永磁操作机构

永磁机构断路器的工作原理时间:2009-01-14 来源:徐州机电工程高等职业学校编辑:朱思河自1961 年美国GE 公司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。

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。

真空断路器及操动机构的分析真空断路器之所以如此迅速发展,在于其真空灭弧室优异的开断特性,使其电寿命大大增加。

真空断路器的灭弧室动触头行程小,要求分闸速度高。

动静触头合闸时为平面接触,为了防止真空断路器在短路时触头被强大的冲击力斥开,动静触头间要施以较大的触头压力,这样也有利于提高分闸速度。

真空灭弧室的优异性,使其机械及电寿命从传统的2000次跃增为上万次,沿用传统断路器操动机构电磁机构和弹簧机构很难体现出其高寿命、高可靠性的优点。

因此需要一结构高度简化、节能和高可靠的机构来满足真空断路器的驱动要求。

永磁机构以其结构简单、运行可靠、经久耐用等优点被广泛应用于真空断路器的驱动,它克服了传统机构的缺点,充分发挥了真空断路器的优点,为研制新一代免维护断路器奠定了基础。

它已成为电力系统选型热点,具有良好的经济效益和市场前景。

本文以ZNY1-10P630-12.5型永磁真空断路器为例来分析永磁断路器的结构及工作原理。

永磁机构断路器工作原理及主要技术参数主要技术参数该真空断路器采用双稳态内设欠压脱扣器永磁机构,并与机械手动脱扣器结为一体化设计,使手动分闸轻便可靠。

永磁机构分闸与弹簧分闸相结合,使分闸速度的分配更理想。

与弹簧操作机构断路器比较,可动部件大大减少,使其可靠性和机械寿命大幅提高,是弹簧操作机构类型断路器的理想替代产品。

ZNY1-10P630-12.5型永磁真空断路器的主要技术参数如下:额定电压PkV 10最高电压PkV 12额定电流PA 630额定频率PHz 50额定短路开断电流PkA 12. 5动稳定电流PkA 31.5热稳定电流PkA 12.5额定短路关合电流PkA 31. 5短路电流持续时间Ps 41min 工频耐压PkV 42雷电冲击耐压PkV 75永磁机构断路器工作原理永磁机构断路器的工作原理如图1 所示:图1 永磁机构断路器的工作原理图其工作过程如下:接通控制电源,首次接通电源要等待60s,此时储能电容已充满电(充电指示灯亮),同时欠压脱扣器电源也准备接通,断路器处在准备操作状态。

VYGM型永磁机构真空断路器安装使用说明书目录1 概述 (1)1.1总则 (1)1.2产品型号的表示方式 (1)2 引用标准 (2)3 使用条件 (2)3.1正常的使用条件 (2)3.2特殊工作条件 (2)4 主要规格及技术参数 (2)5 产品结构及工作原理 (4)5.1本体的结构（见图1） (4)5.2真空灭弧室的灭弧原理 (4)6 操动机构的结构 (5)6.1单稳态永磁机构的工作原理 (5)6.2永磁机构控制器的特点 (6)6.3永磁机构的储能模块 (7)7防误联锁 (7)8 外形尺寸及电气接线原理图 (8)8.112kV手车式断路器外形尺寸（见图3、图4） (8)8.212kV固定式断路器外形尺寸（见图5、图6） (10)8.3手车式电气接线原理图（交直流两用） (12)8.4固定式电气接线原理图(交直流两用) (13)9 维护与保养 (14)10 储存与运输 (14)11 产品随机文件及附件 (15)12 订货须知 (15)1 概述1.1总则VYGM型户内高压真空断路器系户内高压开关设备，适用于额定电压12～24kV、频率50/60Hz的三相交流电力系统中，作为保护和控制电器使用。

广泛应用于户内空气绝缘开关柜（如KYN28及KYN96等）。

其符合GB1984-2003、DL/T403-2000及IEC62271-100：2001等相关标准的规定，性能达到C2-E2-M2级断路器的要求。

在正常使用条件下及断路器的技术参数范围内，VYGM真空断路器可以满足电网在正常或事故状态下的各种操作，包括关合和开断负荷电流及短路电流。

VYGM型高压真空断路器的三个极柱，采用自动压力凝胶工艺（APG），将真空灭弧室及上下出线端子用环氧树脂浇注成型，减少了断路器的调整环节，可有效防止真空灭弧室受外界撞击、污秽和凝露的损害，无相间闪络，并增大了主回路的外爬距，提高了断路器的可靠性。

VYGM户内真空断路器既可用于中置式手车柜中，也可用于箱型固定式开关柜。

双稳态双线圈永磁接触器性能分析双稳态双线圈永磁机构的结构分析永磁接触器主要由永磁机构、分合闸传动机构、控制电路、触头系统及灭弧装置等构成。

1—静触头2—上静铁心3—分闸线圈4—塑壳5—永久磁铁6—动铁心7—合闸线圈8—下静铁心9—触头弹簧10—动触头永磁机构有多种形式，本文说明双稳态双线圈永磁操动机构如上图一（注：请在上图表明图一），这种永磁机构利用电磁吸力完成分、合闸操作。

它主要由静动铁心、分合闸线圈、静动触头、永久磁铁、触头弹簧等构成。

双稳态双线圈永磁机构有如下结构特点：（1）永久磁铁与动铁心固定在一起，并随之运动，双线圈双稳态永磁机构工作过程中动铁芯有两种稳定状态：分闸保持状态，当操作机构处于分闸状态时，动铁芯上方，与静铁芯上磁极紧密接触；合闸保持状态，动铁芯处于下最大位移处，与静铁芯下磁极紧密接触。

（2）有两个静铁心和两个线圈，采用不同的工作磁路分别为分、合闸操作提供驱动力，进行分、合闸操作。

依靠永磁力使接触器的触头保持在分闸或合闸极限位置上；合闸是使用合闸线圈的电磁力将机构的铁心从分闸位置推到合闸位置；分闸则是使用分闸线圈的电磁力将机构的铁心从合闸位置推到分闸位置。

无论是合闸还是分闸，线圈产生的磁场方向都与永久磁铁的方向一致。

（3）由于合闸后动铁心依靠永久磁铁提供的磁吸力保持在合闸位置，分合闸线圈中均无电流通过，节能效果非常明显，并有效地降低了通电保持而产生的交流噪声，如永磁机构操作线圈采用直流供电方式，还可实现运行无噪声。

2双稳态双线圈永磁式接触器的工作原理永磁式接触器不工作时，动静铁心处于释放状态，由反力弹簧来维持这种状态。

当电磁线圈通电，线圈电流在动静铁心的端面产生磁场，使动铁心从释放位置快速运动到吸合状态，由于在吸合过程中，气隙变小，电磁力变大，吸合速度增加。

动铁芯紧紧的吸在静铁芯下磁极上；这种速度特性可以有效减少吸合过程中触头的烧损。

当电磁线圈断电后，吸合位置的保持由永磁体产生的磁场力来实现。

配电终端的电源获取电方式有辅助线路取电、PT取电、CT取电、太阳能取电、感应取电等。

现在主要采用的是PT取电方式，下面就说下取电PT容量、电源模块容量和电池容量的配合问题。

一、开关操作机构影响开关操作机构有弹操、永磁、电磁机构。

1、弹操机构弹操机构操作线圈一般有DC24V/16A，DC48V/8A，DC220V/3A。

对电源要求。

要求终端在操作时能够提供瞬时大能量（300VA/10S），正常工作时仅需提供装置工作电源（20VA）。

因此1）、电源模块额定容量≮100W，电源模块容量较小时可短时提供操作电流而不报短路故障，电源模块容量较大时直接控制；2）、电源取电PT正常工作容量≮150VA，短时容量≮300VA/10S。

需要注意的是开关内置PT时一般PT容量仅有50VA，终端在正常充电运行和操作时均不能造成取电PT超负载运行。

2、永磁机构操作机构DC220V/40A或DC160V/??A（瞬时放电容量）。

对电源要求。

1）、电源管理模块。

容量可做成≮75W，提供装置工作电源和分合闸电源变压储能。

2）、电源取电PT正常容量≮75W，无短时容量需求。

3、电磁机构操作机构为电磁AC220V/10A，操作电源来自取电PT。

对电源要求。

1）、电源管理模块仅提供装置正常运行容量（20W），可选≮50w；2）、取电PT需提供装置电源和操作电源，正常工作容量≮150VA，短时容量需3000VA/1S。

二、配网自动化故障运行方式对后备电源影响配网自动化故障运行方式主要有3种：1）线路故障时需要智能隔离故障区域维修完成后后恢复故障区负荷。

2）停电后仅需脱离主网，分隔故障侧线路。

3）停电后需要线路巡检和维修操作。

针对第一种，电网一般要求在3小时内完成线路恢复，终端后备电源可设计掉电维持装置工作≮4小时，且需操作开关动作≮2次；针对第二种，对于带通信功能的终端在线路故障时操作开关隔离故障线路，上传开关位置信息至主站即可，因此后备电源容量可做很小（电解电容或超级电容），对于不带通信功能的终端根据情况可以不配置后备电源；针对第三种情况，例如安装故障指示器线路，需要在故障发生后根据线路故障显示故障区域，需要人工巡检维修，因此终端后备电源维持时间较长≮20小时。

户外高压真空断路器ZW32-12P/630-20S安装使用说明书一、概述ZW32-12M 型户外高压永磁真空断路器为额定电压12kV ，交流50 Hz 的户外配电设备。

主要用于开断、关合电力系统中的负荷电流、过载电流及短路电流。

适用于变电站、线路以及工矿企业配电系统中作保护、控制之用。

断路器与专用永磁控制器、户外PT 相配套，可实现过流、速断、重合闸保护功能，与控制器配套使用可以实现手动分闸、电动分合闸、就地遥控等辅助功能，可以有效隔离永久性故障，是变电站和终端用户配电保护的首选产品。

二、型号含义三、 功能特点、◆具有开断、关合负荷电流、过载电流及短路电流等基本功能，断路器与隔离开关配合使用可组成具有明显断口的“组合断路器”。

额定断路开断电流（kA ）额定电流（A ） 永磁操作机构 额定电压 改进代号 设计序号 户外真空◆断路器采用三相分离支柱式结构，具有密封性能好、开断性能稳定可靠、免维护、体积小、重量轻、使用寿命长等特点。

◆三相支柱及电流互感器采用进口户外环氧树脂和硅橡胶材料浇注而成，具有优异的疏水性和抗污秽能力，具有耐高低温、抗紫外线、耐老化的特点。

可用于耐候要求高，运行条件恶劣的户外环境。

◆操作机构采用永磁操作机构，分合闸能耗低；分合闸部件少，可靠性高。

◆本体均采用不锈钢外壳，全封闭结构。

有助于提高防锈、防潮、防凝露性能，特别适应于严寒或潮湿地区使用。

◆断路器与控制器配套可实现“四遥”（遥控、遥测、遥信、遥调）功能（用户可选项），轻松实现配电自动化，◆本设备具备合闸涌流保护、过流保护和速断保护功能。

定值参数可以连续整定；过流定值范围10A-600A，速断定值范围50-3000A可调。

延时时间可根据要求设置，大大方便了保护设定工作。

四、使用环境条件a.周围空气温度：上限+50℃，下限-30℃。

b.海拔不超过2000M；（若海拔增高可相应增加绝缘强度或加装设备）c.风压不超过700Pa（相当于风速34m/s）d.无经常性剧烈振动的地方e.污染等级：III五、技术参数5.1、断路器主要技术参数5.2、断路器装配调整后达到的数据六、产品结构和工作原理1、产品结构1.1断路器总体采用小型化设计，采用全封闭结构，防护等级可达到IP53。

江苏中金电器设备有限公司：/index.htm工作原理就是利用磁极的同性相斥,异性相吸的原理.因安装在接触器联动机构上的永磁体的极性是固定不变的,而固定在接触器底座上的特殊工艺制作的软铁,在外来控制信号作用下,与其固化在一起的电子模块产生十几至二十几毫秒的正反向脉冲电流,使软铁产生不同的极性,相对永磁体面(设为N 极),吸合为S极,释放为N极,保持靠永磁;从而使接触器的主触头达到吸合,保持与释放的目的.由于采用电子模块的控制,可根据现场需要设定释放电压值(断电为零电压),并可延迟一段时间再发出反向脉冲电流,以实现低电压延时释放或断电延时释放的功能,免受大幅度网电压波动的干扰,达到稳定电气控制系统的目的.永磁式交流接触器工作原理: 永磁式交流接触器的诞生，是国内外交流接触器技术的一次革命，它有着很高的性价比，现已逐步替代传统的电磁式交流接触器。

永磁式交流接触器不工作时，动、静触头处于释放状态，如给吸引线圈通电，磁极将产生磁场，使接触器触头从释放位置向吸合位置快速移动，同时也为动触头的释放储存了能量。

触头之间一旦产生电弧，电磁间隙变小，这时永磁力就会剧增，吸合速度加快（吸合时间小于20ms），从而大大减少了触头吸合时的烧蚀，永磁力使触头吸合后保持触头压力力矩恒定，不受网电压波动的影响，即便在临介电压下吸合触头也是一次性动作，触头不振颤。

接触器触头吸合后，电流控制模块将吸引线圈的电流截止，此时线圈不工作、不耗电，线圈的电流为零，无能耗，线圈当然不会发热，更不会烧毁，此时完全依靠永磁力将触头保持在吸合状态。

与此同时，智能式电子线路控制电压检测模块开始工作，当电压检测模块检测到的控制电压低于规定电压值时，吸合时储存的电能才会给线圈通以反向电流，使动磁极与静磁极之间产生同极性磁场的相斥力，并与释放弹簧共同作用将永磁式交流接触器触头释放，此时释放能量是传统电磁式交流接触器的数倍，释放速度是电磁式交流接触器3~5倍（小于18ms），有效地减少了释放时触头间电弧的燃烧时间。

一种永磁式智能型环保气体环网柜的设计摘要：环保气体环网柜现已成为众多企业的研发重点，纵观市场现有技术及产品，针对其存在的不足笔者提出了“一种永磁式智能型环保气体环网柜”的设计方案。

采用永磁操作机构设计，使用SolidWorks建立三维模型，将产品模型导入Maxwell建立有限元分析模型，进行静态和动态特性分析，计算得到永磁操作机构磁场分部、合闸保持力、合分闸速度及电流等关键参数。

智能控制采用选首合相控制关合技术，使环网柜开关首合相电压过零点合闸，限制合闸涌流。

最后，实际样机特性测试，测试结果与设计仿真结果方向性一致。

关键词：永磁操作机构；选首合相关合；环网柜；特性分析引言环网柜是高压输配电中应用相当广泛的输配电设备之一，近年来，市场对配网设备诸如环网柜等产品的环保型、智能型要求不断提高。

现有SF6气体环网柜因存在环境污染问题，终将被环保型环网柜取代；而被市场给予厚望的固体绝缘环网柜在有些区域，如华东、华南地区，因温湿度较大，其环氧树脂绝缘箱体内部极易发生凝露，产生积水，导致绝缘故障，危害极大。

因此，行业内积极探索采用真空开断技术和使用环保气体绝缘的环网柜，而且国内已现有诸如苏州朗格、北京思威驰、许继电气等企业研发出环保气体的环网柜。

纵观其现有的产品，环网柜开关操作机构均为弹簧操作机构。

弹簧操作机构因其零部件多，对开关可靠性影响较大。

据国内外统计，开关设备60%以上的故障都是源于传统弹簧操作机构的机械故障[1]。

据此，笔者采用结构简单、可靠性高的永磁机构匹配环保气体环网柜开断操作，使环保气体环网柜产品向长寿命、免维护等更高要求的发展成为可能。

同时，该环网柜除了可配有DTU装置外，智能控制方面还采用选首合相控制关合技术，使环网柜开关首合相电压过零点合闸，限制合闸涌流，减小对电网的冲击。

1.永磁操作机构模型建立与运动分析1.1永磁操作机构实体建模本文的研究对象是12kV永磁式智能环保气体环网柜，在三维实体造型软件SolidWorks中建立环网柜永磁操作机构模型。

永磁开关在火电厂中的应用摘要：永磁操作机构的开关比传统的弹簧操作机构、电磁操作机构的开关具有长寿命、高可靠、免维护、无噪声和高节电的特点，是新建火电厂值得推广应用的新产品。

关键词：永磁操作机构断路器接触器abstract: the permanent magnetic operating mechanism switch than traditional spring operating mechanism, an electromagnetic operating mechanism for switch has a long life, high reliability, free maintenance, no noise and high power saving features of newly built thermal power plant, is worthy of popularization and application of new products.key words: permanent magnetic operating mechanism circuit breaker contactor中图分类号： tm62 文献标识码： a 文章编号：前言：目前我国火电厂使用的6kv真空断路器的操作机构多数是以弹簧机构为主,弹簧机构存在零部件多,制造工艺复杂的特点,再加上各生产厂家生产实力良莠不齐,导致设备运行机械故障频繁，维修工作量大，严重影响真空断路器的性能和可靠性，对火电厂长期安全稳定运行无法提供技术保障。

真空断路器技术已经相当成熟，真空灭弧室的灭弧性能和可靠性已达到相当高的水平；据现场故障统计表明，真空断路器的故障约90%的原因是由于弹簧储能操动机构或电磁操动机构机械故障造成的。

永磁机构真空断路器的应用，从根本上解决了传统弹簧机构断路器机械故障率高，不能频繁操作，维护复杂的缺点。

江苏永磁真空断路器的原理江苏永磁真空断路器是一种用于开关高压电力系统的关键设备，其主要原理是利用特殊的真空电弧灭弧技术来断开和闭合电流。

下面将详细介绍江苏永磁真空断路器的工作原理。

江苏永磁真空断路器由断路器主体、真空开关和控制系统三部分组成。

断路器主体包括操作机构、弹簧传动机构和断路装置，真空开关则是用于灭弧的关键部件。

当江苏永磁真空断路器处于闭合状态时，电流从进线触头进入到主触头，再由动触头流出进入负载，形成电路闭合。

此时，控制系统通过电信号给操作机构的驱动机构提供电能，使操作机构完成合闸运动，将主触头和动触头闭合。

当需要断开电路时，控制系统接收到分合闸信号后，送出断路信号给操作机构的驱动机构，使操作机构完成断开运动。

主触头和动触头被分离，断路器主体中的弹簧传动机构利用电磁吸铁实现势能储存。

断路器主体中的弹簧传动机构具有足够的弹力，在分离后迫使主触头和动触头分离。

一旦主触头和动触头分离，电流即在分断间隙中形成电弧。

此时，真空开关开始起作用，真空开关被拉出成一条裂纹状结构，电弧在裂缝中扩散和旋转。

真空开关利用特殊的材料和结构，在电弧介质内产生足够的分离力，主触头和动触头之间的电弧被迅速扩散、降低温度并灭弧。

真空开关中的强电磁场和高速气流足以使电弧分裂、吹膨并尽快灭弧。

这是因为真空介质的压力非常低，能够有效抑制电弧的能量自持性；而电弧准静态特性使其易于分裂和扑灭。

当电弧灭弧后，断路器主体中的弹簧传动机构将储存的势能释放，驱动主触头和动触头迅速闭合，恢复电路的连通状态。

江苏永磁真空断路器的主要特点是真空灭弧，具有较高的断路能力和较低的断路电压。

由于采用了真空开关技术，永磁真空断路器的断开和闭合过程中没有电弧和火花，不会产生有害气体和粉尘，不会对环境产生污染。

此外，江苏永磁真空断路器具有结构紧凑、体积小、重量轻的特点，安装和维护方便。

它还具有工作稳定、可靠性高、使用寿命长、操作灵活等优点。

综上所述，江苏永磁真空断路器利用真空开关技术进行开关操作，通过真空开关灭弧器将电弧快速熄灭，实现断开和闭合电流的目的。