永磁操作机构
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
永磁机构断路器的工作原理
永磁机构断路器的工作原理时间:2009-01-14 来源:徐州机电工程高等职业学校编辑:朱思河自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。
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
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Ｇ ｌＧ ２ Ａ、 Ａ分别为 动铁 心上 、 下部 分 的铁磁导 。
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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
双稳态及单稳态永磁操动机构的研究
｛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．
北海银河永磁断路器说明书
VYGM型永磁机构真空断路器安装使用说明书目录1 概述 (1)1.1总则 (1)1.2产品型号的表示方式 (1)2 引用标准 (2)3 使用条件 (2)3.1正常的使用条件 (2)3.2特殊工作条件 (2)4 主要规格及技术参数 (2)5 产品结构及工作原理 (4)5.1本体的结构（见图1） (4)5.2真空灭弧室的灭弧原理 (4)6 操动机构的结构 (5)6.1单稳态永磁机构的工作原理 (5)6.2永磁机构控制器的特点 (6)6.3永磁机构的储能模块 (7)7防误联锁 (7)8 外形尺寸及电气接线原理图 (8)8.112kV手车式断路器外形尺寸（见图3、图4） (8)8.212kV固定式断路器外形尺寸（见图5、图6） (10)8.3手车式电气接线原理图（交直流两用） (12)8.4固定式电气接线原理图(交直流两用) (13)9 维护与保养 (14)10 储存与运输 (14)11 产品随机文件及附件 (15)12 订货须知 (15)1 概述1.1总则VYGM型户内高压真空断路器系户内高压开关设备，适用于额定电压12～24kV、频率50/60Hz的三相交流电力系统中，作为保护和控制电器使用。
广泛应用于户内空气绝缘开关柜（如KYN28及KYN96等）。
其符合GB1984-2003、DL/T403-2000及IEC62271-100：2001等相关标准的规定，性能达到C2-E2-M2级断路器的要求。
在正常使用条件下及断路器的技术参数范围内，VYGM真空断路器可以满足电网在正常或事故状态下的各种操作，包括关合和开断负荷电流及短路电流。
VYGM型高压真空断路器的三个极柱，采用自动压力凝胶工艺（APG），将真空灭弧室及上下出线端子用环氧树脂浇注成型，减少了断路器的调整环节，可有效防止真空灭弧室受外界撞击、污秽和凝露的损害，无相间闪络，并增大了主回路的外爬距，提高了断路器的可靠性。
VYGM户内真空断路器既可用于中置式手车柜中，也可用于箱型固定式开关柜。
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。
永磁操动机构的高压真空开关柜在线监测技术
关柜 的故 障主 要有 以下几 类 ：
１ ）拒动 、 动 故 障 ： 是 高 压 开 关 柜 最 主 要 误 这
关柜 隔离 插 头接 触不 良导致 触 头烧融 。
大都安 装 少油 断路 器 或 真空 断 路 器 ， 断路 器 所配 的操 动机 构多 为 弹 簧 操动 机 构 、 磁 操 动机 构或 电
永磁操 动 机构 。不 同 的开关 柜 在结构 上 有很 大 的
５ ）外 力及 其 他 故 障 ： 括 异 物 撞 击 ， 包 自然 灾 害， 小动 物接 地 等 。
态进 行 在线监 测 ， 时 发现 故 障 隐患 并 对 故 障作 及
出预测 成为 可能 。
高 压 开关 柜 分 户 内式 和 户 外 式 两 种 ， ０ ｋ １ Ｖ 及 以下 多 采用 户 内式 。ｌ Ｖ 进 、 Ｏｋ 出线 开 关 柜 内
４ ）接触 不 良故 障 ： ． ～ ｌ Ｖ 电 压 等 级 开 ７ ２ ２ｋ
的故 障。一类 是 因操 动机 构 及传动 系统 的机械 故
障造 成 ， 或是 因 电气控 制 和辅 助 回路造 成 。 ２ ）开 断 与关 合故 障 ： 是 由断 路器 本体 造 成 这 的 ， 现 为灭 弧 室及 波纹 管 漏 气 、 空 度 降低 、 表 真 切 电容 器 组重燃 、 陶瓷 管破 裂等 。 ３ ）绝缘 故 障 ： 现 为 外 绝 缘 对 地 闪络 击 穿 ， 表
针 对永磁 操 作 的高 压真 空 开关 柜 的不 同故 障
类 型 ， 应有 不 同 的故 障检测 方 法 。 相
永磁操动机构在中压真空断路器上的应用
动 与 气程 力 电 工
永磁操 动机构在 中压真空断路器 上的应用
杜 永 福 （ 州欣 美成套 电器制造 有 限公司 杭 杭 州 ３１ １ ） பைடு நூலகம்２ １ ５
摘 要 ： 绍中压真空断路 器中永磁操 动机构的 工作 原理， 介 分析永磁操 动机 构的特性 ， 阐述 了 磁探 动机 构在中压真空断路器上 的应 用。 永 关键 词 ： 永磁探动机构 真空断路 器 特性 中 围分 类号 ： Ｍ ６ ． Ｔ ５１２ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ Ｏ０ （） Ｏ ４ －０ １ ７ － ７ １２ １ ） ８ｂ － １ ４ １ 真 空 断 路 器在 电 力 系 统的 使 用 越 来越 或 合 闸过 程 中 电磁 驱 动 系 统 的 负载 特 性 不 广泛 ， 动 机 构作 为断 路 器 的 驱 动元 件 ， 操 在 同 ； 论 是 分 闸还 是 合 闸 ， 永 磁铁 作 用 动 不 当 驱动 装 置 ， 用Ｐ Ｄ 成 智 能 控 制 ， 采 Ｌ 完 并采 用
永 磁 操 动 系 统 机 械 特 性 除 应 与 负 载 特 障 占总 故障 的 ７ ．％。 ０ ３ 中压 真空 断路 器用 途
了可 靠 性 。 文 介 绍 了永 磁 操 动机 构 的 工 性 相 匹 配 外 ， 应 满 足 真 空 灭 弧 室 对 合 闸 宽 广 ， 用 领 域 遍 及 电力 、 金 、 化 、 本 还 应 冶 石 交 合 建 而永 磁 操 作 机 构 因其 特 有 的 小 作 原理 ， 析 了永 磁操 动 机 构 的 特 性 ， 分 并探 速 度 和 分 闸 速 度 特 性 的 要 求 。 闸 速 度 和 通 、 筑 等 ， 型 化 、 可 靠性 、 维 护 、 寿 命 、 装 调试 高 免 长 安 讨 了在 中压 真 空 断 路 器 的 应用 。 合 闸特 性 较 为理 想 ， 注 意 一 点 ， 合 闸 线 需 即 圈 的断 电时 机 。 闸 电流 持 续 过短 ， 闸 到 方 便 等 优 势 会 逐 渐 替 代 传 统 的 操 作 机 构 ， 合 合
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一、概述
随着电力法的贯彻实施，更要求供电部门提供安全、经济、可靠和高质量的电力。
对于中压电力系统的保护核心--真空断路器而言，除真空灭弧室开断的高可靠性外，更需要操作机构的高可靠性。
而现在普遍使用的弹簧机构，由于零件较多，在实际应用中，每合分一千次或是运行较短时间就得检修，很难达到免维护，且有70.3%的故障来自它，大大的影响了供电可靠性。
这就有必要发展新的操作机构，永磁机构就应运而生了。
永磁机构的性能能与真空断路器很好配合，而且其零部件少、结构简单、可靠性高、寿命长（机械寿命长达10万次）、免维护、可用电子软件控制，因而其前景非常广阔。
永磁机构按照在分闸操作时的不同，可分为单稳态永磁机构和双稳态永磁机构；按线圈的使用数目的不同，分为双线圈永磁机构和单线圈永磁机构；按外形结构的不同，可分为方形永磁机构、圆形永磁机构和半方半圆形永磁机构。
二、永磁机构的参数
三、永磁机构的结构与工作原理：
1.永磁机构的结构
一般来讲，永磁机构主要由以下零件组成：图1所示为双稳态永磁机构，图2为单稳态永磁机构。
图1：双稳态永磁机构图2：单稳态永磁机构
1-静铁心2-动铁心3-合闸线圈1-静铁心2-动铁心3-操作线圈
4-分闸线圈5、6-永磁体7-驱动杆4-永磁体5-驱动杆
2.双稳态永磁机构原理
如图1所示，当永磁机构处于合闸位置时，在分闸线圈中通以直流电流，该电流所产生的磁场使动铁心所受的吸力减小，当此电流增大到一定值时，动铁心所受的吸力之和小于动铁心上的机械负载，此时动铁心向下运动。
动铁心向下运动过程中，上端的磁阻增大，下端的磁阻减小。
静铁心的上磁极对动铁心的吸力减小，下磁极对动铁心的吸力增大。
动铁心向下的合力增大，使动铁心加速向下运动。
这一过程一直持续到分闸动作结束为止。
此时，永磁机构在永磁体磁力的作用下，一直保持在分闸位置。
合闸过程与分闸过程正好相反：在合闸线圈中通电，线圈电流在下部间隙中产生反磁场，动铁心上受到的总吸力减小，当吸力小于动铁心上的机械负荷时动铁心向上运动，最后达到合闸位置，合闸过程结束。
在永磁体磁力的作用下，永磁机构保持在合闸位置。
3.单稳态永磁机构原理
如图2所示，当永磁机构处于合闸位置时，在永磁体磁力作用下，动铁心保持在上端。
分闸时，在操作线圈中通以特定方向的电流，该电流在动铁心上端产生与永磁体磁场相反方向的磁场，使动铁心受到的磁吸力减小，当动铁心向上的合力小于弹簧的拉力时，动铁心向下运动，实现永磁机构的分闸。
当永磁机构处于分闸位置时，在操作线圈中通以与分闸操作时方向相反的电流。
这一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方向相反的磁场，使动铁心下端所受的磁吸力减小，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，动铁心便向上运动，实现合闸，并给分闸弹簧储能。
四、永磁机构外形与安装尺寸
方形永磁机构外形与安装尺寸见图3，半方半圆形永磁机构外形与安装尺寸见图4。
圆形永磁机构外形与安装尺寸见图5，
图3a：方形（配VS1-31.5kA，分闸状态）图3b：方形（配VS1-40kA，分闸状态）
半方半圆形外形与安装尺寸（合闸位置）
图3c：方形（配ZW32-20kA，分闸状态）图4：半方半圆形（配VS1-31.5kA，合闸状态）
图5：圆形（配VS1-31.5kA，分闸状态）
五、典型应用方案
图6：应用方案示意图1 图7：应用方案示意图2
图8：应用方案示意图3
六、订货须知：
1.请确定机构是单稳态或双稳态。
2.请确定机构是方形、圆形或半方半圆形。
3.请确定机构的操作电压是否是DC220V。
4.请确定机构的行程。