双稳态及单稳态永磁操动机构的研究
永磁机构在矿用中高压配电系统的应用
科技信囊
０机械 与电子０
Ｓ Ｉ Ｎ Ｅ ＩＦ Ｒ Ｔ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ
２０ ０６年
第 ｌ 埘 Ｏ
永磁机构在矿用中高压配电系统的应用
杨 曙君 刘 冲 （ 义煤集 团公 司 河 南 义 马 ４ ２ ０ ） ７ ３ ０
摘要 ： 文章通过对永磁机构厦 弹簧 机构、 电磁 撮动机构在 与真 空断路 器的配套应 用方 面存在的优缺点的 对比分析 ， 结合实践经验 ， 作者的
观 点 是 永 磁机 构 在矿 用 中高 压 配 电 系统 的应 谊有 更 为 广 泛 的 应 用 。 美镶词 ： 磁机构 ； 用 永 应
目前 ，真空断路 器在 ６ ３ ｋ — ５ Ｖ配电系统 中已经得 到 了广泛 的应 有 如 下 特 点 ： １ ． 双稳态内设欠压脱扣器 与手动脱扣器一体化设计 ， 采用 单轴直 用。 主要基 于以下原因（ 相对于油及气体介质断路器 而言） 更高的 可 ： ① 靠性； ②更低的维护费用； ③无爆炸、 不可燃； ④环保 、 无公害。 动结构 。机械简单可靠 。 无连杆 ， 凸轮等传 动部件， 零件数减少， 体积较 断路器的全部使命 ，归根到底 是体现在触头的分 、合 动作上 ， 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。有关资料的研究表明， 开芙设备 的故障率和其零件的数量成正比。 近些年得 到广泛应用 的弹簧操作 机构 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 ． 而具有对 电源要 求 从 低． 交直流均可操作 。 对电源无冲击 的优点。 但弹簧机构也有其 自身不 可刻服的缺点 ： 零件数量 多。 要求加 工精 度高 ， 制造 工艺复杂 ， 产品可 靠性不易保证 。 电磁力合闸的操 动机构称为电磁操动机构 。 电磁操 动机 构的优点 是结构简单 ， 零件数量少 ． 工作可靠 ， 其缺点是合 闸线 圈消耗的功率太 大。 电磁机构 的结构笨重 。 动作时间较长。 永磁操作机构是一种将永磁体和 电磁机构结合 的新 型操作机构 。 它 的特点是 ： 电子控制 ， 永磁保持 。和传统 的断路器操作 机构相 比， 永 磁机构采用 了一种全新的工作原理和结构 ， 工作 时主要运动部件只有 个． 无需机构脱 、 锁扣装置 。 故障源少 ， 具有较高的机构可靠性。 采用
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、驱动轴五部分组成配用单稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图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配用双稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图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。
双稳态永磁操动机构结构设计和性能计算(Ⅱ)
Ｇ８、 ｌＧ 分 别 为 动铁 心 上 、 气 隙磁 导 ， 就 下 也
一
２ ０ 一
维普资讯
。
÷ 。 。 ’ 。 。々 ’ 。 。 。 ’ 。 ＋ 幸 々 ＋ ＋ ’ ＋ ÷ 十 ＋ ÷
．
３ ’
（ ０Ｎ ２２ｏ） ０ ３
墨逗然求
Ｉ
１
。 ．
砥 究 与 分 析
步
牛 ． ． ｝． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 幸 ‘ 审 牛 ＋ 串 ＋ 幸 串 十 ÷ ＋
Ｇ ｌＧ ２ Ａ、 Ａ分别为 动铁 心上 、 下部 分 的铁磁导 。
＝
Байду номын сангаас
铁磁 部件是 非线性 的， 一般应 通过逐 步渐 近 法 计算 才能确 定。 本双 稳 态永 磁操 动 机 构 的 外磁 轭 和端盖 设 计 的磁 密 都 比较 低， 当作 线 性 部 件 处 可
。、
分别 为动 铁 心 上 、 下部 分 与磁 轭 之 间
的对应磁 导标 志示于 图 ５ 其对 应 的等 值磁 路 图如 ，
图 ６所示 。 图中标注如 下 ：
的 漏磁 导 ：
ｌＧ 、 分 别为磁轭 上 、 下部分 的铁磁 导 ； Ｇｂ Ｇ ２ 别为上 、 ｌ ｂ分 、 下端盖 的铁磁 导 ；
ｆｒ ｎ ｅ ｈｓｔ ｅｉ ｅｃ ｉｅ ｈ ｌ ｈ ＇ ｒ ｏｍａ ｃ ，ｔ ｉ ｈ ｓ ｄ ｓｒ ｓｔ ｅ ｒｅ ￣ｌ ｇｗｉ ｅ ｅａ ｘ ｍｐｅ ． ｓ ｂ ｆｃ ｉ ｓ ｔ ｓ ｖ ｒｌｅ ａ ｌ ｈ ｓ Ｋｅ ｏ ｄ Ｆ ｉ ｌ ｐ ｐ ｒ ｎ ｎ ｙ ｍａ ｎ ｔ ｐ ｒ ｔ ｇ ｒｅ ｈ ｒｓ ｙＷ ｒｓ ｌ ｐ—ｆ ｅｍａ ｅ ｄ ｇ ｅｉ ｏ ａ ｉ ｌ ｔ １ ｍ ｏ ｃ ｅ ｎ ｒ ｃ ａ］ Ｓｒｃｕａ ｄｓ ｎ ｔｕ ｔ ｒｌ ｅｉ ｇ Ｐ ｒｏｍａ ｃ ａ ｕａｉｎ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｃｌ ｌｔ ｃ ｏ
永磁真空断路器研究与应用
永磁真空断路器研究与应用【摘要】永磁操动机构真空断路器越来越被公认为中压开关的换代产品，它代表了中压开关发展的方向。
分析了永磁真空断路器内部结构、工作原理，将永磁机构与真空断路器进行完美匹配，提高了断路器的可靠性及寿命。
【关键词】永磁真空断路器操作机构工作原理1 前言智能型永磁机构真空断路器是在上世纪90年代末吸取国际上先进的真空断路器技术而研制成功的新一代真空断路器，具有体积小、重量轻、结构简单、操作可靠、少维护、价格适中、使用寿命长等显著优点。
大屯公司在110KV变电站在2010年投用使用该机构的开关3年多，运行平稳、安全可靠，受到运行值班人员及检修人员的好评。
2 永磁真空断路器结构断路器配用的双稳态永磁操动机构，该机构由一种双稳态的磁路系统，使用一个一体化分、合闸线圈驱动动铁芯运动到相应的极限位置，并利用永磁体所提供的磁场能量，使之保持在极限位置。
当激励线圈通过不同方向电流时，使线圈磁场产生大于剩余磁保持力的驱动力，即可使永磁操动机构的动铁芯动作。
动铁芯通过主轴直接驱动真空灭弧室的动触头，从而使断路器进行分、合闸动作。
这种机械的传送方式，可使断路器的机械磨损小到可以忽略不计，使断路器在使用寿命期内基本很少维护。
当控制系统出现故障时，可用手动分闸装置操作，使断路器进行分断操作（如图1）。
3 永磁真空断路器工作原理永磁真空断路器开断部分和其他断路器一样，区别在操作机构部分。
永磁机构的原理基本上是一块铁片两边有磁铁和线圈，哪边的线圈通电了就会产生比令一边更大的磁力从而带动铁片往磁力大的一边运动。
当铁片运动到和某一边磁铁接触是线圈断电，铁片靠磁铁吸住达到保持的目的。
铁片两边运动能带动断路器分合。
3.1 合闸操作将断路器送入柜体的试验或工作位置，合上控制电源和合闸电源，断路器处在分闸位置，合闸操作回路沟通，为合闸操作作好准备。
就地按动合闸按钮启动合闸回路，使操动机构的线圈激励，克服分闸侧永磁体的保持力，使动铁芯驱动断路器的动触头按规定速度合闸。
双稳态系统,单稳态系统,耦合振子系和混沌系统的随机共振现象共3篇
双稳态系统，单稳态系统，耦合振子系和混沌系统的随机共振现象共3篇双稳态系统，单稳态系统，耦合振子系和混沌系统的随机共振现象1随机共振现象是振动系统中常见的一种现象，它表现为系统在一定的外部扰动下出现了共振现象，但不同于传统的谐振共振，它不是由于外力与系统本身的特性频率相等而产生，而是由于系统内部有噪声、混沌及随机因素的存在而发生的。
在振动系统研究中，随机共振现象是一个十分值得关注的研究领域，因为它与生活中诸多现象的产生和控制息息相关。
在振动系统中，有两种经典的系统类型：双稳态系统和单稳态系统。
双稳态系统指具有两个稳态的系统，即系统在一定条件下可以有两个平衡位置，此时系统呈现双峰型的能势图。
而单稳态系统则指系统只有一个稳态，即系统在一定条件下只有一个平衡位置，此时系统呈现单峰型的能势图。
这两种系统类型与随机共振现象的产生密切相关。
在双稳态系统中，当外部扰动达到一定阈值时，系统会从其中一个稳态转移到另一个稳态，这时系统会发生共振现象。
这种转移的过程可以用激励-响应法进行分析，即在系统的激励作用下，系统的响应随时间的变化呈现出一定的周期性、异周期性或随机性。
随机共振现象的产生是由于系统内部的随机因素的作用，这些随机因素可以是系统内的噪声或环境扰动等。
此时，系统的响应会表现出连续的随机性，呈现出随机共振现象。
在单稳态系统中，系统内部的随机因素同样可以引发随机共振现象，但与双稳态系统不同的是，单稳态系统中的随机共振现象与系统的响应幅值密切相关。
当系统内部的随机因素逐渐加强时，系统的响应会呈现出持续增加的态势，直至绕过系统本身的稳态形成共振现象。
这种现象与双稳态系统中的随机共振现象有所不同，它更倾向于呈现出单调增长的响应特征。
耦合振子系中的随机共振现象是由于系统内部的混沌因素的影响而产生的。
在耦合振子系中，两个振子之间存在一定的相互作用，它们的响应呈现出一定的周期性或异周期性，且其中一个或两个振子的响应呈现出混沌特征。
关于10kV户外配电开关运行探讨
关于10kV户外配电开关运行探讨作者：谢东晓来源：《城市建设理论研究》2014年第11期摘要: 介绍了10kV户外配电开关的类型以及技术特点，对各类10kV户外配电开关进行了分析对比。
阐述了10kV户外配电开关的选用情况和户外真空断路器的检修，配电开关的正确选用和推广有益于改进配电网的结构和提高供电可靠性。
关键词：配电开关；检测；维护；10kV配网中图分类号:TD61文献标识码：A引言近年来，随着我国经济的快速发展，各地均出现了供电短缺现象。
为使有限的电量尽量满足用户的需求，需进行电网的合理调度，10kV配电开关的可靠性决定着调度的成败，故须对其进行分析。
1 10kV户外配电开关类型及特点1.1 户外弹簧操动机构真空断路器国产真空断路器中，占主体的都是采用独立弹簧机构，其操作过程必须先拉长弹簧储能，通过弹簧储存的能量完成合闸、分闸操作。
有些机构有单独的型号如CT23型由专业厂生产，由于此类机构是从早期产品不断更新和改进而来，其零部件已大为减少，结构比较简单、直观，可靠性及稳定性也得到了很大的提高，维护与使用都较容易。
这类机构能很好的满足真空断路器的分、合闸操作的要求，可保证负荷电流、短路电流的开断性能。
1.2 户外永磁操动机构真空开关结构上永磁机构有双线圈双稳态和单线圈单稳态等品种，前者是用永磁体使开关保持在合闸或分闸位置；后者在分合闸时对同一线圈通以极性相反的电流，合闸位置由永磁保持而分闸必须是电磁启动弹簧操作，分闸位置多数是由弹簧保持。
2 种结构的电磁线圈都不需要长期带电，结构和性能既有相同之处，也各具有优劣。
单线圈单稳态结构使用了1 个电磁线圈来控制分、合闸操作，从而简化了机械的整体结构，减小了机构体积，但在合闸位置不仅要克服触头弹簧压力，还要为分闸弹簧储能，所需保持力更大。
新的磁路设计增大了合闸保持力，同时可减小对合闸时线圈电流的要求。
1.3 户外真空负荷开关此类开关的基本结构大多与上述箱式真空开关的相同，但多数配用手动弹簧操动机构，没有开断短路电流的任务。
电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构
真空断路器的操动机构主要有三种类型：电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构。
电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成，结构简单、零件数少、工作可靠、制造成本低。
同时螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。
其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，因而要求配用昂贵的蓄电池，加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长。
电磁操动机构出现最早，但目前用量趋于减少。
弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动作。
其分合闸速度不受电源电压波动的影响，相当稳定，通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸速度。
其缺点是机械零件多（达160多个），零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。
弹簧机构的出力特性，基本上就是储能弹簧的释能下降特性，为改善匹配，设计中采用四连杆机构和凸轮机构来进行特性改变。
目前弹簧操动机构技术已经成熟，因此用量较大。
永磁机构是一种全新的操动机构，它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。
其优势是结构简单、零件数目少，工作时的主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置。
永磁机构分为两种类型：单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。
永磁机构尚需经受考验，需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题。
目前其用量还不大。
真空断路器主要结构:真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其结构图他部件断路器采用三相支柱式结构，具有开断性能稳定可靠、无燃烧和爆炸危险、免维修、体积小、重量轻和使用寿命长等特点。
断路器采用全封闭结构，密封性能好，有助于提高防潮、防凝露性能，特别适用于严寒或潮湿地区使用。
三相支柱及电流互感器采用进口户外环氧树脂固体绝缘，或采用户内环氧树脂外包有机硅橡胶固体绝缘；具有耐高低温、耐紫外线、耐老化等特点。
操动机构采用小型化弹簧操动机构，储能电机功率小，分合闸能耗低；机构传动采用直动传输方式，零部件数量少，可靠性高。
双稳态双线圈永磁接触器性能分析
双稳态双线圈永磁接触器性能分析双稳态双线圈永磁机构的结构分析永磁接触器主要由永磁机构、分合闸传动机构、控制电路、触头系统及灭弧装置等构成。
1—静触头2—上静铁心3—分闸线圈4—塑壳5—永久磁铁6—动铁心7—合闸线圈8—下静铁心9—触头弹簧10—动触头永磁机构有多种形式，本文说明双稳态双线圈永磁操动机构如上图一（注：请在上图表明图一），这种永磁机构利用电磁吸力完成分、合闸操作。
它主要由静动铁心、分合闸线圈、静动触头、永久磁铁、触头弹簧等构成。
双稳态双线圈永磁机构有如下结构特点：（1）永久磁铁与动铁心固定在一起，并随之运动，双线圈双稳态永磁机构工作过程中动铁芯有两种稳定状态：分闸保持状态，当操作机构处于分闸状态时，动铁芯上方，与静铁芯上磁极紧密接触；合闸保持状态，动铁芯处于下最大位移处，与静铁芯下磁极紧密接触。
（2）有两个静铁心和两个线圈，采用不同的工作磁路分别为分、合闸操作提供驱动力，进行分、合闸操作。
依靠永磁力使接触器的触头保持在分闸或合闸极限位置上；合闸是使用合闸线圈的电磁力将机构的铁心从分闸位置推到合闸位置；分闸则是使用分闸线圈的电磁力将机构的铁心从合闸位置推到分闸位置。
无论是合闸还是分闸，线圈产生的磁场方向都与永久磁铁的方向一致。
（3）由于合闸后动铁心依靠永久磁铁提供的磁吸力保持在合闸位置，分合闸线圈中均无电流通过，节能效果非常明显，并有效地降低了通电保持而产生的交流噪声，如永磁机构操作线圈采用直流供电方式，还可实现运行无噪声。
2双稳态双线圈永磁式接触器的工作原理永磁式接触器不工作时，动静铁心处于释放状态，由反力弹簧来维持这种状态。
当电磁线圈通电，线圈电流在动静铁心的端面产生磁场，使动铁心从释放位置快速运动到吸合状态，由于在吸合过程中，气隙变小，电磁力变大，吸合速度增加。
动铁芯紧紧的吸在静铁芯下磁极上；这种速度特性可以有效减少吸合过程中触头的烧损。
当电磁线圈断电后，吸合位置的保持由永磁体产生的磁场力来实现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
｛ＦｅｉＨＪ，ｚｈａ“ｇＧ ｓ Ａｎａｌｙ鼬９ ａｎｄ ｃａｌｃＩｌｌａｔＩｏｎ ｏｆｄｙｎ枷ｉｃｂ
Ｉｎｄ∞时Ｂ００ｋ㈣ｍ，１９９３．） ｈａｖｉｏｒ ０ｆ ｅｌｅｃｔｒｏ眦ｇⅡｅｔｊｃ舵ｔｕａｔｏｒ【Ｍ １ Ｂｅｑｉ“Ｅ：Ｅｒ岈眦ｒ
【７］高会军中压断路器永磁操动机构的研制及动态特性 计算与分析【Ｄ】沈阳：沈阳工业大学．２００ｌ
图１ 双稳态永磁操作机构的剖面简图 Ｆｉｇ ｌ ＳⅡｗ【ｕｒｅ ｏｆ ｂｌｓｔａｂｌｅ ＰＭＡ
ｉ一静铁芯；２一动铁芯；３，４一永磁体；５一舒闸线圈 ６一合闸线圈；７一出力杆
收稿日期：２００ｌ—０６ ｌｌ 作者筒介：卢芸Ｌ１９６３一），女，辽宁沈阳人、沈阳【．业大学寸｝师，博士生
万方数据
１０４
沈阳工业大学学报
吵＝五（ｉ，６）
Ｆ，。＝正（阢）
警＝一（～挑％，训
其中ｕ。为电容两端电压；ｋ哕分别为线圈电流 和电磁系统全磁链；ｆ为时间；ｍ为系统运动部 件归算为铁芯处的质量；ｚ为动铁芯位移；Ｆ。。 ｎ分别为铁芯受到的电磁吸力和运动反力，弹簧 负载反力是位移的＊函数，而空气阻力则是速度 ｄｘ／ｄｆ的函数；矾为电磁系统的磁能，是妒，。 的函数；毋，诜分别为线圈工作温度和周围环境 温度；Ｊｐ为永磁机构的功耗；ｃ为电容的电容量； Ｄ。，Ｈ。分别为线圈外径和高度
４结论
通过计算和对比分析，总结出了双稳态和单 稳态永磁操动机构的主要差别：在相同的传动机 构条件下，单稳态永磁操动机构所需的保持力比 双稳态永磁操动机构要大，不利于缩小机构和永 磁体的尺寸．在合闸时动作特性上两种机构较为 相似，分闸时特性存在较大差异双稳态永磁操 动机构与断路器的负荷特性不相匹配，单稳态永 磁操动机构的分闸速度特性与弹簧操动机构较为
上、下极限位置，而不需要任何机械联锁 当有动 作信号时，合闸或分闸线圈中的电流产生磁势，动、 静铁芯中由线圈产生的磁场与永磁体产生的磁场 叠加合成，动铁芯连同固定在上面的驱动杆．在台 成磁场力的作用下，在规定的时间内以规定的速度 驱动开关本体完成开合任务．此机构之所以被称 为双稳态结构，是由于动铁芯在行程终止的两个位 置，不需要消耗任何能量即可保持单稳态永磁操 动机构与双稳态永磁操动机构的最大区别在于机 构中设有分闸弹簧，并采用了单线圈结构在此单 稳态永磁操动机构中分合闸采用同一个线圈，通过 给线圈通不同方向的电流来实现分台闸操作．
第２４卷第２期
１ １ １ １兰！丝
：电气工程÷
沈阳工业大学学报
』！！墼！！型！！！！￥！！￡！：！：：窑：！￥！！坠！！！！！！壑
ｖｏｌ １４ Ｎｏ ２
！鬯；！！！！
文章蝙号：１０００ １６４６『２００２ Ｊ０２一０１０３一０４
双稳态及单稳态永磁操动机构的研究
卢 芸， 林莘
沈阳Ｌ业大学电气工程学院，ｊ工宁沈阳１１００２３
４９３ １
［５］付万安，宋宝福高压断路器永融操动机构的研究…
中国电机工程学报，２０００．（８）１９—２６
Ｒ舢ｃｈ （Ｆｕｗ蛐ａｎ，ｓｏ“ｇＢ８０ｙｕｎ
ｏｎ ＰＭ Ａｃｌｕｔｏｒ ｏｆＨＶ
ｓｗｉｌｃＩｌｇｅａｒ，ＰＩＤｃｅｅｄｉ“９８ ｏｆｔｈｅ ｃｓＥＥ，２０００，ｆ ８）：２１—２６）
【６】费鸿俊，张冠生电磁机构动态分析与计算ｌ Ｍ ｌ北 京：机械工业出版社，１９９３
同布置的分析［Ｊ】高压电器，２０００．２：２５—２８
（ＱⅢＪ Ｌ，ｘｕＧ ｚ ＡｎａｌｙＢｉ３０ｎ ｃｏｉｌＡ肿ｎｇｍｅｎ【ｏｆ Ｐｅｒｍ卅
ｅｍ ｍ８９ｎｅｔｉｃ ｅｅｖｉｃｅ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｖ０１１８９ｅ ｃｌｒｃｕｌｔ ｂ陀ａｋｅｒ【Ｊ１ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔ丑ｇｅ Ａｐｐａｍｔｕｓ，２０００，２：２５—２８） 【３］马少华，徐建诼，王季梅永磁操动机构特性分析和配
动触头行程／一
田８双稳态永磁操动机构动触头运动速度
ｏｆｂ舶ｂｌｅ Ｆｉｇ ８ Ｍｏｖａｂｌｅ ；婀，‘７
１７多
ｌ
ＩＺ－穹＿
＜
≯，
鹄 互ｉ
瑙 靶 ！鲤
｝
冰７
墨 稃
｛＿
艘
动艟头行程／ｍｍ
图９单稳态永磁操动机构动触头运动速度
ＦｌＥ ９ Ｍ０ｖ出ｋ咖ｔ盯ｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ０ｆ咖ｏｓｔａｂｋ ＰＭＡ
对永磁机构磁场的计算可采用下述的麦克斯 韦方程
杀（予丛害立）＋杀（予巫竽）＝一如
边界条件为：一类边界上ｄ一＝一ｍ
ｊ类边界上旦立乓盟：一且
采用有限元算法得到的静态磁场分布如图３、 图４所示．
翌鬻函
臣３ 赡态永久磁体单独作用时机构静态破场分布
ｊｔ舶ｄｙ唧ｅｔｉｃ ¨＃３
ｐｅ删Ⅱｔ眦ｇＩｌｅｔ 山ｃ ｂｌｓ山ｋ
（Ｃ帅Ｈ Ｊ【ｋｖｅｌｏＰ呲ｎｔ ｏｆ Ｐｅ跚ｎｅｎｔ眦ｇｎｅｔｌｃａｃｔｕａｔｏｒ ｆｏｒ
ｍｌｄｄｌｅ—ｖｏｌ诅ｇｅ ｃＩｒｃｎｉｔ ｂｒｅａｋｅｒ＆ｃａｌｃｌｌｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａＩｙｓｅｓ ｏｆ
ｄｙｎ蛐ｌｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ（Ｄ＞，ｓｈｅ“ｙｎ“ｇ：ｓｈｅ“ｙａｎｇ Ｕ小ｖｅｒｓｌＩｙ
４９３
（Ｇａ。Ｈ Ｊ，Ｕｎ Ｘ。Ｃ龇Ｚ Ｙ．Ｍ８９ｎｅｔｌｃ丘ｅｌｄ ｃⅡｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｙ－
衄Ⅲｌｃ ｂｅｈａｖｉｏｒａｎａｌｙｓｅＢ ０ｆｐ８珊肌ｅｎｌｍ８妒ｅｔｌｃ ａｃｌｕａｔｏｒ【Ｊ１
ｏｆＳｈｅ“ｙａｎｇＵｎｌ娜ｉｔｙ Ｊｏｕｒａｍ
ｏｆＴｅｃｈｎｄｏｆ；ｙ，２０００，６ ４９０一
用于高压真空断路器的可能性【Ｊ１高压电器，２０００，（４）：
１９—２３
（ＭａｓＨ，ｘｕ ＪＹ，ｗａ“ｇＪＭ ＣｈａｒａｃｔｅｎｓＩｌｃ ａｎａｌ”ｉｓ＆ｆｅａｓｉｂｎｐ
‘ｙ。ｆ ｃｈｅ Ｂｊ－ｓ曲ｉｅ ｍ３９ｎｅ血ｎｃｔｕⅡｃｏｒ正ｔｔｅｄ∞ｈｉｇｈ ｖｄ‘ａｇｅ ｈ１５ｈ ｖｏｌｔ８９ｅ ８ＰＰａｍｔｕ８，２０００，（４）：１９—２３） ［４】高会军．林莘，蔡志远．永磁操动机构磁场数值计算及 动特性分析【Ｊ】沈阳工业大学学报，２００００，４：４９０一
第２４卷
圜酗
图２ 单稳态永鞋操作机构的剖面简图
ＦｉＥ ２ Ｓｔ邢ｃｔｕ弛ｏｆ ｍｏｎｏｓｔＡｂｌｅ ＰｈＩＡ
ｌ一分闸弹簧；２一非导磁盖板；３一磁路导向环；４一永 磁体；５一静铁芯；６一线圈；７一动铁芯；８一连接杆
２双稳态和单稳态永磁操动机构的 静态保持力分析
永磁操动机构最大的特点之一是当断路器处 于合闸或分闸位置时，由永久磁铁代替传统的脱锁 扣机构实现极限位置的保持功能．
ｄｉｓｔ工ｉｂｕｄ衄ｏｆｔ｜Ｉｅ ｍａｃｈｌｎｅ ｗｈｅｎ ０１１ｌｙ Ｐ“乜蚰ｅ如ｃｔ
ｆａｌ动铁芯处于分闸位置 （ｂ）动铁芯处于中间位置
（ｃ Ｊ动铁芯处于合闸位置
（ａ）
（ｂ）
（ｒ）
图４单稳态永久破体单独作用时机构静态磁场分布
ｎｇ．４ Ｓｔｅａｄｙｍ８９ｎｅｔｌｃ ｄｊ８ｔｄｂｕｔｉｏｎ ０ｆｔ｝地ｍａｃｈｉｎｃｗｈｅｎｏｎｌｙ ｔｈｅⅢｏⅡｏｓ恤ＩＩｌ。ｐｅｎｎａｎｄ ｎ１３９ｎｅｔ ｐｕｔｓ卸ｅｆｆｅｃｔ
Ａ—Ａ削面
１ 永磁操动机构结构及工作原理
尽管永磁操动机构有不同的结构形式，但工 作原理大体相似．按照机构在终端位置的保持 方式，永磁操动机构可以分为双稳态和单稳态两 种形式．如图１、图２所示．
对于双稳态永磁操动机构，当断路器处于合闸 或分闸位置时．线圈中无电流通过，永久磁铁利用 动、静铁芯提供的低磁阻抗通道将动铁芯保持在
高压电器，２０００，（３）：３—６
（ｕｎｘ，ＧａｏＨ Ｊ，ＴｉｅＲ Ｔｈｅｎｕｍｅｄｃｄ ｃａｌｃｕＪａｔ】ｏｎｄ ｒ１１ａ印．
ｔｈ。Ｐ唧ｍｅｎｔ ｅｔｌｃ ｎｅｌｄ ｌｎ
ｏｐｅｍｔｉ“ｇ ｄｅｖｌｃｅ【Ｊ Ｊ Ｈｌｇ｝Ｉ Ｖ０１．
ｔ８铲ＡｐｐＢ阻Ｉｕｇ，２０００，３：３—６）
【２１钱家骊，徐国政中压断路器永磁操动机构中线圈不
相似，刚分点前加速，刚分点后减速，通过合理设 计弹簧参数比较容易获得较理想的分闸速度特 性，而单稳态永磁操动机构的分闸特性又不易受 电参数的控制．故双稳态和单稳态永磁操动机构 在不同的场合各具优势，应在满足技术要求的前 提下，作出合理的选择，
参考文献：
【１］林莘．高会军．铁韧永磁操动机构磁场数值计算ｌ Ｊ１
关键词：永磁操动机构；磁场计算；特性分析
中图分类号：ＴＭ １５３
文献标识码：Ａ
永磁操动机构为９０年代国际最新技术，它具 有其它操动机构无法比拟的独特之处：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：具有较高的可靠性，并可实现免维护运行．近 年来，国内外不少断路器生产厂家都把目光集中在 永磁操动机构的研制开发上，但相关的理论却远未 成熟，国内主要的理论研究成果集中于文献”。，对 于断路器操动机构，最重要的是分闸和合闸过程中 的速度特性与操动机构出力特性之间的良好配合． 所以，进行永磁操动机构特性研究，不仅要考虑机 构在静态时的磁场分布及保持力，而且还要考虑机 构在合闸和分闸过程中的速度特性．本文针对圆 柱型永磁操动机构，采用有限元法分别计算了双稳 态和单稳态永磁操动机构的静态磁场分布，分析了 两种结构永磁操动机构的保持力大小和永磁材料 的结构、布置方式以及尺寸的关系，在给出动态特 性求解方法的基础上，分别计算并分析了动触头速 度特性，对双稳态和单稳态永磁操动机构的特性进 行了对比分析．
由上述方程组可以看出，永磁操动机构过程 包含着电、磁、热和机械参量的变化，其中以热的 变化最小．主要由于动态过程历时极短（一般机 构的动作时间为几１０ ｍｓ），电磁系统又存在热惯 性，所以ｄ毋／ｄ￡项极小，可忽略不计为此动态 微分方程组可化为如下描述机构吸台特性的状 态方程组
ｄｆ ｄｔ
警地珈
ｌ山‰一毋（ｚ，害）
隆■
图７ 电容放电电激磁电路 Ｆ婚７ Ｃｌｒｃｕ沁ｅｘｃｌＩｅｄ ｂｙ ｃ８ｐａｃｌｔｏｒ
万方数据
１０６
沈阳工业大’学学报
第２４卷