永磁制动器弹簧储能操作机构

永磁机构原理与性能随着电力系统的技术发展及智能化进程，用户对开关提出了更高的要求，作为开关心脏的真空灭弧室、作为开关动力来源脉的操作机构、作为智能化开关大脑的控制器的长足进步，必将使开关面临一场令人激动的革命，以智能化的永磁真空断路器为代表、将这三者有机的整合，使开关设备的性能达到了前所末有的高度永磁机构结构图：我们的单稳态永磁机构主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、工作线圈、驱动轴五部分组成配用单稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图双稳永磁机构态结构示意图主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、合闸线圈、分闸线圈、驱动轴6部分组成驱动轴合闸线永久磁铁动铁芯定铁芯分闸线配用双稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图单稳态永磁机构断路器的工作原理：合闸：•磁场产生的驱动力F磁= B2S/2μ•合闸阻力：分闸簧F分簧=F分簧，在主回路闭合后+F超程簧(=k2X)•合闸运动条件：F 磁>F 分簧•运动方程 F 磁-F 分簧 -（F 超程簧） =ma •机构闭合后F 磁= B 2S/2μ >F 分簧 +F 超程簧控制器控制外部电路向线圈提供驱动电流，线圈电流产生的磁场与永久磁铁产生的磁场方向一致，相互叠加，随着线圈驱动电流的不断增大，磁场产生的驱动力F=0221 S B 逐渐变大。

当驱动力大于断路器提供的分闸保持力时，动铁心按照牛顿定律: F=ma 向合闸方向运动，并且驱动力随着磁隙的减小而急剧增大，该特点与断路器的机械特性完全吻合，最终将动铁心推到合闸位置。

此时切断线圈电源。

由于铁磁回路已经闭合，磁阻非常小，永磁驱动的磁场力已足以克服断路器的合闸保持力，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程。

永磁机构之前的操作机构依靠机械闭锁，半轴处的材料与扣接量对性能影响很大，目前尚无满意的解决方案。

材质硬；耐磨、易碎，材质软；不易碎、不耐磨，两方面的缺陷部分，都会造成扣接失败，尤其在35KV 的断路器，因为驱动力大、速度高，及操作频繁的场合，机构的可靠性已经使得用户苦不堪言。

真空断路器的操动机构主要有三种类型：电磁操动机构、弹簧操动机构及永磁操动机构。

电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心，加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成，结构简单、零件数少、工作可靠、制造成本低。

同时螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。

其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，因而要求配用昂贵的蓄电池，加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长。

电磁操动机构出现最早，但目前用量趋于减少。

弹簧操动机构由弹簧贮存分合闸所需的所有能量，并通过凸轮机构和四连杆机构推动真空灭弧室触头动作。

其分合闸速度不受电源电压波动的影响，相当稳定，通过调整弹簧的压力能够获得满足要求的分合闸速度。

其缺点是机械零件多（达160多个），零件的材质、加工精度和装配精度都直接影响机构的可靠性。

弹簧机构的出力特性，基本上就是储能弹簧的释能下降特性，为改善匹配，设计中采用四连杆机构和凸轮机构来进行特性改变。

目前弹簧操动机构技术已经成熟，因此用量较大。

永磁机构是一种全新的操动机构，它利用永磁保持、电子控制、电容器储能。

其优势是结构简单、零件数目少，工作时的主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置。

永磁机构分为两种类型：单稳态永磁机构和双稳态永磁机构。

永磁机构尚需经受考验，需解决好电容器的寿命问题、永久磁铁的保持力问题及电子器件的可靠性等问题。

目前其用量还不大。

真空断路器主要结构:真空断路器主要包含三大部分：真空灭弧室、电磁或弹簧操动机构、支架及其结构图他部件断路器采用三相支柱式结构，具有开断性能稳定可靠、无燃烧和爆炸危险、免维修、体积小、重量轻和使用寿命长等特点。

断路器采用全封闭结构，密封性能好，有助于提高防潮、防凝露性能，特别适用于严寒或潮湿地区使用。

三相支柱及电流互感器采用进口户外环氧树脂固体绝缘，或采用户内环氧树脂外包有机硅橡胶固体绝缘；具有耐高低温、耐紫外线、耐老化等特点。

操动机构采用小型化弹簧操动机构，储能电机功率小，分合闸能耗低；机构传动采用直动传输方式，零部件数量少，可靠性高。

断路器弹簧操动机构介绍一、断路器弹簧操动机构的组成1.弹簧：弹簧是断路器弹簧操动机构的核心部件，通过对弹簧的张紧储备一定的弹能，当需要断开电路时，通过释放弹簧的弹性能量来实现快速断开。

2.手动机构：手动机构是用于对弹簧进行张紧和释放的机构，主要包括手动动作机构和手动存储弹簧机构。

手动动作机构通过手动操作杆或手轮来对弹簧进行张紧或释放，而手动存储弹簧机构则用于将手动张紧的能量储存在一个可释放的机构中，以方便在需要时快速释放。

3.动作机构：动作机构是连接弹簧和断路器断开触点的部分，通过弹簧操动机构的动作来实现断路器的闭合和断开。

动作机构一般采用连杆机构，通过转动轴让触点运动实现闭合或断开。

4.控制电磁铁：控制电磁铁是断路器弹簧操动机构的辅助部件之一，通过对电磁铁的控制来控制断路器的闭合和断开动作，以实现对电路的控制。

二、断路器弹簧操动机构的工作原理断路器弹簧操动机构的工作原理是利用储存在弹簧中的弹性能量来实现断路器的快速关闭。

在正常情况下，断路器的弹簧被手动机构张紧，这时断路器处于断开状态，当电路发生故障时，控制电磁铁被触发，电磁铁产生磁力将断路器的触点吸合，然后释放弹簧的弹性能量，通过动作机构的传动将触点迅速拉开，从而实现断路器的闭合动作。

当电路故障排除后，人工操作手动机构将弹簧重新张紧，断路器恢复至断开状态。

三、断路器弹簧操动机构的特点1.快速断开能力：断路器弹簧操动机构通过弹簧的释放来实现快速断开电路，能够在电路故障发生时快速将电路切断，保障电力设备和人员的安全。

2.高可靠性：断路器弹簧操动机构采用高强度的材料制造，具有较高的机械强度和抗疲劳性能，能够保证长时间使用的可靠性。

3.灵活性：断路器弹簧操动机构采用手动机构和控制电磁铁相结合的方式进行操作，可以根据需要手动或自动控制断路器的闭合和断开动作。

4.操作简便：断路器弹簧操动机构的手动机构设计简单，操作方便，能够满足不同场合的需求。

5.自动重合闸功能：有些断路器弹簧操动机构还具有自动重合闸功能，在电路故障排除后，能够实现自动闭合电路，提高电能的利用效率。

永磁操动机构是一种用于高压真空断路器永磁保持，电磁控制的操作机构，是一种全新的工作原理和结构。

与传统操动机构相比较，具有主要部件少,是传统断路器操作机构零部件的7%,无需机械脱扣锁扣装置，故障点少,高可靠性，使用寿命长,其中永磁操作机构寿命可达10万次以上，适于频繁操作及高可靠变电站等场所的应用。

永磁机构克服了传统弹簧机构和电磁机构的不足，同时通过永磁材料实现真空断路器分、合闸位置的保持及操作过程，从而达到高可靠性和频繁操作以及恶劣环境场所的稳定的操作。

主要性能特点：1、提高真空断路器整体机械性能，使之能适应频繁开断和长寿命使用的要求，真空断路器的机械寿命高于10万次。

2、相比传统操动机构，无须机械脱、锁扣装置，零部件数量大为减少，工作时仅有一个运动部件，故障率极低，可实现少维护。

3、操动机构的性能与灭弧室开断、关合特性相吻合，延长真空灭弧室的使用寿命。

4、采用高可靠的双稳态操作机构设计。

通过分、合闸控制线圈产生的电磁力控制分、合闸操作，合闸和分闸位置均采用永磁保持。

5、永久磁材料与分闸、合闸控制线圈结合，解决了合闸时需要大功率能量的问题。

手动分闸与电动分闸速度相同，能够可靠开断短路电流。

6、具有防跳功能，设计软连接和触头辅助压簧，解决了合闸弹跳问题。

7、采用智能化控制和液晶显示，能直观显示断路器各种工作状态。

同时具有低电压拒合报警功能。

8、交直流储能操作，停电2后小时内可做一次分、合、分操作。

9、具有可靠的操作控制电路模块，可耐受雷击、电涌等严酷条件。

永磁材料采用钕铁硼材料，其每一百年退磁为千分之0.5。

10、该断路器具有免检修、少维护、无污染、无爆炸危险、噪音低等特点，并且适应频繁操作等苛刻的工作条件。

弹簧储能机构工作原理
弹簧储能机构是一种常见的机械装置，用于将能量存储到弹簧中以供后续释放使用。

其工作原理如下：
1. 弹簧选择：根据需要储存的能量大小和释放速度要求，选择合适的弹簧。

较硬的弹簧可以储存更多的能量，但释放速度较慢；较软的弹簧则能更快地释放能量。

2. 能量储存：将弹簧置于机构中的合适位置，通过外力使弹簧被拉伸或压缩。

在这个过程中，外力将能量传递给了弹簧。

3. 弹簧势能：弹簧被拉伸或压缩后，储存了由外力传递的势能，即弹性势能。

势能的大小与弹簧的形变量成正比。

4. 保持和释放：当外力停止作用时，弹簧将保持形变状态，并将储存的势能保留下来。

5. 能量释放：需要时，通过解除外力或触发弹簧释放装置，弹簧会恢复原状，释放储存的势能。

这时，弹簧将推动或拉动相应的装置，从而实现能量的释放和使用。

弹簧储能机构常见于各种机械设备和装置中。

例如，弹簧蓄电池中的弹簧被拉伸、压缩储存电能，用于为电子设备提供短时间的电源支持；弹簧发条中的弹簧通过释放能量推动钟表的指针等。

弹簧储能机构的工作原理利用了弹簧的弹性变形特性，将外界施加的能量转化为储存的势能，随后通过释放弹簧的能量来实现各种工作任务。

弹簧储能操作机构的工作原理闸操作有合闸电磁铁及手动按钮两种。

1．机械部分原理简介CT19、CT19B(A)型弹簧储能操作机构由电动机提供储能动力，经两级齿轮减速，带动储能轴转动，实现给储能弹簧储能。

弹簧储能到位时，摇臂推动行程开关．切断电动机电源。

人力储能时，将人力储能操作手柄插入储能摇臂插孔中，然后上下摆动，通过摇臂上的棘爪驱动棘轮，并带动储能轴转动实现对合闸弹簧储能。

操作机构储能完成后即保持在储能状态，若准备合闸，可使合闸线圈通电，继而电磁铁动作，储能保持状态被解除，合闸弹簧快速释放能量，完成合闸动作。

分闸时，分闸线圈通电使电磁铁动作，连杆机构的平衡状态被解除，在断路器负载力作用下，完成分闸操作。

CT19、CT19B(A)型弹簧储能操作机构外形见下图。

2．电气控制原理下图是CT19弹簧储能操作机构的电气控制原理图，图中两侧的两条竖线KM是控制电源线，它可以是AV220V或DC220V等电源电压。

当机构处于分闸未储能状态时，行程开关CK常闭触点闭合。

此时按下储能按钮SB．中间继电器KA1的线圈得电，其常开触点KAl-1闭合，中间继电器KA2随之动作．KA2的常闭触点K A2-2打开．常开触点KA2-1闭合，电动机M 与电源接通开始运转，带动合闸弹簧开始储能，直至储能完成松开储能按钮SB。

储能完成以后，行程开关CK的常闭接点断开，中间继电器KA2线圈断电，触点KA2-1断开，电动机M断电停转。

此时若将控制开关SA 投向合闸位置，即使其触点(1)、(2)闭合，合闸线圈YC将通电使电磁铁动作，迫使储能弹簧释放能量，完成合闸动作。

操作机构使断路器合闸后，安装在操作机构内、被称作断路器辅助触点的QF-1和QF-2同时动作，其中常闭触点QF-1断开，切断合闸线圈的电源；常开触点QF-2闭合，为断路器分闸作好准备。

此时若将控制开关SA投向分闸位置，即使其触点(3)、(4)闭合，分闸线圈YR将通电使电磁铁动作，操作机构使断路器实现分闸。

永磁机构的结构及动作原理永磁机构的结构及动作原理1.概述自1961年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，真空断路器作为控制和分配电能用的开关越来越广泛地应用于电力系统，并在中压领域保持着主导地位。

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。

真空断路器由于其真空电弧无与伦比的特性，使其电寿命大大增加。

其机械寿命从传统的两千次跃增为几万次，因此与其配合的操动机构的机械性能及可靠性就成了较为突出的问题。

2. 真空断路器的分析及其发展目前，国内外电力系统中使用的中压真空断路器品种繁多，型号众多，其特点各异，但概括起来从绝缘角度来讲有空气绝缘和复合绝缘，从总体结构上讲，有断路器和机构一体式和分体式（国内居多），从操动机构上讲作为中压产品主要是电磁机构和弹簧机构3. 操动机构的发展高压开关的一个最基本性能就是机械可靠性，电力运行和试验站的故障统计中表明，我国高压开关最突出的问题就是机械和绝缘问题，这与发达国家相比较为落后，在发达国家的先进公司，现在都纷纷提出并推出新一代免维护的电器产品。

我国高压开关设备要真正做到产品免维护仍然很难。

实际上，在产品设计上尽可能地简化结构，对提高产品的可靠性很有帮助。

断路器的全部使命，归根到底是体现在触头的分、合动作使，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。

最早的电磁机构，由于对电源要求较苛刻——需要专用的大容量电源屏供电，并且操作时冲击大，操作时间长，而逐渐被市场所淘汰，取而代之的是弹簧操作机构。

其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，从而对电源要求低，交直流均可操作，对电源无冲击，因此在近些年得到广泛应用。

CT8弹簧操动机构
一、概述
CT8弹簧操动机构可供操作SN10-Ⅰ型、SN10-10G型少油断路器、ZN28A-12系列户内高压真空断路器及与之相当的合闸功的断路器用。

机构合闸弹簧的储能方式：CT8-Ⅰ型有电动机储能和手动储能两种，CT8-Ⅱ型只有手动储能，合闸操作有合闸电磁铁操作和手动按钮操作两种，分闸操作有分闸电磁铁、过流脱扣电磁铁或过电流脱扣器、欠电压脱扣器和手动按钮操作四种。

二、技术参数
式电磁铁，欠电压脱扣器
采用电容冲击式电磁铁。

a. 过电流脱扣电磁铁(1型脱扣器)或过电流脱扣器(2型脱扣器)：过电流脱扣器或过电流脱扣电磁铁由电流
互感器供电，其电路依靠分装的过电流继电器触头动作关合，动作值由过流继电器整定。

过电流脱扣
电磁铁一额定电流分别为3A、3.5A、5A。

b. 分闸电磁铁：其技术参数见上表。

三、安装示意图
制造:上海昌开电器有限公司。

电梯曳引机永磁式制动器中科富思信息技术有限公司 李峰 石定良电梯曳引机的制动器非常重要，工作频繁，不能有差错。

通常用弹簧紧紧把刹车皮压住曳引轮，一直呈刹车状。

需要运行时，由电磁线圈通入强大的电流，产生强大的磁场，将中心顶杠往二边强行推开压住曳引轮的刹车皮，稀土同步电机便带动曳引机轮运转。

运转过程电磁线圈必须一直通电使曳引轮保持自由状态。

（见图1）图1.电磁制动中心推用稀土永磁铁代替电磁线圈产生的磁场，将会节约大量的铜线材料，并且也可节约大量的电能。

在大批量生产的产品上应用，将会给生产企业降低成本。

给用户提供更加节能的产品。

图2是用一块方形稀土永久磁铁充以图示的二极，二极处各用软磁镶嵌在极上，使成为圆柱形，塞进用二块软磁材料中间用隔磁材料制成的壳体的圆形孔中。

二边用非导磁材料将磁铁处在孔中心，留有一定间隙，磁铁可以顺利转动。

单永磁体制动（转动90度）b .制动位磁路图 c.运转位磁路图a.总体图图2给出了在曳引机上安装的情况、旋转磁钢90度时，制动和运转状态磁路的工作原理需要驱动推杆力比较大的话，可以采用图3的方案。

加强型双永磁体制动（转动180度）a.总体图c.运转位该方案在软磁壳体内预埋了一块永久磁钢，在可转动稀土永磁体极性与其相反排列时（图3c ），磁力线内部成回路，外部不呈现磁性，动铁心不能被吸动，为刹车位。

当2个稀土永磁体都转动180度时，软磁壳体被3块永磁体磁化，外部就呈现3块磁铁的合成磁力，将动铁心吸住，带动推杆推开刹车，曳引机可以运行。

需要刹车时可再接通操动电磁铁，将可转动稀土永磁体极性再转动180度，磁力线又回c 图的状态，动铁心失磁后，曳引轮被推杆处弹簧力作用下的刹车皮紧压刹车。

操动机构可设计成双稳态，仅在转换运行和刹车瞬间通电，节电效果就更加明显了。

实例计算：已知：YJ140制动器 Lg=0.2cm F=550N ，选用各向异性钡铁氧体，求需要多大尺寸的永磁铁和轭铁。

解：将单位换算成英寸（in ）和磅(Ibf) Lg=0.2÷2.54=0.079(in) ; F=550÷4.448=123.65（Ibf ）功常数： Lg ÷F =0.007 查图4-91，对应曲线12，η=3.4将已知的F, Lg, η代入下式求得磁体重量Gm=FLg/η=(123.65×0.079) ÷3.4=9.768(Ibf)=2.873(Kg) 放大系数K=2.873÷0.122=2.355磁体(见图4-90中12)a=2.5×2.355=6cmb=1.3×2.355=3cmc=0.5×2.355=1.177cm经用计算机专用仿真软件验证，用常用烧结铷铁硼磁钢Gm=0.66Kga=6cmb=4cmc=1cm按图2方案（见下图）就能在左右二边空气隙中产生631N吸力，大于550N吸力的要求。

永磁机构的结构及动作原理1.概述自1961年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，真空断路器作为控制和分配电能用的开关越来越广泛地应用于电力系统，并在中压领域保持着主导地位。

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。

真空断路器由于其真空电弧无与伦比的特性，使其电寿命大大增加。

其机械寿命从传统的两千次跃增为几万次，因此与其配合的操动机构的机械性能及可靠性就成了较为突出的问题。

2. 真空断路器的分析及其发展目前，国内外电力系统中使用的中压真空断路器品种繁多，型号众多，其特点各异，但概括起来从绝缘角度来讲有空气绝缘和复合绝缘，从总体结构上讲，有断路器和机构一体式和分体式（国内居多），从操动机构上讲作为中压产品主要是电磁机构和弹簧机构3. 操动机构的发展高压开关的一个最基本性能就是机械可靠性，电力运行和试验站的故障统计中表明，我国高压开关最突出的问题就是机械和绝缘问题，这与发达国家相比较为落后，在发达国家的先进公司，现在都纷纷提出并推出新一代免维护的电器产品。

我国高压开关设备要真正做到产品免维护仍然很难。

实际上，在产品设计上尽可能地简化结构，对提高产品的可靠性很有帮助。

断路器的全部使命，归根到底是体现在触头的分、合动作使，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。

最早的电磁机构，由于对电源要求较苛刻——需要专用的大容量电源屏供电，并且操作时冲击大，操作时间长，而逐渐被市场所淘汰，取而代之的是弹簧操作机构。

其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，从而对电源要求低，交直流均可操作，对电源无冲击，因此在近些年得到广泛应用。