永磁开关资料.doc

《永磁开关资料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、论文赏析：永磁机构的设计分析与研究 优者，独享则失，望与诸君赏之!1引言   永磁机构零部件少、可靠性高、加工容易、结构简单，与真空断路器配合良好，可以实现免维护运行。但其不利因素则是直流电源与控制单元所带来的成本及可靠性问题，影响了永磁机构的发展与推广。2机械结构设计与优化   机械结构设计与优化的主要目的是缩小永磁机构的体积，降低磁路磁阻，满足应用功能和寿命要求。2.1基本结构   根据永磁机构的工作特点和内部结构，大体可分为双线圈双稳态、单线圈单稳态和双线圈单稳态(分离磁路)三种。双稳态和单稳态永

2、磁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。   从外形结构看，可以分为方形和圆形结构。由于方形结构体积偏大、耗材多、加工工艺复杂，所以永磁机构一般采用圆形结构，在对空间具有特殊要求的场合，也可以采用方形结构。2.2永磁体和线圈布置   永磁体是永磁机构的核心元件。基于可靠性的考虑，现有的永磁机构   一般安装在静铁心上。根据保持力、能耗和体积要求，永磁体可以具有不同尺寸、结构和布置方式。对圆形结构，可以由多块镶嵌布满全周，或周向部分布置，做成两个或多个并联扇形结构，其余扇形空

3、间用非金属块填充，形成一个圆形套。同时应根据减小能耗和体积的不同需求，改变永磁体的安装位置和大小。   线圈是实现配永磁机构断路器可靠开合的关键元件。线圈的匝数、线径和布置方式都将影响永磁机构的动态性能。如果线圈的截面积一定，改变线圈的线径与匝数，就可以改变开关的速度特性。对于两个控制线圈，可以根据始动安匝数和输出机械功的需要选择不同的线圈布置形式。2.3改进设计   为保护永磁体，在永磁体与动铁心之间增添用软磁材料构成的极靴连接动铁心，再通过端盖、外磁轭形成封闭磁路。   在动铁心与静铁心之间设计适当

4、的非工作气隙，可以改善开关与机构的匹配特性，减小合闸时的起动电流。在合闸端和分闸端的主气隙中加非磁性垫片，与动铁心和永磁体间的间隙共同构成各自的防剩磁间隙，以防动铁心被剩磁“粘住”。   目前永磁机构几乎全部用于中压真空断路器领域，但是发展长行程高压永磁机构有着十分重要的意义，专家们一致认为理论上是可行的，且已有一些单位进行了卓有成效的试验研究。通过分析动铁心行程与机构特性之间的关系，行程增加(或动铁心变短时)，机构的静态保持力将增加，但线圈的安匝数也几乎成相同比例增加。为此，在基本不增加磁系统体积和安

5、匝数的前提下，通过在分闸线圈工作气隙区域内设置磁分路，使动铁心的电磁吸力特性趋于平坦，且长行程的动铁心在合分闸时均能获得所需的动能。   为提高永磁机构，特别是长行程永磁机构的分闸能力，笔者设计了一种新型的自动装置。该装置由两个短路环组成，安装在动铁心的分闸端，可以在动铁心起动前大大地削弱合闸永磁保持力。配上这种装置的永磁机构能快速地分闸，且只需较小的分闸电流。2.4传动及安装方式   永磁机构与真空开关之间的传动有直动式、单连杆传动和多杆转动等三种方式。直动式的传动方式有利于减小整个真空断路器的体积，

6、减少传动环节，提高传动可靠性。作为直动式传动的典型，某公司的ISM系列真空断路器的所有开关零件为轴向对称装配，运动部件全部为直线运动，且其真空灭弧室为透明外壳，内部工作情况一目了然。单连杆传动方式的好处是设计时可以选择不同的传动比，以适应不同的力学特性和行程要求，但是永磁机构的输出力矩为定值时，受力与行程恰恰是矛盾的。因此对于大开矩的高压真空断路器，既要求保持力大，又要求动铁心行程长，就变得十分困难。为此，一些断路器借鉴了弹簧机构的特点，采用了多杆机构传动方式，起到了省力的作用。但是，连杆传动的可靠性不

7、如直动式的高，且断路器体积大。   永磁机构的安装主要有立式和卧式两种，但前者是主要的安装方式。3特性分析及其数学方法   永磁机构的特性包括静态特性和动态特性。永磁机构的静态特性是指线圈激磁电流为零时，由永磁体产生的力学特性和磁场分布，是永磁机构各元件(包括永磁体)机械结构设计和优化的理论依据，也是动态特性分析的基础。永磁机构的动态特性是指激磁电流不为零，即在永磁机构执行开关状态转换的过程中，与永磁体共同形成的力学特性、运动特性、磁场分布特性和电流电压变化特性，以及相互关系，它是永磁机构机械系统、电磁

8、系统、特别是电源与控制系统的设计基础和性能评判依据。由于动态特性是与时间相关的、机电磁耦合的，且包含永磁场，分析起来要复杂得多。不过，如果不考虑涡流的影响，常常基于特定的时间或者基于特定的动铁心位置，将动态问题转化为恒定磁场问题，运用静态分析的方法进行逐点分析。   特性分析的理论基础包括电路平衡方程、达朗贝尔运动方程和麦克斯韦方程组。分析可以采用场量分析法和磁路分析法。3.1静态特性   永磁机构具有对称性。对于方形永磁机构来说，忽略端面