CN201302946Y - 超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构 - Google Patents
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Abstract
超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，包括分－合闸线圈操作单元、电源和电源控制模块，分－合闸线圈操作单元为永磁操动机构的执行机构，电源给永磁操动机构分－合闸线圈操作单元提供电力，电源控制模块控制电源给分－合闸线圈操作单元的线圈供电与断电；其特征是：电源采用超级电容器组，超级电容器组包括多个串联的超级电容器单体；电源控制模块包括由可编程元件FPGA组成的控制器，可控电力电子开关和续流二极管，控制器、可控电力电子开关和续流二极管依次电连接；分－合闸线圈操作单元包括动铁芯、静铁芯、永久磁铁、合闸线圈、操作连杆、分闸线圈；永久磁铁的上部是分闸线圈，下部是合闸线圈，动铁芯穿过永久磁铁分闸线圈和合闸线圈的中心孔，操作连杆与动铁芯连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种真空断路器的永磁操动机构，特别是用于配电和供电系统中的低压大容量超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构。
背景技术
在配电和供电系统中，真空断路器被大量使用。永磁操动机构是真空断路器的重要部分，工作时运动部件只有一个，无需机械脱、锁扣装置，故障源少，具有较高的可靠性。
现有真空断路器的电源有两种，一种是采用电解电容器，另一种是采用蓄电池。蓄电池作为电源需要考虑过充电，过放电等问题，充电线路及保护电路较为复杂，另外，蓄电池功率密度较小，寿命较短，维护费用高，且多采用重金属或酸碱性原料，不利于环保；电解电容器的储能密度较低，单个电容器的容量多在mF级，实际应用中为永磁机构供能的电解电容器一般为直流220V，行业普遍认为，目前永磁机构最显著的缺陷是储能电容器的质量问题，电解电容器的漏电流较大，在使用中必须与电网相连实时充电，以保证电解电容器的端电压稳定，否则其储存电能将不能保证完成一个完整的分、合分闸操作循环，对于户外柱上真空断路器，现场电源不易解决。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，其超级电容器是一种性能介于蓄电池与电解电容器之间的储能元件，其功率密度大于蓄电池，储能密度大于电解电容器，并具有使用寿命长，免维护且环保的特点。
为了达到上述目的，本实用新型的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，包括分-合闸线圈操作单元、电源和电源控制模块，分-合闸线圈操作单元为永磁操动机构的执行机构，电源给永磁操动机构分-合闸线圈操作单元提供电力，电源控制模块控制电源给分-合闸线圈操作单元的线圈供电与断电；其特征是：
电源采用超级电容器组，超级电容器组包括多个串联的超级电容器单体；
电源控制模块包括由可编程元件FPGA组成的控制器，可控电力电子开关和续流二极管，控制器、可控电力电子开关和续流二极管依次电连接；
分-合闸线圈操作单元包括动铁芯、静铁芯、永久磁铁、合闸线圈、操作连杆、分闸线圈；永久磁铁的上部是分闸线圈，下部是合闸线圈，动铁芯穿过永久磁铁分闸线圈和合闸线圈的中心孔，操作连杆与动铁芯连接。
如上所述的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，其特征在于：所述的超级电容器组由18个端电压为2.7V的直流48V超级电容器单体串联而成。
如上所述的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，其特征在于：分、合闸线圈为多股细导线换位并绕的结构。
为了使原必须使用220V工作电源的电容器改为48V的低压超级电容器，并且保持现有永磁机构的外形尺寸不变，即保持线圈绕制直径，为保持一定的安匝数，通过降低电压，同时增大线圈线径来实现。线圈线径的选择兼顾通流量和机构体积。为了减小粗导线的涡流损耗，可采用多股细导线换位并绕的方式。超级电容器单体的电压低，电容量大。
本实用新型的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构的永磁操动机构电源采用超级电容器组，选用目前广泛使用的直流48V超级电容器组，由18个端电压为2.7V的超级电容器单体串联而成。
本实用新型的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构的永磁操动机构电源控制模块包括可编程元件FPGA组成的控制器，可控电力电子开关和续流二极管。由可编程元件FPGA组成的控制器，通过设定的预置程序，配合可控电力电子开关来实现储能电容充电恒压，过充电截压保护，就地合分闸和远方合分闸，合分闸遥信输出，与电力系统自动综合保护联合实施各种保护合闸和重合闸操作等功能。当分合闸线圈突然失电时，由于分合闸线圈属电感性元件，电流突变会产生过电压，采用续流二极管可以很好地解决过电压问题。
本实用新型的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构可以将低压大容量超级电容器用作真空断路器永磁操动机构的供能电源，由于超级电容器储能密度大，泄露电流小，可以可靠保证永磁机构的供电，并更易于维护。通过优化线圈结构参数，使超级电容器组电压降低，可以大幅度降低采用超级电容器的成本。
附图说明
图1为本实用新型涉实施例的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构的永磁操动机构原理图。
图2为本实用新型涉超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构的多股导线绕制分合闸线圈的截面图。
具体实施方式
图1标记的说明：动铁芯1、静铁芯2、永久磁铁3、合闸线圈4、操作连杆5、分闸线圈6。
图2标记的说明：进线端7、导线8、导线9、导线10、出线端11。
如图1所示，本实用新型所述的永磁操动机构分-合闸线圈操作单元中，当断路器处于分闸位置时，动铁芯1处于上部，动铁芯1与上部的静铁芯2之间间隙较小，永久磁铁3所形成的磁力线大部分集中在上部，从而产生很大的向上吸引力，将动铁芯1紧紧地吸附在上面。当断路器要合闸时，合闸线圈4通过合闸电流，产生感应磁场，该磁场对动铁芯1产生向下的吸引力，使动铁芯1开始向下运动，同时带动操作连杆5动作。当动铁芯1到达下部时，永久磁铁3产生的磁场将动铁芯1保持在下部位置。通过操作连杆5使断路器灭弧室中的触头闭合。至此，断路器完成合闸操作。基于同样的原理，当分闸线圈6得电后，动铁芯1向上运动，同样由永久磁铁3将它保持在分闸位置。合理地选择合闸线圈4与分闸线圈6的线径与绕制匝数，可以将线圈本身参数优化，使超级电容器组电压降低，可以大幅度降低采用超级电容器的成本。
完成真空断路器的分、合闸主要取决于分、合闸线圈中的励磁安匝数。而线圈安匝数与电源电压和线圈线径的平方之积成正比，与线圈绕制的直径成反比。为了使原必须使用220V工作电源的电容器改为48V的低压超级电容器，如果保持现有永磁机构的外形尺寸不变，即保持线圈绕制直径，为保持一定的安匝数，可通过降低电压，同时增大线圈线径来实现。线圈线径的选择要兼顾通流量和机构体积。为了减小粗导线的涡流损耗，可采用多股细导线换位并绕的方式，以三股导线并绕为例，7为进线端，11为出线端，8、9、10分别为三股导线。由于并联的各导线在漏磁场中所处的位置不同，感应的电动势也不相等，这些都将使并联的导线间产生循环电流，从而增加导线的损耗，若消除并联导线中的环流，并联的导线必须换位。
超级电容器单体的电压低，电容量大。在应用电压一定的情况下，串联个数是一定的，此时可兼顾通流量与成本选择超级电容器单体的容量。
电源控制模块中的可控电力电子开关管可采用绝缘栅极双极性晶闸管、门极关断晶闸管、集成门极换向晶闸管中的任何一种。本实用新型中采用大容量超级电容器作为工作电源，其放电电流为常规永磁机构电源的两到三倍，针对低压大电流的控制电源开关管选择要兼顾通流量和成本。
Claims (3)
1、一种超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，包括分-合闸线圈操作单元、电源和电源控制模块，分-合闸线圈操作单元为永磁操动机构的执行机构，电源给永磁操动机构分-合闸线圈操作单元提供电力，电源控制模块控制电源给分-合闸线圈操作单元的线圈供电与断电；其特征是：
电源采用超级电容器组，超级电容器组包括多个串联的超级电容器单体；
电源控制模块包括由可编程元件FPGA组成的控制器，可控电力电子开关和续流二极管，控制器、可控电力电子开关和续流二极管依次电连接；
分-合闸线圈操作单元包括动铁芯、静铁芯、永久磁铁、合闸线圈、操作连杆、分闸线圈；永久磁铁的上部是分闸线圈，下部是合闸线圈，动铁芯穿过永久磁铁分闸线圈和合闸线圈的中心孔，操作连杆与动铁芯连接。
2、如权利要求1所述的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，其特征在于：所述的超级电容器组由18个端电压为2.7V的直流48V超级电容器单体串联而成。
3、如权利要求1或2所述的超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构，其特征在于：分、合闸线圈为多股细导线换位并绕的结构。
Priority Applications (1)
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| CNU200820191803XU CN201302946Y (zh) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | 超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CNU200820191803XU CN201302946Y (zh) | 2008-10-29 | 2008-10-29 | 超级电容器供能的真空断路器永磁操动机构 |
Publications (1)
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| CN201302946Y true CN201302946Y (zh) | 2009-09-02 |
Family
ID=41086575
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Country Status (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103903923A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-07-02 | 国家电网公司 | 一种断路器及其操动机构 |
| CN107978483A (zh) * | 2017-12-23 | 2018-05-01 | 武汉华源电气设备有限责任公司 | 新型超级电容供能一体化真空断路器及使用方法 |
| CN108054065A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-05-18 | 银河电气有限公司 | 一种自愈式快速投切开关 |
| CN114582640A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-03 | 广西真舜电力科技有限公司 | 一种双线圈单稳态磁控机构 |
-
2008
- 2008-10-29 CN CNU200820191803XU patent/CN201302946Y/zh not_active Expired - Lifetime
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