專利名稱：快速反應(yīng)的機(jī)械開關(guān)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的，高或中等電壓開關(guān)的開關(guān)點(diǎn)。
在歐洲專利EP 0，147，036中對上述類型的開關(guān)點(diǎn)進(jìn)行了描述。當(dāng)開關(guān)點(diǎn)閉合時，固定在導(dǎo)電圓盤上的橋式開關(guān)片使兩個固定開關(guān)片短路。將扁平線圈固定在圓盤兩側(cè)面的每一面上，使得依靠電作用力，通過橋式開關(guān)片取消或復(fù)原固定開關(guān)片之間的短路，能使圓盤在兩個線圈之間移動。當(dāng)開關(guān)點(diǎn)閉合時，將電流饋送進(jìn)第一線圈中，該電流在圓盤中，影響與線圈中電流方向相反的渦流電流。這兩股電流具有相互排斥的作用，其結(jié)果從固定線圈中移開能移動的圓盤，并且橋式開關(guān)片取消固定開關(guān)片之間的短路。為了向后移動圓盤和再次將橋式開關(guān)片固定在固定開關(guān)片上，產(chǎn)生短路，將電流饋送進(jìn)第二個線圈中。
正如在權(quán)利要求中詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明的目的是提供開頭所提到類型的開關(guān)點(diǎn)，該開關(guān)點(diǎn)能夠很快地斷開和閉合，并且具有較低的能量消耗。
根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)點(diǎn)具有軸向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)。結(jié)果，很大程度上避免有害的雜散電感，這對于在并聯(lián)路徑上電流可能換向的情況是特別有利的。形成電接觸驅(qū)動作用力所需要的感應(yīng)電流，在載有標(biāo)稱電流的、能移動的橋式開關(guān)片中產(chǎn)生，結(jié)果可以省去類似圓盤的部分-否則將提供其來引導(dǎo)感應(yīng)電流，并因此可以省去要被加速的額外的量。通過這種方法，將實(shí)現(xiàn)開關(guān)點(diǎn)的特定斷開或閉合速度所需要的驅(qū)動能減到最小。此外，在斷開操作期間，產(chǎn)生兩個接觸縫隙，其分別由兩個串聯(lián)的局部電弧中的一個橋接。該局部電弧串聯(lián)的結(jié)果，提高了在穿過開關(guān)點(diǎn)的接觸裝置時下降的電弧電壓，因此如果再一次存在并聯(lián)路徑的可能，將特別快速和有效地進(jìn)行換向。
可以通過參照附圖所給出的詳細(xì)說明，來理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和其它優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1表示沿軸向，穿過根據(jù)本發(fā)明的處于閉合狀態(tài)中開關(guān)點(diǎn)的接觸裝置和兩個線圈的截面的平面圖；圖2表示接觸裝置和處于斷開狀態(tài)的圖1中開關(guān)點(diǎn)的線圈；圖3以根據(jù)圖2所示接觸裝置的放大部分表示根據(jù)本發(fā)明開關(guān)點(diǎn)的第一個實(shí)施例，帶有在閉合操作開始時第一個電源電控單元的部件；圖4表示圖3中具有第一控制單元的開關(guān)點(diǎn)的示意圖，和圖5表示根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)點(diǎn)的第二個實(shí)施例的示意圖，具有第二個電源電控單元。
在所有圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的部件。圖1表示根據(jù)本發(fā)明在閉合狀態(tài)中開關(guān)點(diǎn)的接觸裝置。標(biāo)稱電流IN從第一端11，經(jīng)過固定開關(guān)片1、構(gòu)成接觸環(huán)3的可移動橋式開關(guān)片、和固定開關(guān)片2，流向第二端21。固定開關(guān)片1以圓盤的形式構(gòu)成，并且被固定開關(guān)片2所圍繞，該固定開關(guān)片2基本上具有圓柱結(jié)構(gòu)。兩個固定開關(guān)片1和2，兩者相互同軸插入，并且與安裝在它們之間的接觸環(huán)3一起形成接觸裝置。接觸裝置由電絕緣接觸支座7支撐。從圖2中可以看出，圓環(huán)3可以在軸向移動。結(jié)果，可以斷開接觸裝置，并且中斷標(biāo)稱電流IN。為了驅(qū)動接觸環(huán)3，開關(guān)點(diǎn)包括一電力學(xué)驅(qū)動器，具有兩個環(huán)形的扁平線圈5和6。在軸向中，兩個線圈5和6限定環(huán)狀空間8，圓環(huán)3在其中來回移動。在徑向中，由絕緣元件4限定環(huán)狀空間8，該絕緣元件還支承線圈6。
從圖3中可以看到接觸裝置的精確幾何設(shè)計。兩個固定開關(guān)片1和2形成縫隙81。該縫隙具有足夠的寬度，以便當(dāng)開關(guān)點(diǎn)閉合時，接觸環(huán)3緊密地固定，并且在兩個側(cè)面上與固定開關(guān)片1和2有良好的電接觸。朝向縫隙81，開關(guān)片1和2提供有接觸指K。接觸指K通過槽L相互分開，并且在徑向上有輕微的彈簧作用。結(jié)果，將改善縫隙81中的接觸環(huán)3的機(jī)械支撐以及電接觸。在縫隙81下面所安裝的是第一線圈5，用來斷開接觸裝置。在如圖所示的開關(guān)點(diǎn)的斷開狀態(tài)中，接觸環(huán)3位于環(huán)狀空間8的另一端，在固定裝置10中，該固定裝置的任務(wù)是穩(wěn)固地支撐接觸環(huán)3。固定裝置10的上面安裝的是第二線圈6，用來閉合接觸裝置。絕緣元件4是抗壓的，并且以不透氣的方式固定到固定開關(guān)片1和2上。環(huán)狀空間8在縫隙81和固定裝置10之間具有徑向加寬的區(qū)域82。用例如大氣壓或高壓下的空氣或SF6等氣體介質(zhì)來填充環(huán)狀空間8。
兩個線圈5和6由電源電控制單元9所饋電。圖3和圖4表示根據(jù)本發(fā)明開關(guān)點(diǎn)的控制單元9的第一個實(shí)施例。第一電容器CS和兩個具有反并聯(lián)連接的單向二極管DS2和DS1的半導(dǎo)體閘流管TS1和TS2與線圈6連接以形成第一電路。以類似的方法，第二電容器CO和另兩個具有反并聯(lián)連接的單向二極管DO2和DO1的半導(dǎo)體閘流管TO1和TO2與線圈5連接以形成第二振蕩電路。
參照圖3中所表示的閉合操作來解釋開關(guān)點(diǎn)的驅(qū)動作用。接觸環(huán)3位于固定裝置10中，對電容器CS進(jìn)行正向充電，并且兩個半導(dǎo)體閘流管TS1和TS2是斷開的。通過啟動半導(dǎo)體閘流管TS1，其中閘流管TS1根據(jù)電容器CS上的充電電壓正向極化，經(jīng)由TS1、線圈6和單向二極管DS1對電容器CS進(jìn)行放電。結(jié)果在驅(qū)動線圈6中產(chǎn)生正弦曲線電流脈沖IS，其在正好位于下面的接觸環(huán)3中產(chǎn)生渦流電流IW。驅(qū)動電流IS和渦流電流IW具有相反的方向，將導(dǎo)致在接觸環(huán)3和線圈6之間的排斥作用FS。線圈6牢固地連接在絕緣元件4上。接觸環(huán)3加速落下，并且只有當(dāng)它進(jìn)入縫隙81時，才會通過封閉在縫隙81中的氣墊和通過摩擦作用使其衰減。當(dāng)它碰到安裝在下面的線圈5時，基本上最終制動。利用線圈6，電容器CS形成串聯(lián)振蕩電路。啟動一次半導(dǎo)體閘流管TS1的結(jié)果是對電容器CS進(jìn)行一次充放電。由于電路中的歐姆電阻所導(dǎo)致的電損耗，然后利用比初始電壓稍微小一些的電壓對電容器CS進(jìn)行負(fù)向充電。此時為了防止接觸環(huán)3從縫隙81中完全閉合的位置彈回，啟動半導(dǎo)體閘流管TS2，因此經(jīng)由TS2、線圈6和單向二極管DS2，電容器CS第二次改變其充電。由于接觸環(huán)3和線圈6之間存在較大的距離，其結(jié)果在接觸環(huán)上產(chǎn)生較小的沖力FS。但是，其對于防止環(huán)從完全閉合的位置彈回是足夠的。
連續(xù)啟動半導(dǎo)體閘流管TS1和TS2有著很重要的優(yōu)點(diǎn)，就是不用必須根據(jù)閉合操作的過程中作用在接觸環(huán)3上的制動力，對固定開關(guān)片1和2定尺寸。接觸環(huán)3只是必須具有足夠動能，來克服固定開關(guān)片1和2的摩擦力到達(dá)完全閉合位置。由于緊隨其后的第二沖力使得從該處彈回是不可能的。此外，第二啟動具有的優(yōu)點(diǎn)在于，電容器CS此時再一次振蕩并因此對其再一次正向充電。為了對電容器CS進(jìn)行再充電，可以將只能產(chǎn)生正向充電電壓的充電裝置再一次直接接通。由于已經(jīng)存在剩余的充電電壓，這種再充電操作比新的充電操作要快得多。由于在應(yīng)用中重復(fù)啟動是必須的，因此將充電裝置的尺寸設(shè)計得較小是可能的。
斷開操作基本上是對應(yīng)閉合操作的。接觸環(huán)3位于縫隙81中，對電容器CO進(jìn)行正向充電并且兩個半導(dǎo)體閘流管TO1和TO2是斷開的。通過啟動半導(dǎo)體閘流管TO1(或TO2)，其中閘流管根據(jù)電容器CO上的充電電壓正向極化，經(jīng)由TO1(TO2)、線圈5和單向二極管DO1(DO2)對電容器CO進(jìn)行放電。電流再一次在接觸環(huán)3中產(chǎn)生渦流電流，然后將環(huán)在軸向加速，并且從固定開關(guān)片1和2上釋放，形成兩個串聯(lián)的局部電弧。接觸環(huán)3在環(huán)狀空間8的軸向上移動，并且僅通過固定裝置10對其再次減速。在如圖所示的實(shí)施例中，以環(huán)狀空間8變窄部分的形式構(gòu)成固定裝置10。當(dāng)其到達(dá)環(huán)狀空間變窄部分10時，接觸環(huán)通過摩擦力被完全制動并且牢固地支撐。固定開關(guān)片1和2中的槽L防止在固定開關(guān)片1和2中產(chǎn)生任何形式的渦流電流。槽L在徑向中遠(yuǎn)離縫隙81并且有大約1cm的長度。
對于閉合操作和斷開操作，驅(qū)動建立在電力學(xué)排斥原理的基礎(chǔ)上。其顯而易見的優(yōu)點(diǎn)在于，只有接觸環(huán)3進(jìn)行機(jī)械移動。不需要任何其它移動部件，用于力的傳輸、啟動或能量的存儲。通過短暫的、快速反應(yīng)的和非常高的沖力以及接觸環(huán)上力的均勻作用來啟動半導(dǎo)體閘流管，電力學(xué)驅(qū)動器還具有能精確啟動的優(yōu)點(diǎn)。由于根據(jù)本發(fā)明開關(guān)點(diǎn)的接觸裝置的軸對稱結(jié)構(gòu)，而不需要利用任何機(jī)械引導(dǎo)元件來引導(dǎo)接觸環(huán)3，通過環(huán)狀空間8所加寬的區(qū)域82。具有在環(huán)狀空間8的上面末端上環(huán)狀空間變窄部分成圓錐形擴(kuò)展結(jié)構(gòu)的固定裝置、和在環(huán)狀空間8的下面末端上成圓錐形傾斜的固定開關(guān)片1和2固有地影響接觸環(huán)3的中心調(diào)整。
可以在斷開操作過程中，有利地利用環(huán)狀空間8的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)對接觸環(huán)3減速，或者在環(huán)狀空間8中獲得在該處存在的相配的氣體介質(zhì)流。如果標(biāo)稱電流IN不是零時接觸環(huán)3失去接觸，這是具有決定性的重要意義。即使所存在具有低歐姆電阻和低電感的并聯(lián)路徑，在固定開關(guān)片1和2與接觸環(huán)3之間也能產(chǎn)生換向電弧，所說電弧由環(huán)狀空間8中的流體和絕緣元件4冷卻，這將導(dǎo)致較高的電弧電壓，其將再次加速換向操作。
參照圖5，在根據(jù)本發(fā)明開關(guān)點(diǎn)控制單元的第二個實(shí)施例中，只提供了一個電容器C，其依靠開關(guān)S，經(jīng)由兩個具有反平行連接的單向二極管D2和D1的半導(dǎo)體閘流管T1和T2，可以將其任意選擇地與線圈5或6中的一個連接來形成電路。
根據(jù)本發(fā)明接觸裝置的幾何尺寸取決于開關(guān)點(diǎn)上的標(biāo)稱電數(shù)據(jù)。對于5kA的開關(guān)點(diǎn)的標(biāo)稱電流IN和12kV的標(biāo)稱電壓，接觸環(huán)3的直徑大約是250毫米。相應(yīng)于縫隙81的寬度，其厚度是8毫米。所給出的幾毫米高、由鍍銀的鋁所構(gòu)成的接觸環(huán)3具有幾十到一百克的質(zhì)量。對于這種尺寸開關(guān)點(diǎn)的每次開關(guān)操作的開關(guān)時間大約是1毫秒。
權(quán)利要求
1．一種高或中等電壓開關(guān)的開關(guān)點(diǎn)，包括兩個固定開關(guān)片(1、2)，一個可移動的導(dǎo)電橋式開關(guān)片，當(dāng)開關(guān)點(diǎn)閉合時，該可移動開關(guān)片使固定開關(guān)片(1、2)短路，和一個使橋式開關(guān)片移動的驅(qū)動器，其包括兩個線圈(5、6)和用于饋電線圈(5、6)的電源電控制單元(9)，其特征在于固定開關(guān)片(1、2)、橋式開關(guān)片(3)和線圈(5、6)都沿軸對稱布置；將固定開關(guān)片(1、2)制成可以相互插入并且限定一個環(huán)狀縫隙(81)的圓柱體；以接觸環(huán)(3)的形式構(gòu)成橋式開關(guān)片，其可以沿軸向移動并且當(dāng)開關(guān)點(diǎn)閉合時，其固定到環(huán)狀縫隙(81)中；并且將兩個線圈(5、6)放置在接觸環(huán)(3)的兩邊，以相互在軸向補(bǔ)償。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于兩個線圈的第一線圈(6)由絕緣元件(4)支撐；絕緣元件(4)至少限定環(huán)狀空間(8)的一些區(qū)域；環(huán)狀空間(8)在兩個線圈(5、6)之間軸向擴(kuò)展；并且接觸環(huán)(3)放置在環(huán)狀空間(8)中。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于絕緣元件(4)包括裝置(10)，當(dāng)開關(guān)點(diǎn)斷開時用于固定接觸環(huán)(3)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于固定裝置(10)由第一線圈(6)的區(qū)域中環(huán)狀空間(8)的變窄部分所構(gòu)成。
5．根據(jù)權(quán)利要求2至4中任何一個所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于在軸向內(nèi)擴(kuò)展的環(huán)狀空間(8)具有徑向上加寬的區(qū)域。
6．根據(jù)權(quán)利要求2到5中任何一個所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于將絕緣元件(4)設(shè)計成抗壓的；并且將氣體介質(zhì)封閉在環(huán)狀空間(8)中。
7．根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于控制單元(9)包括電容器(C)，通過開關(guān)(S)經(jīng)由定向整流管可以任意選擇地連接到兩個線圈(5、6)中的一個以形成電路。
8．根據(jù)權(quán)利要求1到6中任何一個所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于控制單元(9)包括兩個電容器(CS、CO)，其中經(jīng)由定向整流管將第一電容器(CS)與第一線圈(6)連接以形成第一電路，并且經(jīng)由定向整流管將第二電容器(CO)與第二線圈(5)連接以形成第二電路。
9．根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于對于每一個電路，將兩個方向相反的整流管串聯(lián)起來。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于將整流管設(shè)計為具有反并聯(lián)連接的單向二極管(D2、D1、DS2、DS1、DO2、DO1)的半導(dǎo)體閘流管(T1、T2、TS1、TS2、TO1、TO2)。
11．根據(jù)權(quán)利要求1到10中任何一個所述的開關(guān)點(diǎn)，其特征在于每個固定開關(guān)片(1、2)在徑向具有至少一個遠(yuǎn)離縫隙(81)的槽(L)。
全文摘要
高或中等電壓開關(guān)的開關(guān)點(diǎn)包括兩個固定開關(guān)片(1、2),為圓柱形結(jié)構(gòu),并且相互同軸插入,形成環(huán)狀縫隙(81)。當(dāng)開關(guān)點(diǎn)閉合時,將可移動的以接觸環(huán)(3)的形式構(gòu)成的橋式開關(guān)片固定到環(huán)狀縫隙(81)中。包括兩個線圈的電力學(xué)驅(qū)動裝置在軸向移動接觸環(huán)(3)。憑借小質(zhì)量的、開關(guān)點(diǎn)單個移動部件的接觸環(huán)(3),開關(guān)點(diǎn)可以非?？斓睾陀行У財嚅_和閉合。
文檔編號H01H47/32GK1292562SQ0011999
公開日2001年4月25日 申請日期2000年7月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月6日
發(fā)明者K·弗雷利希, W·霍勞斯, K·卡爾特尼格, M·斯托雷爾 申請人:Abb高壓技術(shù)股份公司