【精品】第6章永磁机构2 电磁装置设计 教材 华科电气.doc

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1、第六章永磁操作机构及其特性计算6.1永磁机构的结构及工作原理永磁操作机构是新一代真空短路器的操作系统。它通过永久磁铁产生的电磁吸合力使短路器保持在合、分闸位H±,配合励磁控制系统，实现其分、合闸操作等各种功能。如图6一1所示，为一台带永磁操作机构的真空断路器模型。7—拐臂10—动触头图6—19-触头弹簧12—绝缘筒8—固定饺链11—静触头带水磁操作机构断路•器模型永磁机构有多种结构形式，根据其励磁线圈个数及磁路结构特点，一般可以分为三种：双线圈永磁机构、单线圈永磁机构和分磁路式永磁机构。在此仅以双线圈永磁机构为

2、例，说明其基本结构特点和工作原理。双线圈永磁机构如图6—1所示，山两个励磁线圈分别实现分、合闸控制，磁路结构对•称。当动铁心处于上端位置时，上端动、静铁心相接触，相应的磁阻很小，而下端动、静铁心Z间存在较大的气隙，相应的磁阻大。根据磁路的欧姆定理，永磁体产生的磁力线将通过动恢心的上端经静恢心形成闭合冋路，如图6-2a所示。此时，在机构上部的动、静恢心之间存在向上的电磁力，使动铁心保持在上端位置，即通过连杆驱动短路器的动触头，使Z保持分闸状态；当结构接到合闸命令时，给合闸线圈通电，使合闸线圈电流产生的磁场磁力线方

3、向如图6—2b所示。合闸线圈电流在动铁心上部气隙产生的磁场方向与永磁体所产生的磁场方向相反，使上部气隙磁场减弱，而合闸线圈电流在下部气隙产生的磁场方向与永磁体所产生的磁场方向相同，使下部气隙磁场相加。当合闸线圈电流达到某一-值，动铁心在受到向下电磁力的作用下开始向下运动，并口随着向下位移的增加，下部气隙的磁阻逐渐减小，英磁感应强度远远大于上部气隙的磁感应强度，动铁心向下呈加速运动。当动铁心运动至行程的一•半后，永磁体所产生的磁力线大部分将通过下部气隙，于是进一步加速动恢心的运动速度,点到合闸到位。此时，合闸线圈

4、电流和永磁体所产生磁场的磁力线基本上全部通过下部气隙,切断合闸线圈电流，动铁心将依靠永磁体作用可保持在合闸位置。当机构需要分闸时，只要给分闸线圈通入一定电流（与合闸线圈电流方向相反），如图6-2c所示，其分闸过程与上面合闸过程相似，在此不再重述。图6-2双线圈水磁机构操作原理I永磁体产生的磁力线：2、3—操作线圈电流产生的磁力线6.2永磁机构的磁路和磁通计算根据永磁机构的结构特点，若假设磁路是线性的，不计漏磁，不考虑铁心的磁阻，考虑其结构上左右对称，那么其典型的等效磁路图町简化成图6-3所示。图屮，Fm=hcl

5、n—永磁体磁动势;hc—永磁体的磁场强度；厶一永磁体的厚度；=分闸线圈励磁磁动势；尸2=I?N2—合闸线圈励磁磁动势；4>m，尺“一永磁体的磁通和磁阻；如，川一动铁心上部气隙的磁通和磁阻;如，心一动铁心下部气隙的磁通和磁阻。英中，各磁路部分的磁阻分别为：(6-1)心=亠“()九(6-2)R、=^-(6-3)A农示各部分相应磁通穿过的截面积(1)保持状态永磁体产生的磁通线圈电流为零,即F1=F2=O,当机构保持在分闸或合闸状态，只有永磁体的磁场作用,此时，其等效磁路如图6-4a所示R.FmRn屁l

6、_EZZ1a保

7、持状R.n『]R；c分闸过程图6-4各种状态下的等效磁路根据磁路欧姆定律，可得R+尺2(6-4)010=Fm&]/?2+RR”+R2Rm)R+RRm+尺2心丿(6-5)(6-6)当机构处在分闸状态，动诜心上部气隙为零，下部气隙瑕大，即为动铁心的行程长度,此时R、=0根据（6-4）〜（6・6）式，就可以得到相应此时动铁心上下部的磁通分别为:020=0当机构处在合闸状态，动铁心下部气隙为冬，上部气隙瑕大，为动铁心的行程长度,此时尺2=0根据（6-4）〜（6〈）式，就可以得到相应动铁心上下部的磁通分别为如）=°

8、（2）合闸电流和永磁体共同产生的磁通当机构处在分闸状态下，接到合闸指令时，合闸线圈将通入图6-2b所示方向的电流,此时等效磁路如图6—4b所示。根据该磁路，在合闸过程中，各磁通分别为+尺2&占2+RRm+R2Rm

9、分闸过程中，各磁通分别为/__/+RR>n+尺2心丿(6-10)011=Fml&/?2+&心+尺2心丿(&/?2+K心+R2Rm)(6-11)R、RR2+RRm+R2Rm)—F、RR2+RRm+RlRm)(6-12)6.3永磁机构的电磁力特性一•般情况下，通过动铁心上、下部气隙的磁通分别用如和如表示，相应的磁感应强度分别为(6-13)(6-14)(6-15)(6-16)保