[发明专利]基于电磁斥力机构的机械快速开关

说明书

本发明公开了一种基于电磁斥力机构的机械快速开关，属于开关柜技术领域。本发明包括连接杆、双稳态保持机构、操作机构和一组电磁斥力机构；所述连接杆在所述电磁斥力机构或操作机构的驱动下运动，使所述机械快速开关分闸；所述连接杆在所述操作机构的驱动下运动，使所述机械快速开关合闸；在连接杆分闸或合闸运动时，所述双稳态保持机构对连接杆的分合闸状态施加保持力；快速分闸过程中，电磁斥力机构与操作机构完全独立；且电磁斥力机构与操作机构均可以实现分闸操作。本发明可以实现断路器的小型化和集约化；解决了电磁斥力机构与合闸保持机构的刚性碰撞问题；可以实现正常工况和故障工况下采用不同的分闸操作方式。

技术领域

本发明属于开关柜技术领域，具体涉及一种基于电磁斥力机构的机械快速开关。

背景技术

近年来随着分布式电源和储能装置的大规模接入、电力电子技术的快速发展以及直流负荷的增长，直流配电越来越受到关注。特别是某些特定场合，如大型船舶供电系统、城市轨道交通供电系统等直流系统得到了长足发展。随着直流系统容量的持续增长和电压等级的不断提高，直流断路器的短路电流峰值和开断时间的指标也在不断提高。传统的机械开关虽然带负载能力强，导通稳定的优点，但是响应速度慢，一般在5～20ms左右，不能满足一些需要快速动作要求；电力电子开关响应速度快，但其通态损耗过大，耐压能力低。

由于快速机械开关和大功率半导体器件组成的混合式直流断路器具有通流容量大、关断速度快，限流能力强等优点，在直流开断领域具有很大的潜力。混合式直流断路器要求快速机械开关能够实现触点高速分离，便于电流向转移支路转移，同时要求快速机械开关能够获得尽量大的初始速度尽快形成绝缘间隙，抵抗之后机械断路器断口间出现的一个很高的瞬态恢复电压。现阶段快速机械开关大多使用双电磁斥力机构，需要两个斥力线圈，两套驱动回路，机构和驱动回路体积较大，成本高，不利于断路器小型化、集约化。因此现阶段的电磁斥力快速机械开关多处于理论研究和原理样机阶段，尚无可靠的工程应用案例，严重影响了混合式直流断路器的发展和使用。

例如申请号为CN201620362749.5的中国专利公开的一种基于永磁保持机构的快速开关，包括斥力机构和永磁机构，包括依次连接的上导杆、真空灭弧室、中导杆、绝缘子、下导杆和保持用动铁芯，其特别之处在于：在所述下导杆上套装有斥力盘，在该斥力盘上方安装有分闸线圈而在其下方安装有合闸线圈；在所述保持用动铁芯上方安装有上保持用静铁芯，在该上保持用静铁芯中间安装有合闸保持永磁铁，而在该保持用动铁芯下方安装有下保持用静铁芯，在该下保持用静铁芯中间安装有分闸保持永磁铁。其中合闸保持永磁铁下端比上保持用静铁芯下端短，从而在上保持用静铁芯下端形成凹槽作为上气隙；其中分闸保持永磁铁上端比下保持用静铁芯上端短，从而在下保持用静铁芯上端形成凹槽作为下气隙。永磁保持部分用于为断路器中的灭弧室触头提供分闸保持力和合闸保持力，使断路器处于稳定的分闸状态或者合闸状态；电磁斥力操动部分在分、合闸操作过程中提供电磁力，使断路器由分闸变为合闸，或者由合闸变为分闸。

但是上述快速开关使用双电磁斥力机构，需要两个斥力线圈，两套驱动回路，机构和驱动回路体积较大、成本高，不利于断路器小型化、集约化。

申请号为201710859374.2的中国专利申请公开了一种直流断路器的操动装置，其包括真空泡、斥力机构和经由连杆连接所述斥力机构的电磁机构，所述真空泡内设有由静触头和动触头构成的机械触头，所述动触头经由绝缘拉杆连接斥力机构，所述斥力机构包括分闸线圈、斥力盘、充放电回路和控制所述充放电回路触发分闸操作的第一控制器，所述斥力盘经由动导杆连接连杆，分闸线圈位于斥力盘上方且间隙不大于3.5mm；所述电磁机构包括环形中空的静铁芯、动铁芯、吸和线圈、保持线圈、分闸复位弹簧、触头弹簧和第二控制器。