本技術(shù)涉及電氣設(shè)備控制，具體涉及一種帶手合功能的三單相直列式永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器。

背景技術(shù)：

1、三單相直列式永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器是一種應(yīng)用于中壓配電架空線路中的重要開關(guān)設(shè)備，該斷路器采用三個獨(dú)立的永磁機(jī)構(gòu)驅(qū)動，具有分?jǐn)嗨俣瓤?、壽命長、免維護(hù)等特點(diǎn)。在電力系統(tǒng)中，該類斷路器主要用于電力系統(tǒng)的控制和保護(hù)，特別是在新能源發(fā)電并網(wǎng)、工業(yè)用電負(fù)荷頻繁投切等場景中發(fā)揮著重要作用。

2、目前，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致斷路器跳閘后，運(yùn)行人員需要及時對故障進(jìn)行排查并恢復(fù)供電。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)或惡劣天氣條件下，由于通信中斷或其他原因可能無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制合閘。現(xiàn)有的三永磁機(jī)構(gòu)斷路器僅支持手動分閘操作，不具備手動合閘功能，這就導(dǎo)致在通信中斷等特殊情況下無法及時恢復(fù)供電。雖然市場上存在采用單永磁/彈簧雙機(jī)構(gòu)的斷路器可實(shí)現(xiàn)手動合閘，但這類斷路器不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且在短路故障分?jǐn)鄷r間上表現(xiàn)不佳（一般超過10ms），導(dǎo)致在新能源并網(wǎng)點(diǎn)等對設(shè)備穩(wěn)定性要求較高的場合，斷路器的可靠性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種帶手合功能的三單相直列式永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器，能夠確保各級電壓的穩(wěn)定性，從而提高了斷路器在手動合閘操作時的可靠性。

2、本技術(shù)提供了一種帶手合功能的三單相直列式永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器，所述斷路器包括一級穩(wěn)壓電路、二級穩(wěn)壓電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、電容充電保護(hù)電路以及驅(qū)動電路，所述一級穩(wěn)壓電路、所述二級穩(wěn)壓電路、所述電壓轉(zhuǎn)換電路、所述電容充電保護(hù)電路以及所述驅(qū)動電路依次串聯(lián)連接，其中：

3、所述一級穩(wěn)壓電路，用于對輸入的交流電源電壓進(jìn)行整流處理以及第一次穩(wěn)壓處理，輸出第一直流電壓；

4、所述二級穩(wěn)壓電路，用于對所述第一直流電壓進(jìn)行第二次穩(wěn)壓處理，得到第二直流電壓；

5、所述電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將所述第二直流電壓升壓至第三直流電壓；

6、所述電容充電保護(hù)電路，用于在充電時保護(hù)所述斷路器的電容模組；

7、所述驅(qū)動電路，用于根據(jù)所述電容模組的電壓狀態(tài)驅(qū)動所述斷路器完成合閘操作。

8、通過采用上述技術(shù)方案，設(shè)置一級穩(wěn)壓電路對輸入的交流電源電壓進(jìn)行整流和第一次穩(wěn)壓處理，輸出第一直流電壓，再通過二級穩(wěn)壓電路對第一直流電壓進(jìn)行第二次穩(wěn)壓處理得到更加穩(wěn)定的第二直流電壓，然后由電壓轉(zhuǎn)換電路將第二直流電壓升壓至所需的第三直流電壓，并在電容充電保護(hù)電路的保護(hù)下對電容模組進(jìn)行充電，最后由驅(qū)動電路根據(jù)電容模組的電壓狀態(tài)精確控制斷路器的合閘或分閘動作。這種多級穩(wěn)壓與保護(hù)的串聯(lián)設(shè)計，不僅確保了各級電壓的穩(wěn)定性，還通過專門的保護(hù)電路避免了電容模組在充電過程中可能受到的損害，同時驅(qū)動電路能夠根據(jù)電容模組的實(shí)際電壓狀態(tài)進(jìn)行智能控制，從而有效提高了斷路器在手動合閘操作時的可靠性。

9、可選的，所述一級穩(wěn)壓電路包括電源變壓器、橋式整流器以及第一穩(wěn)壓單元，其中：

10、所述電源變壓器的原線圈與電源連接，所述電源變壓器的副線圈與橋式整流器的輸入端連接；

11、所述橋式整流器的輸出正極與所述第一穩(wěn)壓單元的輸入端連接，所述橋式整流器的輸出負(fù)極接地；

12、所述第一穩(wěn)壓單元的輸出端與所述二級穩(wěn)壓電路連接。

13、通過采用上述技術(shù)方案，將電源變壓器輸入的交流電源進(jìn)行降壓處理,降低后的交流電壓輸入至橋式整流器進(jìn)行整流,將交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電,整流后的電壓經(jīng)第一穩(wěn)壓單元進(jìn)行穩(wěn)壓處理,輸出穩(wěn)定的直流電壓至二級穩(wěn)壓電路。其中電源變壓器的降壓作用能夠?qū)⑾到y(tǒng)工作電壓控制在合適范圍內(nèi),橋式整流器采用全波整流方式可提高整流效率并降低紋波,第一穩(wěn)壓單元的穩(wěn)壓作用則進(jìn)一步濾除紋波并提供穩(wěn)定的直流輸出。

14、可選的，所述第一穩(wěn)壓單元包括穩(wěn)壓器、第一電容、第二電容、第一二極管、第二二極管、第一電阻、第二電阻以及負(fù)載電阻，所述第二電阻為可變電阻，其中：

15、所述穩(wěn)壓器的第一端經(jīng)所述第二電容接地；

16、所述穩(wěn)壓器的第三端經(jīng)所述第一電容接地，所述穩(wěn)壓器的第三端作為所述第一穩(wěn)壓單元的輸入端與所述橋式整流器的輸出正極連接；

17、所述第一電阻的第一端與所述穩(wěn)壓器的第二端連接，所述第一電阻的第二端與所述穩(wěn)壓器的第一端連接，所述第一電阻的第二端經(jīng)所述第二電阻接地；

18、所述第二二極管的正極與所述第一電阻的第二端連接，所述第二二極管的負(fù)極與所述第一二極管的正極連接，所述第一二極管的負(fù)極與所述穩(wěn)壓器的第三端連接；

19、所述負(fù)載電阻的第一端與所述第一電阻的第一端連接，所述負(fù)載電阻的第二端接地，所述負(fù)載電阻的第一端作為所述第一穩(wěn)壓單元的輸出端與所述二級穩(wěn)壓電路連接。

20、通過采用上述技術(shù)方案，橋式整流器輸出的脈動直流電壓首先通過穩(wěn)壓器的第三端輸入，并經(jīng)第一電容對輸入電壓進(jìn)行濾波，減少輸入電壓的紋波。穩(wěn)壓器的第一端通過第二電容接地形成穩(wěn)定參考電位，第一電阻和第二電阻構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，其中第二電阻為可變電阻，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)輸出電壓大小。第一二極管和第二二極管的串聯(lián)配置形成保護(hù)回路，在輸入電壓異常時防止反向電流損壞穩(wěn)壓器。負(fù)載電阻與第一電阻第一端相連并接地，在提供穩(wěn)定輸出電壓的同時還能限制輸出電流，避免過載。這種電路結(jié)構(gòu)使得穩(wěn)壓單元能夠?qū)⑤斎氲拿}動直流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓輸出至二級穩(wěn)壓電路，同時具備過壓保護(hù)和可調(diào)節(jié)輸出的特性，提高了一級穩(wěn)壓電路的可靠性和適應(yīng)性。

21、可選的，所述一級穩(wěn)壓電路還包括保護(hù)電阻，其中：

22、所述保護(hù)電阻分別與所述電源變壓器的副線圈正極以及所述橋式整流器的輸入正極連接。

23、通過采用上述技術(shù)方案，能夠在電源變壓器輸出電壓出現(xiàn)瞬時過壓或者橋式整流器啟動瞬間產(chǎn)生沖擊電流時，通過保護(hù)電阻消耗多余的能量，限制電流的突變速率，從而保護(hù)橋式整流器免受瞬態(tài)電壓和浪涌電流的損害，同時也能降低電源變壓器的負(fù)載沖擊。

24、可選的，所述二級穩(wěn)壓電路包括第三電容、第四電容、第五電容、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第三二極管、第一晶體管、第二晶體管以及第三晶體管，所述第七電阻為可變電阻，其中：

25、所述二級穩(wěn)壓電路的輸入端經(jīng)所述第三電容接地；

26、所述二級穩(wěn)壓電路的輸入端分別與所述第二晶體管的集電極以及所述第三晶體管的集電極連接，所述第三晶體管的基極經(jīng)所述第四電容接地，所述第三晶體管的發(fā)射極連接至所述第二晶體管的基極；

27、所述一級穩(wěn)壓電路的輸出端經(jīng)所述第三電阻連接至所述第一晶體管的發(fā)射極，所述第一晶體管的集電極經(jīng)所述第四電阻連接至所述第二晶體管的發(fā)射極；

28、所述第三二極管的負(fù)極與所述第一晶體管的集電極連接，所述第三二極管的正極接地；

29、所述第二晶體管的發(fā)射極經(jīng)所述第五電阻、所述第七電阻以及所述第六電阻串聯(lián)接地，所述第一晶體管的基極與所述第七電阻的滑動端連接；

30、所述第五電容的正極與所述第二晶體管的發(fā)射極連接，所述第五電容的負(fù)極接地，所述第五電容的正極作為所述二級穩(wěn)壓電路的輸出端與所述電容充電保護(hù)電路連接。

31、通過采用上述技術(shù)方案，采用三級晶體管放大器結(jié)構(gòu)，通過第三電容對輸入電壓進(jìn)行初步濾波，第三晶體管和第二晶體管構(gòu)成達(dá)林頓放大電路，提供高增益放大，同時第四電容對第三晶體管基極電壓進(jìn)行穩(wěn)定。第一晶體管作為主要的調(diào)節(jié)元件，其基極電壓由第七可變電阻的滑動端控制，通過調(diào)節(jié)第七電阻可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的精確調(diào)節(jié)。第三二極管接地構(gòu)成鉗位保護(hù)，防止第一晶體管集電極電壓過高。第五電阻、第七電阻和第六電阻構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)為晶體管提供合適的偏置電壓，第五電容則對輸出端電壓進(jìn)行最終濾波。這種多級放大和精確調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得二級穩(wěn)壓電路能夠?qū)⒁患壏€(wěn)壓電路輸出的電壓進(jìn)一步穩(wěn)定，具有更高的穩(wěn)壓精度和更強(qiáng)的抗干擾能力，為后續(xù)電容充電保護(hù)電路提供穩(wěn)定可靠的直流電壓輸入。

32、可選的，所述第三二極管為齊納二極管。

33、通過采用上述技術(shù)方案，當(dāng)?shù)谝痪w管集電極電壓超過齊納二極管的擊穿電壓時，齊納二極管會導(dǎo)通并鉗位在其擊穿電壓值，這種特性不僅能夠?yàn)榈谝痪w管提供過壓保護(hù)，還能利用齊納二極管的恒壓特性為二級穩(wěn)壓電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓，提高了二級穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓精度和可靠性。

34、可選的，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管均為npn型三極管。

35、通過采用上述技術(shù)方案，第二晶體管和第三晶體管的共射極連接方式提供較大的電流放大倍數(shù)，而第一晶體管則提供線性調(diào)節(jié)能力，三個npn型三極管的協(xié)同工作簡化了電路的偏置設(shè)計，提高了二級穩(wěn)壓電路的可靠性。

36、可選的，所述電容充電保護(hù)電路包括第八電阻、第九電阻、第四晶體管、第四二極管以及負(fù)載輸出電阻，其中：

37、所述電容充電保護(hù)電路的輸入正極經(jīng)所述第八電阻連接至所述第四晶體管的柵極，所述第四晶體管的漏極與源極接地；

38、所述第四二極管的正極接地，所述第四二極管的負(fù)極與所述第四晶體管的柵極連接；

39、所述第九電阻的一端與所述第四晶體管的柵極連接，所述第九電阻的另一端接地；

40、所述電容充電保護(hù)電路的輸出正極經(jīng)所述負(fù)載輸出電阻接地。

41、通過采用上述技術(shù)方案，通過第八電阻限制輸入電流，為第四晶體管的柵極提供合適的驅(qū)動電壓，第四二極管和第九電阻的配合構(gòu)成柵極保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，防止柵極電壓過高損壞第四晶體管。當(dāng)輸入電壓升高時，第四晶體管逐漸導(dǎo)通，通過其漏源極之間的低阻抗通道分流充電電流，同時負(fù)載輸出電阻在限制輸出電流的同時還提供穩(wěn)定的輸出電壓，這種結(jié)構(gòu)能夠保護(hù)電容模組免受充電過程中的沖擊。

42、可選的，所述第四二極管為擊穿二極管。

43、通過采用上述技術(shù)方案，當(dāng)?shù)谒木w管的柵極電壓出現(xiàn)瞬時過壓時，擊穿二極管會迅速導(dǎo)通并將多余能量導(dǎo)入地線，其快速響應(yīng)特性和良好的浪涌吸收能力可以有效防止第四晶體管的柵極因過壓而損壞。

44、可選的，所述驅(qū)動電路包括第一驅(qū)動芯片、第二驅(qū)動芯片以及igbt模塊，其中：

45、所述igbt模塊分別與所述第一驅(qū)動芯片以及所述第二驅(qū)動芯片連接；所述第一驅(qū)動芯片以及所述第二驅(qū)動芯片根據(jù)所述電容模組的充電電壓，驅(qū)動所述igbt模塊驅(qū)動所述斷路器完成合閘操作。

46、通過采用上述技術(shù)方案，igbt模塊在驅(qū)動信號的控制下，能夠?qū)崿F(xiàn)快速開關(guān)和精確的電流控制，其優(yōu)異的開關(guān)特性和低損耗特點(diǎn)確保了斷路器合閘操作的快速性和可靠性。

47、綜上所述，本技術(shù)技術(shù)方案所帶來的有益效果包括：

48、通過采用上述技術(shù)方案，設(shè)置一級穩(wěn)壓電路對輸入的交流電源電壓進(jìn)行整流和第一次穩(wěn)壓處理，輸出第一直流電壓，再通過二級穩(wěn)壓電路對第一直流電壓進(jìn)行第二次穩(wěn)壓處理得到更加穩(wěn)定的第二直流電壓，然后由電壓轉(zhuǎn)換電路將第二直流電壓升壓至所需的第三直流電壓，并在電容充電保護(hù)電路的保護(hù)下對電容模組進(jìn)行充電，最后由驅(qū)動電路根據(jù)電容模組的電壓狀態(tài)精確控制斷路器的合閘或分閘動作。這種多級穩(wěn)壓與保護(hù)的串聯(lián)設(shè)計，不僅確保了各級電壓的穩(wěn)定性，還通過專門的保護(hù)電路避免了電容模組在充電過程中可能受到的損害，同時驅(qū)動電路能夠根據(jù)電容模組的實(shí)際電壓狀態(tài)進(jìn)行智能控制，從而有效提高了斷路器在手動合閘操作時的可靠性。