用于真空开关管的执行装置和断开设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于真空开关管的执行装置。另外，本发明涉及一种用于断开电 流回路的断开设备。
【背景技术】
[0002] 在中压和高压开关设备的机械中断单元中，当今经常使用弹簧储能驱动器，作为 用于触点系统的机械断开和闭合的驱动器。由此产生需要的最小机构，其将可实现的开关 时间例如限定在10至50ms之间的范围。这样的开关时间在用于高压直流传输的电气断开 设备中太低级。因此，存在提供相应的执行装置的期望，利用该执行装置能够更快地断开触 点。在此特别是希望开关时间在一位数的毫秒范围。
[0003] 为了能够实现这样的开关时间，例如使用微型气体发生器。其它的可能是， 提供相应的爆炸驱动器。此外，提出了将电磁驱动器用于中压范围。在发表于XXIV. thInternationalSymposiumonDischargesandElectricalInsulationin Vacuum,Braunschweig, 2010 的D.Xiongying等的"Fiber-ControlledVacuumInterrupter ModuleUsedforFaultCurrentInterruption"中，描述了一种用于真空开关管的执行装 置，其包括按照活动线圈原理（Tauchspulen-prinzip)制造的电磁执行器。
[0004]另外，在发表于IEEETransactionsonPowerDelivery,Vol. 21，No. 2, 2006 的J. -M.Meyer等的文章"ADCHybridCircuitBreakerWithUltra-FastContact OpeningandIntegratedGate-CommutatedThyristors(IGCTs) " 中，描述了一种包括电 磁执行器的用于真空开关管的执行装置。在此，通过永磁体的磁化来实现闭合时的保持力。 为了进行断开，使用所谓的汤姆森执行器（Thomson-Aktor)。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是，提供一种更快且更有效的用于断开和闭合真空开关 管的触点的执行装置。
[0006] 该技术问题通过具有权利要求1的特征的执行装置以及通过具有权利要求5的特 征的断开设备来解决。在从属权利要求中给出了本发明的优选扩展。
[0007] 根据本发明的用于真空开关管的执行装置包括：连接元件，其能够与真空开关管 的电触点连接；电磁执行部件，用于在第一位置与第二位置之间移动连接元件；保持磁轭， 所述连接元件能够相对于该保持磁轭移动，并且所述保持磁轭包括第一磁体元件，其中，所 述第一磁体元件在保持磁轭中产生第一和第二磁路；以及铁磁的保持衔铁，其被布置在连 接元件上，其中，保持衔铁在连接元件的第一位置处于第一磁路中，而在连接元件的第二位 置处于第二磁路中；并且其中，所述连接元件通过在保持磁轭与保持衔铁之间的相应的磁 力稳定地保持在第一和第二位置。
[0008] 所述执行装置用于断开和闭合真空开关管的电触点。真空开关管通常具有一个固 定的电触点和一个可移动的电触点。所述执行装置包括连接元件，其能够与真空开关管的 一个电触点，特别是可移动的电触点连接。此外，所述执行装置包括电磁执行部件，利用该 电磁执行部件能够在第一和第二位置之间移动连接元件。通过连接元件与真空开关管的触 点的共同作用，使得在连接元件的第一位置能够断开真空开关管的触点，而在连接元件的 第二位置能够闭合真空开关管的触点。在连接元件处布置有保持衔铁，其由铁磁材料制成。 此外，所述执行装置包括保持磁轭，在该保持磁轭处布置有第一磁体元件，或者在该保持磁 轭中集成有第一磁体元件。
[0009] 所述保持磁轭相对于连接元件固定地构造。因此，连接元件能够相对于保持磁轭 移动。保持磁轭和保持衔铁现在如下构造，使得既在第一位置也在第二位置，沿着保持衔 铁、第一磁体元件和保持磁轭形成磁路。换言之，提供一种双稳定的执行装置，利用该执行 装置使得连接元件由于磁力稳定地保持在第一和第二位置。由此，不必为了使连接元件保 持在第一或第二位置而施加电能。因此，所述执行部件能够特别高效节能地运行。
[0010] 电磁执行部件优选具有第二磁体元件和可相对于第二磁体元件移动的线圈元件， 该线圈元件与连接元件相连。为了使连接元件能够从第一位置向第二位置来回移动，使用 电磁执行部件。所述电磁执行部件包括线圈元件，第二磁体元件至少局部地包围该线圈元 件。通过流过线圈元件的电流的极性，能够使得线圈元件相对于第二磁体元件移动。由此能 够以简单的方式移动连接元件。在此，能够在省去所有铁磁场引导的情况下构造第二磁体 元件。特别地，可以仅由永磁体构成第二磁体元件。在此，也可以按照所谓的哈尔巴赫阵列 (Halbach-Array)的类型构造第二磁体元件。在此，第二磁体元件可以包括多个永磁体，其 磁化方向互相分别沿着延伸方向倾斜90度。由此可以放大在至少局部地包围线圈元件的 第二磁体元件的区域内的磁通量。由此可以提供特别有效的执行驱动器来移动连接元件。
[0011] 在另一种实施方式中，将第一和第二磁体元件整体构造成一个磁体装置。换言之， 能够将电磁执行部件的第二磁体元件与保持磁轭的第一磁体元件合并。这使得能够例如在 执行装置中使用单个永磁体。
[0012] 在另一种构造中，将保持衔铁和线圈元件整体构造成线圈装置。保持衔铁和线圈 元件可以合并成公用的集成的线圈装置或线圈组件。由此可以节省安装空间，并且减轻执 行装置的重量。
[0013] 此外，根据本发明，提供一种用于断开电流回路的断开设备。该断开设备包括：至 少一个真空开关管，该真空开关管具有两个电触点；和至少一个以上描述的执行装置，其 中，至少一个执行装置的连接元件与至少一个真空开关管的触点之一连接，使得在连接元 件的第一位置断开触点，而在连接元件的第二位置闭合触点。
[0014] 所述断开设备能够用于断开电连接，特别是高压连接。该断开设备包括至少一个 开关管，其例如可在市场上获得。这样的真空开关管例如可以具有24kW交流电压的额定电 压，2kA的额定运行电流和0. 9kg质量的移动的接触片。执行装置的连接元件直接与真空开 关管的可移动的触点连接。由此可以提供对于真空开关管的直接驱动，并且由此不需要意 味着附加移动质量的附加组件。
[0015] 在一种实施方式中，所述断开设备包括控制装置，用于控制流过至少一个执行装 置的线圈元件的电流，该控制装置被构造为，如果连接元件接近第一或第二位置，则减小流 过线圈元件的电流。利用断开设备的控制装置，能够调整流过线圈元件的电流。由此能够 以简单的方式控制与线圈元件机械地固定连接的连接元件的移动。通过电磁执行部件的简 单结构，可以实现特别快的开关时间。由此可以控制电磁执行部件，使得经由连接元件的移 动使真空开关管的电触点在形式规定的时间段（例如2ms)中经过预定的路径（例如4mm)。
[0016] 如果连接元件要从一个位置移动到另一个位置，则可以首先提高在线圈元件中的 电流强度。由此能够使连接元件加速。如果连接元件接近第一或第二位置，则可以再降低 在线圈元件中的电流强度。由此降低连接元件的移动速度。在此也可以设置为，反转流过 线圈元件的电流的极性。由此产生与连接元件的移动速度方向相反的制动力。由此可以防 止保持衔铁在一个位置上碰撞保持磁轭，由此保持磁轭或保持衔铁被损坏或者在持续运行 中被磨损。
[0017] 控制部件优选包括具有半导体开关的桥式电路。桥式电路可以特别地构造成全桥 或H桥。可以使用MOSFET晶体管或IGBT作为半导体开关。由此可以实现对线圈元件的高 效节能的控制。
[0018] 在另一种构造中，断开设备具有阻尼元件，用于降低连接元件的移动速度。除了电 气控制之外，在断开设备中还可以设置机械或液压阻尼器，利用其在连接元件的第一或第 二位置的相应的区域中降低连接元件的移动速度。特别是可以使用机械或液压阻尼器作为 阻尼元件，该阻尼器将连接元件的动能基本转换成摩擦热。由此能够以简单的方式制动连 接元件的移动。
[0019] 在另一种构造中，断开设备具有紧急开关元件，用于闭合真空开关管的触点。在开 关发生故障的情况下，即如果真空开关管由于电磁执行部件发生故障而不能闭合，则可以 执行紧急操作。为此而使用的紧急开关元件可以由热元件（Pyroelement)或由未锁定的拉 紧的弹簧构成。由此可以在紧急情况下以简单的方式再次闭合真空开关管。
[0020] 在一种实施方式中，断开设备包括两个执行装置和两个真空开关管，其中，控制部 件被构造为，在时间上互相错开地控制流过两个执行装置中的第一执行装置的线圈元件的 电流和流过两个执行装置中的第二执行装置的线圈元件的电流。例如可以反向地接通两个 执行装置的电磁执行部件。由于向外的冲击中立（Impulsneutmlitiit)，可以实现良好的机 械稳定性。
【附图说明】
[0021] 现在，根据附图详细解释本发明。在此：
[0022] 图1在示意图中示出了断开设备；
[0023] 图2示出了断开设备的控制部件；
[0024] 图3示出了断开设备的真空开关