中极其重要的电力设备，其运行好坏直接影响着整个系统的稳定性、可靠性，而高压断路器的操动机构又是其重要的组成部分，它不但要保证断路器长期的动作可靠性，而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。传统断路器操动机构主要为电磁操动机构、弹簧操动机构、气动操动机构和液压操动机构，这些操动机构结构复杂，运动部件多，故障率较高，而且多在关键部位，容易引起操作失误等问题。复杂的操动机构致使操动机构的响应时间长、分散性大，其结构不能完全满足断路器的运动特性和操作特性，从而无法满足现代电力系统对断路器操作智能化的要求。

发明内容

本发明提供了一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，解决了现有的高压断路器操动机构运动零部件多，传动机构复杂，机构可控性和可靠性差的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，包括永磁直线电机、电机控制器，断路器灭弧室和支撑轴，在断路器灭弧室中设置有动触头和静触头，电机控制器与永磁直线电机电连接在一起，V形摆杆的中部铰接在支撑轴上，V形摆杆的一端与永磁直线电机的输出轴铰接在一起，V形摆杆的另一端与传动连杆的下端铰接在一起，传动连杆的上端通过绝缘拉杆连接头与绝缘拉杆的下端连接在一起，绝缘拉杆的上端通过断路器触头弹簧接头与触头弹簧的下端连接在一起，触头弹簧的上端与断路器灭弧室中的动触头连接在一起。

在永磁直线电机中的初级铁心上，沿从左向右的水平方向依次设置有第一永磁体环、第二永磁体环和第三永磁体环，在第一永磁体环与第二永磁体环之间设置有第一非导磁间隔环，在第二永磁体环与第三永磁体环之间设置有第二非导磁间隔环，第一永磁体环与次级铁心上的电枢绕组之间的间隙为3.5毫米，第二永磁体环与次级铁心上的电枢绕组之间的间隙为0.5毫米，第三永磁体环与次级铁心上的电枢绕组之间的间隙为2毫米，在初级铁心的左外侧面上设置有左辅助永磁体环，在初级铁心的右外侧面上设置有右辅助永磁体环；在永磁直线电机的输出主轴的左端套接有霍尔位置传感器。

本发明所提出的高压断路器动绕组式变气隙永磁直线电机操动机构，将传统操动机构中的运动驱动部件简化为唯一的部件旋转的电机轴，极大地减少了操动机构零部件，提高了操动机构的可靠性。采用直线电机对断路器进行驱动，结构简单，速度响应快，运动过程可控性好。本发明提出的永磁直线电机根据高压断路器的速度特性要求，采用动绕组式变气隙结构，使永磁直线电机在运动性能上与高压断路器的速度特性相匹配。这种结构一方面提高了永磁直线电机的起动电磁推力，产生较大的加速度，能实现快速动作并且迅速实现制动；另一方面减小了对操动机构的机械冲击，增加了高压断路器和操动机构的机械寿命。本发明提出的在分合闸位置直接利用辅助永磁体产生的电磁吸力来使高压断路器维持在分合闸位置，结构简单、性能可靠，有效避免了断路器的合闸弹跳，提高了操动机构和断路器关合操作的可靠性。由于高压断路器的运动时间短速度快，为防止永磁体在运动过程中碰撞导致失磁，本发明提出了动绕组式变气隙永磁直线电机结构，即将绕组放置在移动的次级铁芯上，永磁体放置在静止的初级铁芯上。

附图说明