永磁机构原理与设计方案简介
永磁机构原理介绍
永磁机构原理与性能随着电力系统的技术发展及智能化进程，用户对开关提出了更高的要求，作为开关心脏的真空灭弧室、作为开关动力来源脉的操作机构、作为智能化开关大脑的控制器的长足进步，必将使开关面临一场令人激动的革命，以智能化的永磁真空断路器为代表、将这三者有机的整合，使开关设备的性能达到了前所末有的高度永磁机构结构图：我们的单稳态永磁机构主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、工作线圈、驱动轴五部分组成双稳永磁机构态结构示意图主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、合闸线圈、分闸线圈、驱动轴6部分组成驱动轴合闸线永久磁铁动铁芯定铁芯分闸线单稳态永磁机构断路器的工作原理：合闸：•磁场产生的驱动力F磁= B2S/2μ•合闸阻力：分闸簧F分簧=F分簧，在主回路闭合后+F超程簧(=k2X)•合闸运动条件：F磁>F分簧•运动方程 F 磁-F 分簧 -（F 超程簧） =ma •机构闭合后F 磁= B 2S/2μ >F 分簧 +F 超程簧控制器控制外部电路向线圈提供驱动电流，线圈电流产生的磁场与永久磁铁产生的磁场方向一致，相互叠加，随着线圈驱动电流的不断增大，磁场产生的驱动力F=0221 S B 逐渐变大。
当驱动力大于断路器提供的分闸保持力时，动铁心按照牛顿定律: F=ma 向合闸方向运动，并且驱动力随着磁隙的减小而急剧增大，该特点与断路器的机械特性完全吻合，最终将动铁心推到合闸位置。
此时切断线圈电源。
由于铁磁回路已经闭合，磁阻非常小，永磁驱动的磁场力已足以克服断路器的合闸保持力，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程。
永磁机构之前的操作机构依靠机械闭锁，半轴处的材料与扣接量对性能影响很大，目前尚无满意的解决方案。
材质硬；耐磨、易碎，材质软；不易碎、不耐磨，两方面的缺陷部分，都会造成扣接失败，尤其在35KV 的断路器，因为驱动力大、速度高，及操作频繁的场合，机构的可靠性已经使得用户苦不堪言。
由永磁机构原理图显而易见，永磁机构通过平面磁力吸合，从原理上彻底消除了该类问题，大幅度提高了机构的寿命。
永磁技术的工作原理是啥
永磁技术的工作原理是啥
永磁技术的工作原理主要有:
1. 利用两种不同磁性能材料的组合来产生永磁效应。
2. 一般是由硬磁性材料(如钕磁石)和软磁性材料(如铁)组合制成。
3. 硬磁性材料易被磁化,但残留磁性强,软磁性材料残留磁性弱。
4. 将软磁性材料做成闭合磁路,然后磁化硬磁性材料。
5. 硬磁性材料产生强大磁场,软磁性材料集中磁力线,形成稳定磁路。
6. 即使去除外加磁场,也可保持磁性,实现永磁效应。
7. 改变两种材料的组合和配比,可设计出不同性能的永磁体。
8. 利用永磁效应可制成各种电机、传感器、扬声器等部件,应用极广。
9. 还可用于磁悬浮列车、磁力螺丝起子、磁性珠宝等。
10. 永磁技术简单实用,应用前景广阔。
永磁电机的原理、设计及制造工艺
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永磁机构工作原理
永磁机构工作原理随着电气化铁路运营里程的增长，高速、重载已成为电气化铁路发展的方向，这就要求牵引供电系统为电力机车提供更安全、经济、可靠和高质量的电能，自动过分相技术应运而生，但由于换相过程中极易产生过电压和合闸涌流，对牵引变压器的冲击很大，极大制约自动过分相技术的发展。
自动过分相转换装置的核心部件是真空负荷开关，而真空负荷开关的长寿命和可靠性是急需解决的问题。
从技术上讲，真空灭弧室技术的发展，使其电寿命大大增加。
其机械寿命从传统的两千次跃增为几万次，因此，与其配合的操动机构的机械寿命及可靠性成为较突出的问题。
传统的弹簧操动机构，结构复杂，零件数量多，且加工精度要求高；电磁机构虽然机构相对简单，零件数量少，但电源电压波动对合闸速度影响较大，操作电流大，无法调控分合闸速度和相位；使用寿命没有根本突破，对电力系统操作的过电压和合闸涌流的控制更无从谈起。
永磁机构采用一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱、锁扣装置，故障源少，可靠性较高，且使用寿命长，一般达十万次以上，同时控制分合闸相位，实现同步控制，从而减少过电压和涌流对系统的冲击，减少系统保护的投入，提高系统整体寿命。
因此永磁操作机构是智能选相真空开关的必然选择.1 永磁机构工作原理当该机构处于合闸位时，线圈中无电流通过，由永磁作用保持动铁心在上端。
分闸时，特定方向的电流通过操作线圈，该电流在动铁心上端产生与永磁体磁场相反的磁场，使动铁心受到的磁吸力减小，当动铁心受到的向上的合力小于弹簧的拉力时，动铁心向下运动，实现分闸。
当处于分闸位置，操作线圈中通过与分闸操作相反的电流。
该电流在静铁心上部产生与永磁体磁场方向相同的磁场，在动铁心下部产生与永磁体磁场相反的磁场，使动铁心下端所受到的磁吸力减小。
当操作电流增大到一定值时，向上的电磁合力大于下端的吸力与弹簧的反力，动铁心向上运动，实现合闸。
2 智能选相原理智能选相（同步关合技术）就是开关在电流或电压的过零点进行分、合闸操作，断路器分合闸时间的稳定性是实现同步开断的基本要求.由于永磁机构的机构简单，传动部件少，相对弹簧机构而言，其分合闸时间的分散性较小，有利于发展为同步关合的断路器。
永磁机构原理
永磁机构原理
永磁机构是一种利用永磁材料产生磁场的装置，它可以将磁场用于各种应用，如电机、发电机、传感器等。
永磁机构的原理是基于永磁材料的磁性特性和磁场的作用原理。
首先，永磁机构的核心是永磁材料。
永磁材料是一种具有自发磁化特性的材料，它可以在没有外部磁场的情况下产生磁场，并且可以保持这种磁场长时间不衰减。
常见的永磁材料有铁氧体、钕铁硼、钴磁铁等。
这些材料具有较高的矫顽力和剩磁，使得它们可以产生较强的磁场。
其次，永磁机构利用永磁材料产生的磁场来实现各种功能。
在电机中，永磁机构可以产生旋转磁场，从而驱动电机转动；在发电机中，永磁机构可以产生感应磁场，从而将机械能转化为电能；在传感器中，永磁机构可以产生静态磁场，从而实现对磁场变化的敏感检测。
这些功能都是基于永磁材料产生的磁场所实现的。
另外，永磁机构的工作原理还与磁场的作用原理密切相关。
磁场是一种具有方向和大小的物理场，它可以对磁性物质和电流产生作用。
在永磁机构中，磁场可以通过永磁材料的磁化产生，并且可
以对周围的物质和电流产生作用。
这种作用可以通过磁力线的分布
和磁场的能量来描述，从而实现对物理过程的控制和转换。
总的来说，永磁机构的原理是基于永磁材料的磁性特性和磁场
的作用原理。
它利用永磁材料产生的磁场来实现各种功能，如驱动、转换和检测等。
因此，永磁机构在电机、发电机、传感器等领域具
有重要的应用价值，对于提高能源利用率和提升设备性能具有重要
意义。
永磁机构断路器的工作原理
永磁机构断路器的工作原理自1961 年美国GE 公司研制成功第一台真空断路器以来,真空断路器的技术水平迅速得到提高。
随着新型触头结构和新材料的研制,真空断路器的开断能力不断提升。
而作为真空断路器的主要元件———操动机构,也历经了几代的发展,从最初的电磁机构,发展到现在广泛应用的弹簧操作机构,以及现阶段正迈向成熟并逐渐普及的永磁操作机构。
真空断路器及操动机构的分析真空断路器之所以如此迅速发展,在于其真空灭弧室优异的开断特性,使其电寿命大大增加。
真空断路器的灭弧室动触头行程小,要求分闸速度高。
动静触头合闸时为平面接触,为了防止真空断路器在短路时触头被强大的冲击力斥开,动静触头间要施以较大的触头压力,这样也有利于提高分闸速度。
真空灭弧室的优异性,使其机械及电寿命从传统的2000次跃增为上万次,沿用传统断路器操动机构电磁机构和弹簧机构很难体现出其高寿命、高可靠性的优点。
因此需要一结构高度简化、节能和高可靠的机构来满足真空断路器的驱动要求。
永磁机构以其结构简单、运行可靠、经久耐用等优点被广泛应用于真空断路器的驱动,它克服了传统机构的缺点,充分发挥了真空断路器的优点,为研制新一代免维护断路器奠定了基础。
它已成为电力系统选型热点,具有良好的经济效益和市场前景。
本文以ZNY1-10P630-12.5型永磁真空断路器为例来分析永磁断路器的结构及工作原理。
永磁机构断路器工作原理及主要技术参数主要技术参数该真空断路器采用双稳态内设欠压脱扣器永磁机构,并与机械手动脱扣器结为一体化设计,使手动分闸轻便可靠。
永磁机构分闸与弹簧分闸相结合,使分闸速度的分配更理想。
与弹簧操作机构断路器比较,可动部件大大减少,使其可靠性和机械寿命大幅提高,是弹簧操作机构类型断路器的理想替代产品。
ZNY1-10P630-12.5型永磁真空断路器的主要技术参数如下:额定电压PkV 10最高电压PkV 12额定电流PA 630额定频率PHz 50额定短路开断电流PkA 12. 5动稳定电流PkA 31.5热稳定电流PkA 12.5额定短路关合电流PkA 31. 5短路电流持续时间Ps 41min 工频耐压PkV 42雷电冲击耐压PkV 75永磁机构断路器工作原理永磁机构断路器的工作原理如图1 所示:图1 永磁机构断路器的工作原理图其工作过程如下:接通控制电源,首次接通电源要等待60s,此时储能电容已充满电(充电指示灯亮),同时欠压脱扣器电源也准备接通,断路器处在准备操作状态。
永磁机构原理
永磁机构原理
永磁机构是一种利用永磁材料的磁力作用实现机械运动的技术装置。
其原理是通过永磁材料的磁力特性，使得构件之间产生磁力耦合作用，从而实现运动传递。
永磁机构的基本原理可以简单描述为：通过永磁体的磁力作用，将运动能量从一个构件传递到另一个构件。
永磁材料通常是由稀土磁体或钕铁硼等高磁性材料制成，具有较强的磁力。
在永磁机构中，通常会使用多个永磁体构成磁回路，以达到所需的磁力效果。
当永磁机构中的两个构件靠近时，由于永磁材料的磁力特性，它们之间会产生磁力作用。
这种磁力作用可以用来拉扯、推动或旋转构件，实现不同的运动功能。
通过控制永磁材料的磁场分布，可以调节磁力的大小和方向，从而实现不同的机械运动。
永磁机构的应用非常广泛，例如在电机、传感器、开关等领域。
相比传统的电动机，永磁机构具有结构简单、效率高、功率密度大等优点。
此外，由于永磁体自身具有较长的使用寿命，永磁机构还具有较高的可靠性和稳定性。
总之，永磁机构是一种利用永磁材料的磁力作用实现机械运动的技术装置。
通过永磁体的磁力作用，可以实现构件之间的能量传递和运动控制。
永磁机构具有结构简单、效率高、功率密度大等优点，广泛应用于各个领域。
永磁机构的结构及动作原理
永磁机构的结构及动作原理永磁机构的结构及动作原理1.概述自1961年研制成功第一台真空断路器以来，真空断路器的技术水平迅速得到提高。
随着新型触头结构和新材料的研制，真空断路器的开断能力不断提升，真空断路器作为控制和分配电能用的开关越来越广泛地应用于电力系统，并在中压领域保持着主导地位。
而作为真空断路器的主要元件——操动机构，也历经了几代的发展，从最初的电磁机构，发展到现在广泛应用的弹簧操作机构，以及现阶段正迈向成熟并逐渐普及的永磁操作机构。
真空断路器由于其真空电弧无与伦比的特性，使其电寿命大大增加。
其机械寿命从传统的两千次跃增为几万次，因此与其配合的操动机构的机械性能及可靠性就成了较为突出的问题。
2. 真空断路器的分析及其发展目前，国内外电力系统中使用的中压真空断路器品种繁多，型号众多，其特点各异，但概括起来从绝缘角度来讲有空气绝缘和复合绝缘，从总体结构上讲，有断路器和机构一体式和分体式（国内居多），从操动机构上讲作为中压产品主要是电磁机构和弹簧机构3. 操动机构的发展高压开关的一个最基本性能就是机械可靠性，电力运行和试验站的故障统计中表明，我国高压开关最突出的问题就是机械和绝缘问题，这与发达国家相比较为落后，在发达国家的先进公司，现在都纷纷提出并推出新一代免维护的电器产品。
我国高压开关设备要真正做到产品免维护仍然很难。
实际上，在产品设计上尽可能地简化结构，对提高产品的可靠性很有帮助。
断路器的全部使命，归根到底是体现在触头的分、合动作使，而分、合动作又是通过操动机构来实现的，因此操动机构的工作性能和质量的优劣，对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。
最早的电磁机构，由于对电源要求较苛刻——需要专用的大容量电源屏供电，并且操作时冲击大，操作时间长，而逐渐被市场所淘汰，取而代之的是弹簧操作机构。
其利用交直流两用电动机对弹簧进行预储能，利用弹簧能进行分合闸操作，从而对电源要求低，交直流均可操作，对电源无冲击，因此在近些年得到广泛应用。
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智能真空电器
2010-09-03
永磁机构的早期资料 ---- ABB
真空断路器
真空接触器
智能真空电器
2010-09-03
智能真空电器
2010-09-03
永磁机构的控制
永磁机构的控制系统是用来接受电信号，并通过逻辑判断最终给出指令控制操动机构 动作的装置。由于永磁机构和以往机构有很大的不同，所以控制部分也有较大的差异 。首先，它的电源一般由电容组成，因此，和—般断路器相比较，永磁机构的控制部 分还应多一个电容充电控制环节，用以稳定电容的电压值，保证整个系统性能的稳定 。其次，永磁机构无脱扣装置，断路器的分合闸完全靠给分合闸线圈的通电来完成。 电容器组作为永磁机构内分合闸线圈的电源，其充放电过程由逻辑部分来控制。互感 器部分主要由电压互感器、电流互感器组成。逻辑分析判断部分是实现断路器控制的 关键，它是通过对输入电压、电流量的比较分析来识别线路短路、欠电压、过电流等 故障情况，当故障发生时，它发出的控制指令由永磁机构的执行机构来完成。
智能真空电器
2010-09-03
永磁机构的控制方式
1. 永磁机构的特点之—是采用电子控制，以实现断路器的 所有功能，同时还可具有智能化功能，其中包括在线检 测、同步关合技术的实现等，最大限度地体现永磁机构 的优越性。但是，作为永磁机构真空断路器，其设计结 构和原理决定了它可以采用多种控制技术，下面介绍几 种控制方式的特点。
2. 目前，根据逻辑部分的元件的不同，永磁机构真空断路 器机构控制的方式可分为如下3种：
3. 接触器控制方式；电子控制方式；
智能真空电器
2010-09-03
永磁真空断路器的构成
1. 真空灭弧室 （固封极柱）
2. 永磁操动系统 3. 开关本体
智能真空电器
2010-09-03
永磁操动 系统
永磁机构 控制单元
真空断路器运行中的故障检测
1. 由于机械或电的原因，使机械特性的变化超出标准允许的范围，导致 开断与关合故障的产生，严重时变成拒动与误动故障；
2. 由于真空灭弧室失效产生的开断与关合故障； 3. 绝缘故障； 4. 载流故障； 5. 其它故障。其中最主要的故障是包括拒动与误动在内的机械特性不符
合标准。
4. 具备相控操作条件和关合 相位角自动跟踪功能
智能真空电器
2010-09-03
智能操动系统的研究内容
1. 电流的变化规律，难以突然增大或变为零
2. 安匝数、磁动势；磁通量、磁通密度变化规律
3. 铁心位移与间隙、磁阻、漏磁、运动速度、反电势
4. 储能电容的电压、机械传动系统的摩擦力变化
5. 永磁机构的出力特性的控制
控制器 储能电容器
电源适配器 辅助节点 网络接口
同步信号源
检测传感器 电流、电压、位移、速度、温度
智能真空电器
2010-09-03
永磁操动的特点
1. 无锁扣，无拐臂，运动便 捷，传动效率高，磨损小
2. 微机控制运动全过程，可 以获得理想的机械特性曲 线，合闸无弹跳，分、合 闸时间短
3. 输入指令、输出信息数字 化，便于网络传输；
永磁真空断路器
原理与设计方案
智能真空电器
2010-09-03
永磁机构的定义
永磁保持、电子控制的永磁操动机构,和传统的断 路器操动机构相比，永磁机构采用了一种全新的工 作原理和结构，通过永磁场与电磁场的特殊结合来 实现传统操动机构的全部功能，其结构上的根本区 别在于无须脱、锁扣装置即可实现合分闸终端位保 持。
智能真空电器
2010-09-03
实现机械特性和电能质量的在线检测 使开关具备实现早期维护的条件
由于永磁真空断路器本身所固有的数字信息与信息处 理能力，可以在开关每次操作后对其特性数据进行采集、 处理和存储，如通过对触头运动速度和合、分闸时间等参 量的测量，并与标准要求和前次数据比对，即可以判定开 关的机械特性是否处于正常状态。同时还可记录和储存系 统的参数。
6. 开关的机械传动方式，灭弧室动触头的运动特性（位移、速度曲 线）的控制
智能真空电器
2010-09-03
自主研发单稳态、单线圈的永磁机构专利产品
合闸状态
分闸状态
智能真空电器移 、 速 度 与 操 动 力
智能真空电器
2010-09-03
永磁机构断路器能够达到的完美的合闸特性曲线
精确的合闸时间，彻底消除合闸弹跳
动触头位移 断口
动触头速度
完美可控的合闸曲线 目前尚未见其它合闸无弹跳的断路器
智能真空电器
弹簧机构的合闸曲线 2010-09-03
永磁机构断路器能够达到的完美的分闸特性曲线
精确的分闸时间，良好的分闸缓冲
断口
动触头位移
动触头速度
完美可控的分闸曲线 智能真空电器
2010-09-03
永磁机构就其实质而言，是用永磁体实现合闸保持 和分闸保持(有时只用永磁体作合闸保持而不作分 闸保持)的一种新型的电磁操动机构。
智能真空电器
2010-09-03
永磁机构的形式
在目前的应用中，永磁机构的合闸都采用电磁操动 。按照机构在分闸操作时的不同，永磁机构可以分 为电磁操动(也即俗称的双稳态)和弹簧操动(也即俗 称的单稳态)两种形式。从线圈数目上分为双线圈式 和单线圈式（也有称非对称驱动机构）。从外形结 构方面，分为方形结构和圆形结构。