《永磁机构》word版

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1、永磁机构在真空断路器上的应用朱朝敏1，刘　凯2，刘新广3（1.瑞安供电局浙江瑞安325200;2.中国电力科学研究院，北京100085;3.中国兵器科学研究院，北京100089） 摘要：永磁机构是真空断路器的一种新型驱动机构。文章论述了永磁机构的原理、性能及其应用，以供企业在选择开关时参考。关键词：永磁机构；结构原理；应用　　　　永磁机构是近几年发展起来的一种新型操作机构，在国内，中压配网系统已有部分应用。目前，国内大部分供电企业对该机构缺少了解，对其应用存在疑虑，对永磁机构断路器的选型、运行维护缺少经验。文章从永磁机构的原理、性能和应用方面进行论述，希

2、望为供电企业在选择永磁机构断路器时提供参考。1　永磁机构的结构和动作原理　　永磁机构是采用永久磁力保持断路器合分闸位置，用电磁力驱动实现断路器分合闸动作的操作机构。永磁机构可分为双稳态机构和单稳态机构2种，它们的结构示意图分别见图1、图2。1—壳体；2—动铁心；3—上端盖；4—上端线圈；5—永久磁铁；6—下端线圈；7—下端盖图1　双稳态永磁机构结构示意图1—壳体；2—动铁心；3—上端盖；4—永久磁铁；5—线圈；6—下端盖；7—弹簧图2　单稳态永磁机构结构示意图　　现以双稳态永磁机构为例说明其动作原理。永久磁铁的磁场从N极出发，进入动铁心，分别穿入上下端

3、盖，经上下端盖进入壳体，再回到磁铁S极，形成闭合磁路。在分闸位置时，由于动铁心与上端盖之间有一段气隙，磁阻很大，所以经过上端盖的磁路强度远远小于经过下端盖的磁路强度，动铁心被吸于下端盖。进行合闸操作时，给上下绕组加正向直流电流，产生的电磁场见图3。该磁场削弱经过下端盖的永久磁铁磁场，加强经过上端盖的永久磁铁磁场，磁力推动动铁心向上运动，吸于上端盖。进行分闸操作时，给上下绕组加反向直流电流，产生的电磁场见图4。该磁场削弱经过上端盖的永久磁铁磁场，加强经过下端盖的永久磁铁磁场，磁力推动动铁心向下运动，吸于下端盖。图3　分闸位置及合闸操作磁路示意图图4　分闸操

4、作磁路示意图　　单稳态机构合闸操作时给绕组加正向直流电流，动铁心受磁力作用向上运动，吸于上端盖。同时，弹簧被拉伸，为分闸储能；分闸操作时，给绕组加反向直流电流，磁铁的磁场被削弱,动铁心被弹簧拉下并保持。可见，永磁机构的关键技术是磁路设计。2　永磁机构的性能2.1　操作电压　　现以10kV真空断路器永磁机构为例说明其性能。永磁机构的操作电压：《10kV户外柱上配电自动化开关设备通用技术条件（试行）》中规定，额定操作电压一般为直流24、48、110、220V；交流为110、220V。永磁机构宜采用直流电压，不宜采用交流电压；永磁机构的操作电流：国外分体式

5、永磁机构单相操作电流一般小于10A，国内分体式永磁机构单相操作电流一般为15～20A；永磁机构的分合闸速度一般大于1m/s，永磁机构的行程一般为7～28mm，分合闸时间一般为40～80ms，机械部分寿命（动作次数）不小于5万次。　　由于国产真空泡触头开距比较大，操作力和触头压紧力也比较大，所以，国产永磁机构的体积和操作电流相对较大，这是必然的，并非永磁机构设计水平问题。实际上，永磁机构的操作电流可以设计得比较小，但机构的体积会相应增大。2.2　操作电流　　永磁机构中的永磁材料采用钕铁硼，钕铁硼具有磁性能高、稳定可靠、耐高温及耐冲击等特点。我国是稀土大国，

6、原材料储存丰富，生产量大，技术水平已居于国际前列。　　现以一种10kV真空断路器的永磁机构所选用的钕铁硼材料为例说明材料特性。材料牌号为SH系列，磁场强度Hc约为1592kA/m=20000Oe，剩磁BR约为1.2T=12000G，最大磁能积BH约为477kJ/m3，退磁临界温度为150℃，温度退磁率为每升高1℃退磁0.1%，温度降低时磁性可恢复，自然老化退磁率为100年退磁0.2%。绕组电磁场的磁感应强度小于17000奥斯特，电工纯铁动铁心的剩磁约为10余G，A3钢动铁心的剩磁约为几十G。　　由以上参数可以发现，环境温度不超过150℃时,永磁机构能够

7、稳定的工作。由于永久磁铁矫顽力很高,其内禀矫顽力更高（大于20000奥斯特），磁体磁性能比较稳定,不受冲击震动影响,合、分闸时,绕组电磁场产生的磁场远不能使永久磁铁退磁。100年内的自然老化几乎不影响其磁性能。动铁心、壳体等铁磁性材料由于其剩磁特别小，不会产生磁化问题。3　永磁机构的优缺点3.1　操作电压　　从永磁机构的结构特点和使用情况分析，永磁机构比弹簧机构有很多优点：　　(1)永磁机构结构简单，体积小；弹簧机构结构复杂,体积大。　　(2)永磁机构的运动部件少，传动简单，可靠性高，噪声小；弹簧机构运动部件多，传动复杂，可靠性相对较低，噪声大。　　(

8、3)永磁机构能够稳定的保持分合闸状态，不会发生开关偷跳现象；弹簧机构则会由于机械