断路器永磁机构特点及原理

真空断路器用单稳态永磁机构概述贺天元;刘仲晔【摘要】本文对单稳态永磁机构与传统机构以及双稳态永磁机构的特点进行了对比,对其结构与工作原理进行了简单说明,并对其发展前景进行了简要探讨.%This paper compares monostable PMA to traditional actuator and bi-stable PMA. The structure and working principle is simply explained. The development prospect is also discussed.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2015(035)010【总页数】4页(P41-44)【关键词】单稳态永磁机构;结构;改进;智能化【作者】贺天元;刘仲晔【作者单位】海军驻湖南地区军事代表室,湖南湘潭 411101;海军驻湖南地区军事代表室,湖南湘潭 411101【正文语种】中文【中图分类】TM464断路器对电力系统起着控制、保护、调节的作用，其能否正常、可靠地工作直接维系着整个系统的安全与稳定。

其中断路器的机械结构是决定其性能的核心部分，从国际、国内对断路器的故障统计数字来看,机械故障占总故障的70%，所以世界各地研究人员一直在努力尝试改进断路器的结构，以使其具有更高的性能与可靠性。

真空断路器的结构在发展过程中大约经历了电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构三个阶段。

在早期使用的电磁操动机构中，当断路器合闸时，电磁线圈通入电流，电磁铁受到端面的吸力开始逐渐向端面移动，并随着电磁铁与端面的距离越来越近，其所受到吸力也越来越大，这也与断路器所需的机械特性相匹配，但是其需要采用机械锁扣来保持合闸位置，由于在合闸过程中，磁路电感变化较大，其产生的反电动势对合闸线圈中的电流增长产生了很强的阻碍作用，并且这种阻碍作用随着合闸速度的增大而增大，使得需要提供数百安培的直流电流才能完成合闸动作，要求的操作功率很大。

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。

真空断路器永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构是一种用于真空断路器的操作机构，它采用了永磁材料来实现断路器的合闸和分闸操作。

相比传统的弹簧操作机构和电磁操作机构，永磁操作机构具有以下优点：
1. 可靠性高：永磁操作机构不需要弹簧或电磁线圈等易损件，因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

2. 操作速度快：永磁操作机构的合闸和分闸速度非常快，可以大大缩短断路器的动作时间，提高系统的响应速度。

3. 能耗低：永磁操作机构不需要外部能源来维持其工作状态，因此能耗非常低，可以降低系统的运行成本。

4. 体积小：永磁操作机构的结构简单，体积小，可以方便地安装在断路器内部，占用空间小。

5. 环保：永磁操作机构不需要使用弹簧或电磁线圈等易损件，因此减少了废弃物的产生，对环境更加友好。

总之，真空断路器永磁操作机构是一种高性能、高可靠性的操作机构，它可以提高断路器的操作性能和可靠性，降低系统的运行成本，是真空断路器的理想选择。

断路器永磁机构特点及原理摘要：断路器，作为电力系统中重要的操纵、爱惜设备。

需要借助操动机构来靠得住地完成断路器的分合闸操作。

最近几年来显现了一种新型的操作机构—永磁机构。

它采纳了一种全新的工作原理和结构，相对传统的操动机构来讲，具有更高的靠得住性，因此备受关注。

关键词：断路器；永磁机构引言为了保证电力系统的安全运行，作为操纵、爱惜元件的断路器必需能切断额定电流，开断关合短路电流，开合各类空载和负荷电路。

为了完成这些任务，断路器必需能及时靠得住地分合动静触头，这要借助于操作机构来完成。

因此，操作机构的工作性能和质量好坏，直接决定了断路器的工作性能和靠得住性。

最近几年来，伴随着电力电子技术的进展，显现了一种新型的操作机构—永磁机构。

它采纳了一种全新的工作原理和结构，工作时要紧运动部件只有一个，具有较高的靠得住性，因此备受关注。

1 永磁机构的组成传统的操作机构有电磁操作机构和弹簧操作机构。

电磁操作机构结构较简单，但结构笨重，合闸线圈消耗功率专门大。

弹簧操作机构由弹簧储能、合闸、维持合闸和分闸几个部份组成。

优势是不需要大功率的电源，缺点是结构复杂，制造工艺复杂，本钱高，靠得住性较难保证。

在借鉴了以上两种操作机构的优缺点的基础上，永磁机构进行了改良设计。

设计中使真空断路器分合闸位置的维持通过永久磁铁实现，取代了传统的机械锁扣装置。

这种磁力机构要紧由永久磁铁和分闸、合闸操纵线圈组成，当合闸操纵线圈通电后，它使动铁心向下运动，并由永久磁铁维持在合闸位置；当分闸操纵线圈通电，动铁心向反方向运动，一样由永久磁铁将它保待在另一个工作位置即分闸位置上，也确实是说，该机构在操纵线圈不通电流时它的动铁心有两个稳固工作状态，（合闸和分闸）。

也称双稳态电磁机构[1]。

永磁操动机构作为替代传统操动机构的一种新型机构，组成单元超级简单。

要紧由极化电磁铁、智能操纵器、储能电容器、电源模块、位置传感器等五部份组成。

图1 系统连接组成工作原理框图2 永磁机构动作原理、双线圈电磁铁结构极化电磁铁是永磁机构的要紧执行部件。

永磁断路器工作原理永磁断路器是一种利用永磁体和电磁铁相互作用来实现断路和闭合的电器设备。

它主要用于电力系统中的过载和短路保护，能够快速切断电路并保护电器设备不受损坏。

在本文中，我们将详细介绍永磁断路器的工作原理。

永磁断路器的主要部件包括永磁体、电磁铁、触头、弹簧、导电材料等。

当电路中出现过载或短路时，电磁铁会受到电流的作用而产生磁场，这个磁场会与永磁体相互作用，使得永磁体受到力的作用而移动，从而使触头与固定触头分离，切断电路。

当电路中的故障被排除后，永磁体和电磁铁之间的作用力消失，永磁体会受到弹簧的作用而回到原位，使得触头再次闭合，电路恢复通电状态。

永磁断路器的工作原理可以分为两个部分：断路和闭合。

首先是断路过程。

当电路中出现过载或短路时，电流会急剧增大，电磁铁受到电流的作用而产生强磁场，这个磁场会与永磁体相互作用，使得永磁体受到力的作用而移动，从而使触头与固定触头分离，切断电路。

在这个过程中，永磁体和电磁铁之间的相互作用起到了关键作用，它们之间的力使得触头能够快速、可靠地分离，从而实现电路的断路保护。

接下来是闭合过程。

当电路中的故障被排除后，电磁铁中的电流减小，磁场减弱，永磁体受到弹簧的作用而回到原位，触头再次闭合，电路恢复通电状态。

在这个过程中，弹簧起到了重要作用，它能够使得永磁体快速、可靠地回到原位，从而实现电路的闭合保护。

总的来说，永磁断路器的工作原理是利用永磁体和电磁铁相互作用来实现断路和闭合的功能。

在电路中出现过载或短路时，电磁铁产生磁场与永磁体相互作用，使得触头分离，切断电路；当故障排除后，永磁体受到弹簧的作用而回到原位，触头再次闭合，电路恢复通电状态。

这种工作原理使得永磁断路器能够快速、可靠地保护电路和电器设备，是电力系统中不可或缺的重要设备。

永磁机构工作原理随着电气化铁路运营里程的增长，高速、重载已成为电气化铁路发展的方向，这就要求牵引供电系统为电力机车提供更安全、经济、可靠和高质量的电能，自动过分相技术应运而生，但由于换相过程中极易产生过电压和合闸涌流，对牵引变压器的冲击很大，极大制约自动过分相技术的发展。

自动过分相转换装置的核心部件是真空负荷开关，而真空负荷开关的长寿命和可靠性是急需解决的问题。

从技术上讲，真空灭弧室技术的发展，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寿命及可靠性成为较突出的问题。

传统的弹簧操动机构，结构复杂，零件数量多，且加工精度要求高；电磁机构虽然机构相对简单，零件数量少，但电源电压波动对合闸速度影响较大，操作电流大，无法调控分合闸速度和相位；使用寿命没有根本突破，对电力系统操作的过电压和合闸涌流的控制更无从谈起。

永磁机构采用一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱、锁扣装置，故障源少，可靠性较高，且使用寿命长，一般达十万次以上，同时控制分合闸相位，实现同步控制，从而减少过电压和涌流对系统的冲击，减少系统保护的投入，提高系统整体寿命。

因此永磁操作机构是智能选相真空开关的必然选择.1 永磁机构工作原理当该机构处于合闸位时，线圈中无电流通过，由永磁作用保持动铁心在上端。

分闸时，特定方向的电流通过操作线圈，该电流在动铁心上端产生与永磁体磁场相反的磁场，使动铁心受到的磁吸力减小，当动铁心受到的向上的合力小于弹簧的拉力时，动铁心向下运动，实现分闸。

当处于分闸位置，操作线圈中通过与分闸操作相反的电流。

该电流在静铁心上部产生与永磁体磁场方向相同的磁场，在动铁心下部产生与永磁体磁场相反的磁场，使动铁心下端所受到的磁吸力减小。

当操作电流增大到一定值时，向上的电磁合力大于下端的吸力与弹簧的反力，动铁心向上运动，实现合闸。

2 智能选相原理智能选相（同步关合技术）就是开关在电流或电压的过零点进行分、合闸操作，断路器分合闸时间的稳定性是实现同步开断的基本要求.由于永磁机构的机构简单，传动部件少，相对弹簧机构而言，其分合闸时间的分散性较小，有利于发展为同步关合的断路器。

永磁机构原理
永磁机构是一种利用永磁材料产生磁场的装置，它可以将磁场用于各种应用，如电机、发电机、传感器等。

永磁机构的原理是基于永磁材料的磁性特性和磁场的作用原理。

首先，永磁机构的核心是永磁材料。

永磁材料是一种具有自发磁化特性的材料，它可以在没有外部磁场的情况下产生磁场，并且可以保持这种磁场长时间不衰减。

常见的永磁材料有铁氧体、钕铁硼、钴磁铁等。

这些材料具有较高的矫顽力和剩磁，使得它们可以产生较强的磁场。

其次，永磁机构利用永磁材料产生的磁场来实现各种功能。

在电机中，永磁机构可以产生旋转磁场，从而驱动电机转动；在发电机中，永磁机构可以产生感应磁场，从而将机械能转化为电能；在传感器中，永磁机构可以产生静态磁场，从而实现对磁场变化的敏感检测。

这些功能都是基于永磁材料产生的磁场所实现的。

另外，永磁机构的工作原理还与磁场的作用原理密切相关。

磁场是一种具有方向和大小的物理场，它可以对磁性物质和电流产生作用。

在永磁机构中，磁场可以通过永磁材料的磁化产生，并且可
以对周围的物质和电流产生作用。

这种作用可以通过磁力线的分布
和磁场的能量来描述，从而实现对物理过程的控制和转换。

总的来说，永磁机构的原理是基于永磁材料的磁性特性和磁场
的作用原理。

它利用永磁材料产生的磁场来实现各种功能，如驱动、转换和检测等。

因此，永磁机构在电机、发电机、传感器等领域具
有重要的应用价值，对于提高能源利用率和提升设备性能具有重要
意义。

断路器的原理
断路器是一种用于保护电路的电气开关装置，其工作原理主要是通过电磁机构或热释放原理实现的。

以下是断路器的工作原理：
1. 电磁机构原理：
断路器中包含有电磁线圈，当电路中的电流超过了设定的额定电流值时，电磁线圈中的电流也会增大。

当电流达到设定的故障电流值时，电磁线圈产生的电磁力会使得触发器释放，断开电路，阻止过大的电流流过。

这是由于电磁线圈内产生的电磁力会抵消电路中的电流力。

2. 热释放原理：
断路器中还包含有一种特殊的材料，称为"双金属片"。

当电路中的电流超过额定电流时，双金属片受热变形，弯曲并失去其形状记忆特性。

一旦温度升高到能使双金属片弯曲的程度，它将促使触发器释放，使断路器打开，这样在短时间内过大的电流也会得到有效阻断。

断路器是非常重要的电气保护装置，主要用于预防电路中的过载和短路故障。

它能够在电路中的电流超过安全值时迅速切断电路，从而保护其他电气设备和人身安全。

高压开关柜断路器（电磁、弹簧、永磁）操作机构工作原理、优缺点与选型计算方法（一）、电磁操作机构结构。

⑴、电磁操作机构原理：电磁操作机构结构比较简单，机械组成部件数量约120个，它是利用通过合闸线圈中的电流产生的电磁力驱动合闸铁芯，撞击合闸连杆机构进行合闸的，其合闸能量的大小完全取决于合闸电流的大小，因此需要很大的合闸电流。

⑵、电磁操作机构的优点主要有：①、结构比较简单，工作比较可靠，加工要求不是很高，制造容易，生产成本较低；②、可实现遥控操作和自动重合闸；③、有较好的合、分闸速度特性。

⑶、电磁操作机构的缺点主要有：①、合闸电流大，合闸线圈消耗的功率大，需要配大功率的直流操作电源；②、合闸电流大，一般的辅助开关、继电器触点不能满足要求，必须配专门的直流接触器，利用直流接触器带消弧线圈的触点来控制合闸电流，从而控制合、分闸线圈动作；③、操作机构动作速度低，触头的压力小，容易引起触头跳动，合闸时间长，电源电压变动对合闸速度影响大；④、耗费材料多，机构笨重；⑤、户外变电所断路器的本体和操作机构一般都组装在一起，这种一体式的断路器一般只具备电动合、电动分和手动分的功能，而不具备手动合的功能，当操作机构箱出现故障而使断路器拒绝电动时，就必须停电进行处理。

（二）、弹簧操作机构。

⑴、弹簧操作机构结构：①、弹簧操作机构由弹簧贮能、合闸维持、分闸维持、分闸4个部分组成，零部件数量较多，约200个，利用机构内弹簧拉伸和收缩所储存的能量进行断路器合、分闸控制操作。

②、弹簧能量的储存由储能电机减速机构的运行来实现，而断路器的合、分闸动作靠合、分闸线圈来控制，因此断路器合、分闸操作的能量取决于弹簧储存的能量而与电磁力的大小无关，不需太大的合、分闸电流。

⑵、弹簧操作机构的优点主要有：①、合与分闸电流不大，不需要大功率的操作电源；②、既可远方电动储能，电动合、分闸，也可就地手动储能，手动合、分闸，因此在操作电源消失或出现操作机构拒绝电动的情况下也可以进行手动合、分闸操作；③、合与分闸动作速度快，不受电源电压变动的影响，且能快速自动重合闸；④、储能电机功率小，可交直流两用；⑤、弹簧操作机构可使能量传递获得最佳匹配，并使各种开断电流规格的断路器通用同一种操作机构，选用不同的储能弹簧即可，性价比优。

永磁断路器工作原理
永磁断路器是一种利用永磁材料的磁场特性来实现开关电路的断开和闭合的电器装置。

它的工作原理如下：
在永磁断路器中，永磁材料通常由一个或多个强大的永磁体组成。

当永磁体未被外界磁场影响时，其磁场是稳定的，并且使得断路器的触点保持闭合状态。

当外部电路有过流或故障时，压力释放到永磁体上，会产生一个磁场变化。

这个磁场变化将会受到磁场势能的约束力，通过传导体或弹簧将力传递给触点机构。

触点机构会根据磁场变化的力量，进行相应的动作。

当磁场变化力使触点获得克服弹簧力的足够能量时，触点就会快速打开，断开电路。

在故障排除或过载消失后，外界压力消失，永磁体的磁场恢复正常。

触点机构根据正常磁场状态的约束力闭合，将电路恢复连接。

总之，永磁断路器利用永磁体的磁场特性来实现电路的断开和闭合，它在电路过载或故障情况下能快速打开，保护电路安全。