一种多段式电磁斥力机构、控制方法以及快速机械开关与流程

本发明涉及直流断路器，具体提供一种多段式电磁斥力机构、控制方法以及快速机械开关。

背景技术：

1、直流输电系统具有弱阻尼、低惯性特点，短路故障电流上升极快，为避免过大的电流应力对一次设备造成损坏，通常要求直流断路器在2-5ms内完成短路电流的开断，隔离故障点。快速机械开关作为直流断路器快速分断和隔离电压的核心零部件，其动作时间、断口绝缘直接决定了直流断路器的总体分断时间和隔离电压等级。

2、传统交流系统中机械式高压断路器采用的弹簧机构、液压机构等分断时间达数十毫秒，无法满足快速机械开关的快速动作应用需求。为使开关在短时间内达到安全开距、建立断口绝缘，目前主要采用电磁斥力机构操动开关。

3、现有电磁斥力机构仍然采用单个斥力线圈与单个缓冲线圈先后配合动作的模式，制动惯性大，不利于在兼顾开关机械特性和机械寿命的情况下提升开关性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有快速机械开关在高速分闸或合闸操作易导致机械开关寿命和可控性能不佳的问题。

2、本发明的目的是采取下述技术方案来实现的：

3、本发明提供一种多段式电磁斥力机构，该多段式电磁斥力机构包括：线圈支架，其包括间隔设置的第一固定板和第二固定板；线圈组，其包括固定在所述第一固定板上的第一线圈组和固定在所述第二固定板上的第二线圈组；金属盘，其位于所述第一固定板与所述第二固定板之间；绝缘拉杆，其一端垂直固定在所述金属盘上，所述绝缘拉杆穿过所述第一固定板；所述第一线圈组和所述第二线圈组均包括多个同轴设置的子线圈；所述第一线圈组和所述第二线圈组上的多个子线圈按设定时序通电以使所述第一线圈组和所述第二线圈组分别与所述金属盘之间产生斥力进而使得所述金属盘对所述绝缘拉杆进行分级制动以完成分闸操作或合闸操作。

4、优选地，所述第一线圈组包括沿径向从内向外排布的r1、r2、r3…rn线圈；所述第二线圈组包括沿径向从外向内排布的b1、b2、b3…bn线圈,n为整数且大于1；当所述设定时序是按线圈r1至线圈rn，线圈b1至线圈bn次序间隔通入脉冲电流时，所述金属盘从靠近所述第一固定板的位置移动至靠近所述第二固定板的位置完成所述分闸操作。

5、优选地，当所述设定时序是按线圈b1至线圈bn，线圈r1至线圈rn次序间隔通入脉冲电流时，所述金属盘从靠近所述第二固定板的位置移动至靠近所述第一固定板的位置完成所述合闸操作。

6、优选地，连接每个所述子线圈的电路上均包括电容和晶闸管，所述晶闸管的阳极与接入正极连接，所述晶闸管的阴极与所述子线圈的一端连接，所述子线圈的另一端与所述接入负极连接，所述电容的正极分别与所述晶闸管的阴极和所述接入正极连接，所述电容的负极分别与所述子线圈的另一端和所述接入负极连接；其中，所述接入正极和所述接入负极之间的电压独立调节。

7、优选地，每个所述子线圈中均流过持续时间为毫秒级的脉冲电流。

8、优选地，所述晶闸管为单向晶闸管或光控晶闸管。

9、优选地，所述线圈支架还包括至少两个连接支撑件，每个所述连接支撑件的两端分别与所述第一固定板和所述第二固定板螺接固定。

10、基于同一发明构思，本发明还提供了一种所述的多段式电磁斥力机构的控制方法，所述控制方法包括：设定第一脉冲时序和第二脉冲时序；当所述多段式电磁斥力机构接收到分闸信号时；所述第一线圈组中的r1、r2、r3…rn线圈按所述第一脉冲时序通电以使所述金属盘与所述第一线圈组之间产生斥力，进而使得所述金属盘远离所述第一固定板加速运动；所述第二线圈组中的b1、b2、b3…bn线圈按所述第二脉冲时序通电以使所述金属盘与所述第二线圈组之间产生斥力，进而使得所述金属盘减速运动并靠近所述第二固定板的位置停止；其中，所述第一脉冲时序的脉冲间隔时长小于所述第二脉冲时序的脉冲间隔时长。

11、优选地，所述控制方法还包括：设定第三脉冲时序，其脉冲间隔时长大于所述第一脉冲时序的脉冲间隔时长并且小于所述第二脉冲时序的脉冲间隔时长；当所述多段式电磁斥力机构接收到合闸信号时；所述第二线圈组中的b1、b2、b3…bn线圈按所述第三脉冲时序通电以使所述金属盘与所述第二线圈组之间产生斥力，进而使得所述金属盘远离所述第二固定板加速运动；所述第一线圈组中的r1、r2、r3…rn线圈按所述第二脉冲时序通电以使所述金属盘与所述第一线圈组之间产生斥力，进而使得所述金属盘减速运动并靠近所述第一固定板的位置停止。

12、优选地，所述控制方法还包括：在每个所述子线圈放电之前，与每个所述子线圈独立连接的电容均在预设电压完成充电。

13、基于同一发明构思，本发明还提供了一种快速机械开关，该快速机械开关包括所述的多段式电磁斥力机构。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、本发明提供的多段式电磁斥力机构包括线圈支架、线圈组、金属盘以及绝缘拉杆。其中，线圈支架包括间隔设置的第一固定板和第二固定板，线圈组包括固定在第一固定板上的第一线圈组和固定在第二固定板上的第二线圈组，金属盘位于第一固定板与第二固定板之间，绝缘拉杆的一端垂直固定在金属盘上，绝缘拉杆穿过第一固定板，第一线圈组和第二线圈组均包括多个同轴设置的子线圈。通过这样的设置，第一线圈组和第二线圈组上的多个子线圈按设定时序通电以使第一线圈组和第二线圈组分别与金属盘之间产生斥力进而使得金属盘对绝缘拉杆分级制动以完成分闸操作或合闸操作，缩短了制动距离，有效降低绝缘拉杆与金属盘之间的惯性应力，延长多段式电磁斥力机构的使用寿命。

技术特征：

1.一种多段式电磁斥力机构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的多段式电磁斥力机构，其特征在于，所述第一线圈组(r)包括沿径向从内向外排布的r1、r2、r3…rn线圈；所述第二线圈组(b)包括沿径向从外向内排布的b1、b2、b3…bn线圈,n为整数且大于1；

3.如权利要求2所述的多段式电磁斥力机构，其特征在于，当所述设定时序是按线圈b1至线圈bn，线圈r1至线圈rn次序间隔通入脉冲电流时，所述金属盘(4)从靠近所述第二固定板(6)的位置移动至靠近所述第一固定板(5)的位置完成所述合闸操作。

4.如权利要求1所述的多段式电磁斥力机构，其特征在于，连接每个所述子线圈的电路上均包括电容和晶闸管，所述晶闸管的阳极与接入正极连接，所述晶闸管的阴极与所述子线圈的一端连接，所述子线圈的另一端与所述接入负极连接，所述电容的正极分别与所述晶闸管的阴极和所述接入正极连接，所述电容的负极分别与所述子线圈的另一端和所述接入负极连接；其中，所述接入正极和所述接入负极之间的电压独立调节。

5.如权利要求1所述的多段式电磁斥力机构，其特征在于，每个所述子线圈中均流过持续时间为毫秒级的脉冲电流。

6.如权利要求4所述的多段式电磁斥力机构，其特征在于，所述晶闸管为单向晶闸管或光控晶闸管。

7.如权利要求1所述的多段式电磁斥力机构，其特征在于，所述线圈支架还包括至少两个连接支撑件(7)，每个所述连接支撑件(7)的两端分别与所述第一固定板(5)和所述第二固定板(6)螺接固定。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的多段式电磁斥力机构的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

9.如权利要求8所述的多段式电磁斥力机构的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

10.一种快速机械开关，其特征在于，包括如权利要求1至7中任意一项所述的多段式电磁斥力机构。

技术总结本发明提供了一种多段式电磁斥力机构、控制方法以及快速机械开关，包括线圈支架、线圈组、金属盘以及绝缘拉杆。线圈支架包括间隔设置的第一固定板和第二固定板，线圈组包括固定在第一固定板上的第一线圈组和固定在第二固定板上的第二线圈组，金属盘位于第一固定板与第二固定板之间，绝缘拉杆的一端垂直固定在金属盘上，绝缘拉杆穿过第一固定板，第一线圈组和第二线圈组均包括多个同轴设置的子线圈。通过这样的设置，第一线圈组和第二线圈组上的多个子线圈按设定时序通电以使第一线圈组和第二线圈组分别与金属盘之间产生斥力进而使得金属盘分级对驱动绝缘拉杆以完成分/合闸操作，有效降低绝缘拉杆与金属盘之间的惯性应力，延长使用寿命。技术研发人员：高冲,贺之渊,张升,周万迪,袁哲,刘远受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6