本發(fā)明涉及一種電動(dòng)斥力機(jī)構(gòu)，具體涉及一種調(diào)頻調(diào)速的電動(dòng)斥力機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

斷路器電磁斥力機(jī)構(gòu)的基本原理為，通過預(yù)充電的儲(chǔ)能電容器向分閘或合閘線圈放電，產(chǎn)生脈沖電流，在脈沖電流磁場的作用下，在金屬斥力盤中感應(yīng)出渦流并產(chǎn)生電磁斥力，并帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)。由于斥力盤產(chǎn)生的瞬間渦流電磁斥力大，其連動(dòng)部件為直線運(yùn)行結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單、可靠、運(yùn)動(dòng)慣量小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)的快速開斷或關(guān)合，近年來得到了廣泛的研究和重視。

目前，斥力機(jī)構(gòu)在分、合閘操作過程中，預(yù)儲(chǔ)能電容器組的能量經(jīng)由導(dǎo)通控制開關(guān)一次性釋放到分合閘線圈回路，以提供分合閘線圈的驅(qū)動(dòng)電流(劉明明，楊超余，陳為，等.渦流快速斥力機(jī)構(gòu)的原理與分析[j].磁性元件與電源,2013(8):121-126.)。基于以上控制方式，儲(chǔ)能電容應(yīng)具有較高的電容量和充電電壓，其內(nèi)阻抗和動(dòng)穩(wěn)定性也應(yīng)滿足單脈沖式的放電要求，以上因素造成了儲(chǔ)能電容器單元體積較大，難以小型化且成本較高。

另外，斥力機(jī)構(gòu)單脈沖式的出力特點(diǎn)，導(dǎo)致其與合閘負(fù)載特性的匹配較差(田宇,朱苛婁,許家源,等.10kv快速分相斷路器樣機(jī)研制[j].電網(wǎng)技術(shù),2015,39(8):2346-2350.)，其運(yùn)動(dòng)過程的機(jī)械特性也難以有效調(diào)節(jié)。例如，通過增大儲(chǔ)能電容容量，以提高操作功和電磁斥力的作用時(shí)間，但該方法將導(dǎo)致電磁斥力上升沿變緩，與提高機(jī)構(gòu)的初始運(yùn)動(dòng)速度，縮短固有分閘時(shí)間的要求相矛盾(江壯賢,莊勁武,王晨,等.電磁斥力機(jī)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)電容參數(shù)對觸頭初始電氣間隙的影響[j].船電技術(shù),2012,32(2):1-4.)；再比如，為延長線圈的激勵(lì)時(shí)間，提高開關(guān)的分合閘速度，文獻(xiàn)(王子建，何俊佳，尹小根，等.基于電磁斥力機(jī)構(gòu)的10kv快速真空開關(guān)[j].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2009,24(11):68-75.)對放電電路進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，采用脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(pfn)，通過控制放電模塊的觸發(fā)時(shí)序，疊加出所需要的脈沖電流波形，但受到線圈供電電源規(guī)模、復(fù)雜性的限制，在實(shí)際應(yīng)用中面臨較大的局限性。

綜上所述，目前的單脈沖式激勵(lì)方式，對斥力機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電容器的型號(hào)、容量、充電電壓均提出較高的要求；其次，分合閘線圈在單脈沖激勵(lì)方式下，機(jī)械輸出特性難以有效調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種調(diào)頻調(diào)速的電動(dòng)斥力機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的機(jī)械輸出特性調(diào)節(jié)較為方便，并且對儲(chǔ)能電容器的要求較低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的調(diào)頻調(diào)速的電動(dòng)斥力機(jī)構(gòu)包括儲(chǔ)能電容器、第一導(dǎo)通控制開關(guān)、第二導(dǎo)通控制開關(guān)、第三導(dǎo)通控制開關(guān)、第四導(dǎo)通控制開關(guān)、控制器、諧振電容、用于為儲(chǔ)能電容器供電的高壓充電電源以及用于在外界金屬斥力盤中感應(yīng)出渦流的分合閘線圈；

儲(chǔ)能電容器的一端與第一導(dǎo)通控制開關(guān)的一端及第三導(dǎo)通控制開關(guān)的一端相連接，第一導(dǎo)通控制開關(guān)的另一端與諧振電容的一端及第二導(dǎo)通控制開關(guān)的一端相連接，諧振電容的另一端與分合閘線圈的一端相連接，分合閘線圈的另一端與第三導(dǎo)通控制開關(guān)的另一端及第四導(dǎo)通控制開關(guān)的一端相連接，儲(chǔ)能電容器的另一端與第二導(dǎo)通控制開關(guān)的另一端及第四導(dǎo)通控制開關(guān)的另一端相連接，控制器與第一導(dǎo)通控制開關(guān)的控制端、第二導(dǎo)通控制開關(guān)的控制端、第三導(dǎo)通控制開關(guān)的控制端及第四導(dǎo)通控制開關(guān)的控制端相連接。

所述第一導(dǎo)通控制開關(guān)、第二導(dǎo)通控制開關(guān)、第三導(dǎo)通控制開關(guān)及第四導(dǎo)通控制開關(guān)均為絕緣雙極晶體管。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的調(diào)頻調(diào)速的電動(dòng)斥力機(jī)構(gòu)在具體操作時(shí)，通過諧振電容與分合閘線圈形成的負(fù)載支路進(jìn)行高頻諧振，顯著提高了注入到分合閘線圈的功率密度，提高斥力機(jī)構(gòu)的操作功；同時(shí)控制器通過脈沖調(diào)制的方式控制各導(dǎo)通控制開關(guān)，在操動(dòng)過程中對分合閘線圈的注入功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)功率動(dòng)過程中機(jī)械出力特性及速度特性可調(diào)的目的，操作較為簡單、方便，避免傳統(tǒng)斥力機(jī)構(gòu)在單脈沖處理方式下與斷路器負(fù)載特性匹配能力較差的問題，同時(shí)對儲(chǔ)能電容器的要求較低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的調(diào)頻調(diào)速的電動(dòng)斥力機(jī)構(gòu)包括儲(chǔ)能電容器cs、第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1、第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2、第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3、第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4、控制器w、諧振電容c、用于為儲(chǔ)能電容器cs供電的高壓充電電源s以及用于在外界金屬斥力盤中感應(yīng)出渦流的分合閘線圈lcoil；儲(chǔ)能電容器cs的一端與第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1的一端及第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3的一端相連接，第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1的另一端與諧振電容c的一端及第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2的一端相連接，諧振電容c的另一端與分合閘線圈lcoil的一端相連接，分合閘線圈lcoil的另一端與第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3的另一端及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4的一端相連接，儲(chǔ)能電容器cs的另一端與第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2的另一端及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4的另一端相連接，控制器w與第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1的控制端、第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2的控制端、第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3的控制端及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4的控制端相連接。

所述第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1、第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2、第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4均為絕緣雙極晶體管。

本發(fā)明以儲(chǔ)能電容器cs為直流電源，通過逆變或脈沖電路方式產(chǎn)生一定頻率的交流或脈沖并輸出，再將該交流或脈沖電流注入到分合閘線圈lcoil中，通過分合閘線圈lcoil在金屬斥力盤中感應(yīng)出渦流，并產(chǎn)生電磁斥力，從而帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)。

需要說明的是，在上述逆變或脈沖電路中，可采用脈沖調(diào)制方式控制各導(dǎo)通控制開關(guān)的工作頻率，從而獲得機(jī)構(gòu)操動(dòng)過程中機(jī)械輸出特性的可調(diào)節(jié)性。

參考圖1，高壓充電電源s對儲(chǔ)能電容器cs進(jìn)行充電；分合閘線圈lcoil與諧振電容c串聯(lián)構(gòu)成負(fù)載支路；負(fù)載支路與第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1、第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2、第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4連接構(gòu)成h橋串聯(lián)諧振電路；儲(chǔ)能電容器cs與h橋串聯(lián)諧振電路的兩端連接。

為滿足較大的諧振電流功率密度、高可靠性及低成本的要求，第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1、第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2、第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4均選用絕緣雙極晶體管。

由于負(fù)載支路的電流為正弦波，各導(dǎo)通控制開關(guān)的開關(guān)時(shí)間可以設(shè)定在零電流時(shí)刻，導(dǎo)通控制情況為：第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1及第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2導(dǎo)通時(shí)，第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4截止；反之則為：第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1及第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2截止時(shí)，第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4導(dǎo)通。

本發(fā)明的諧振電流頻率由分合閘線圈lcoil與諧振電容c決定，最高頻率可達(dá)50khz；

本發(fā)明采用脈沖調(diào)制方式控制第一導(dǎo)通控制開關(guān)q1、第二導(dǎo)通控制開關(guān)q2、第三導(dǎo)通控制開關(guān)q3及第四導(dǎo)通控制開關(guān)q4的工作頻率，從而獲得機(jī)構(gòu)操動(dòng)過程中機(jī)械出力特性、速度特性的可調(diào)節(jié)性；通過調(diào)節(jié)并控制h橋串聯(lián)諧振電路的導(dǎo)通頻率，調(diào)整分合閘線圈lcoil的輸入功率以及機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性。

本發(fā)明中儲(chǔ)能電容器cs在h橋串聯(lián)諧振電路導(dǎo)通期間對低容量的諧振電容c充電，因此，儲(chǔ)能電容器cs可選用大容量，體積小，且價(jià)格較低的電解電容。