双稳态永磁操动机构与真空断路器的特性配合问题探讨

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1、双稳态永磁操动机构与真空断路器的特性配合问题探讨摘要：通过对实际工作经验的总结，论述了永磁机构传动方式、保持力大小以及与真空断路器匹配时确定永磁机构的合、分闸功及动作特性的原理。关键词：断路器永磁机构特性配合　　1　断路器与机构传动方式配合　　目前，国内外生产的永磁机构（双稳态）动铁心行程（即动铁心与磁轭之间气隙）都比较小（通常不大于25mm），远小于常规电磁、弹簧、液压和空压操动机构的行程。因此，目前它还只能配用在触头行程较小的中压真空断路器上。　　如果单从满足断路器行程方面要求，可以通过放大传动机构的输出行程，满足大行程断路器要求。但是，目前国内外生产的永磁

2、机构的分、合闸力也较小，通常在2000～4000N，最大也不大于6000N。在将它与断路器配用中，往往只能利用传动机构的行程缩小、作用力放大，而不能利用行程放大、作用力缩小的功能。　　12kV真空灭弧室的触头开距一般约为10mm，当触头弹簧直接设在动触杆上，超程约3mm时，真空灭弧室要求行程（触头开距加超程）为13mm左右。如果选用行程为25mm的永磁机构，就需设计中间传动机构使行程匹配，而且在设计传动比时必须考虑行程损失因素。　　40.5kV真空灭弧室触头要求行程约25mm（开距约20mm，超程约4.5mm），正好与行程为25mm的永磁机构相匹配，可采用操动机

3、构与真空灭弧室动触杆同轴连接的传动方式。这样不仅可以减少行程损失，而且有利于抑制合闸弹跳。　　　　2　永磁机构分、合闸状态保持力的选择　　永磁机构结构简单，动作可靠性高，无需合分闸位置机械保持和脱机装置，它是由永久磁铁产生的吸力使断路器保持在分、合闸位置[1]。　　真空断路器要求一定的触头接触压力，因此，永磁机构的吸力不仅要能克服触头弹簧的反作用力和其他反力，而且还必须具有足够的合闸位置有效保持力，防止受到外界可能因素作用下（机械震动、电动力等）出现自动误分闸。该保持力的大小不仅决定了断路器合闸保持性能，而且还决定了分闸功及分闸速度等重要参数。　　根据试验得出合

4、闸有效保持力:当开断电流为20kA及以下者，宜选择在500～700N；开断电流为31.5kA及以上者，宜选择在700～1000N。　　因为双线圈永磁机构不需要装设全行程的分闸弹簧，操动机构只需要不太大的保持力就可使断路器可靠地保持在分闸状态。考虑永磁机构必须有足够大的合闸功才能保证断路器具有足够的关合能力。所以，永磁机构的分闸保持力也不能太小。根据试验得出永磁机构的分闸有效保持力宜选择在2000～3000N。　　永磁机构的永久磁铁回路通常是按吸力要求最大的一侧（合闸侧）设计的，而另一侧必须采取减小其吸力的措施，在动铁心与磁轭吸合面之间加隔磁片及减小其有效吸合面积

5、；在分闸侧装设短程弹簧抵消一部分分闸保持力，才能同时满足断路器分、合闸的特性要求。　　　　3　断路器与永磁机构分、合闸功的选配　　配用永磁机构的真空断路器所需要的合闸功如图1中的oabcde阴影部分面积。从合闸起始位置至触头刚闭合位置所需要的合闸力较小，一旦触头弹簧开始压缩，所需要的合闸力突然增大。abcd是断路器需要的合闸力特性。　　它所输出的合闸功如图1中的ofge阴影部分面积；曲线A为机构永久磁铁产生的合闸力，B为合闸电磁铁产生的合闸力，C为A和B两方面力合成后的总合闸力输出特性。　　真空断路器与永磁机构两者理想的合闸配合，不仅要求C始终高于abcd曲线，

6、而且还要求ofge的面积适当大于oabcde的面积。　　　　配用永磁机构的真空断路器所需要的分闸功为图2中oabc阴影部分的面积，它主要由断路器可动部分质量和真空灭弧室触头额定反力所构成，呈均匀上升分闸力曲线，如图2中的ab曲线。释放出的分闸功如图2中的ofgh的阴影部分面积。　　永磁机构分闸操作时输出的分闸功如图2中的odec阴影部分面积。曲线A为触头弹簧产生的分闸力，曲线B为操动机构永久磁铁产生的分闸力，曲线C为分闸电磁铁产生的分闸力，D是A、B、C合成后的总分闸力输出特性曲线。　　真空断路器与永磁机构两者理想的分闸配合，不仅要求曲线D能够始终高于曲线ab，

7、使断路器能够完成分闸操作，而且还要求odec面积适当大于oabc面积。　　　　4　如何获得理想的分、合闸速度特性　　永磁机构驱动真空断路器进行分、合闸操作的工作原理如图3所示。分闸或者合闸线圈从a点开始通电，线圈中电流经激磁时间t上升到最大值，b点为操动机构动铁心开始运动，驱动断路器分闸或者合闸，线圈中电流下降到c点，断路器分闸或者合闸终了，线圈中电流又开始上升，直至电源被切断，断路器完成分闸或者合闸操作。　　　　试验表明，当操动机构的分闸或者合闸电磁铁回路结构、尺寸和形状，磁回路工作气隙，线圈的安匝数确定后，电流上升陡度已确定，电流i值就取决于激磁时间t的长短

8、，激磁时间愈长，电流愈大