永磁操动机构基本原理与二次接线设计.doc

永磁操动机构基本原理与二次接线设计 西安森源配电自动化设备有限公司 钱昱澎 【摘 要】本文介绍了永磁操动机构的基本原理及特点，并对开关柜二次接线以及应用中有关问题进行了分析，提出了应注意的几点建议。 【关键词】操动机构 永磁 弹簧储能 二次接线 紧急跳闸 近年来，科技飞速发展，人们对新事物的研究也在不断探索中前进。稀土永磁材料的问世，很快便以性能优越、价格低廉等特点被迅速应用到各个领域。在真空开关向前发展的过程中，我们碰到许多诸如：故障率高、零部件繁多、维修不便等和现代化工业不和谐的因素。本着安全、简便、实用的原则和“开发国产电器精品，振兴民族电器工业”的宗旨，西安森源电气有限责任公司一九九八年起致力于永磁真空开关的开发研究，以满足国内外电力市场的新需求，提高真空开关的整体应用水平，促进其不断地向前发展。 配永磁机构的真空断路器，从一开始设计，便引起了普遍的关注。2000年西安森源配电自动化设备有限公司率先自行研发设计出第一代配永磁机构的VSm型户内高压真空断路器，并于2000年5月至8月，在具有国家级断路器检测资格的西安高压电器研究所，按照国家标准完成了断路器开断试验、EMC试验、机械寿命、温升测试等一系列试验，在国内电器行业引起了普遍的关注，谱写了国内配永磁机构真空断路器的新篇章。随后几年，西安森源配电自动化设备有限公司集中科研技术人员致力于永磁机构的研究，不断的更新完善产品，并进行了更加广泛的应用，在2001年又推出配永磁机构的VS2型户外高压真空断路器，2002年在西安高压电器研究所，按照国家标准完成了断路器开断试验、EMC试验、机械寿命、温升测试等一系列试验，在国内电器行业又一次引起了普遍的关注。 2000年配永磁机构的VSm型户内高压真空断路器所配备的控制单元是ZKS-1系列，2000年底西安森源配电自动化设备有限公司装配出两台配ZKS-1控制单元的第一代VSm断路器，在福建省石狮市挂网运行，主要用于切电容。2000年底至2001年，又相继设计出ZKS-2、ZKS-3系列控制单元，随后几年不断地改进与完善，在ZKS-3基础上派生出一系列规格新产品。2001年下半年配ZKS-3控制单元的第三代VSm断路器37台销往山东99集团，运行情况良好。2001年至今，配永磁机构的VSm真空断路器，在钢铁行业、水泥行业、变电站、铁路交通行业等多种行业中都得到了广泛的应用，反应良好。特别是配新改进设计出的第四代控制器iSPM300的VSm真空断路器，应用更加可靠，功能更加齐全，抗震性能高，性价比高，使用寿命更长，推广应用后，得到广大用户好评。 VS2型户外高压真空断路器所配备的控制单元在2001年至2004年是iSM1、iST1、iST2系列，经过近几年与用户的交流，总结了许多的经验，对产品进行了完善改进， 2004年下半年西安森源配电自动化设备有限公司研发出配新改进设计出的第二代控制器iSM2的第二代VS2型断路器，功能更加齐全，性价比高，使用寿命更长，目前在湖南推广应用55台，得到用户好评。 一、配永磁机构的真空断路器基本工作原理 配永磁机构的真空断路器，改变了传统的固定模式，吸收了大量的先进理论，如：卡扣、脱扣方式的突变，利用新近发现的稀土永磁材料的特殊性能及新颖的磁通布置方式，取代了传统的机械式挚子卡扣、脱扣，从而解决了机械挚子易磨损的缺陷。储能部分完成了由弹簧储能到电储能的转换，辅以全新的电子控制系统，不仅使能量的消耗降到了最低，而且作到了智能化控制，符合现代国际发展潮流。新的操动机构-永磁机构的负载特性与真空灭弧室的完美匹配，也是其迅速占领真空开关的原因之一。如图1所示，弹簧机构的弹簧在合闸过程中释放能量，它的特性与真空断路器刚好相反，因此必须通过弹簧的特性转换来满足力与行程关系曲线。这种转换伴随着连接机构的高速运动，不仅降低机构的效率和可靠性，还减小了产品结构的刚性。而永磁机构的出力特性非常接近真空开关的要求，正因为此，它可以与真空灭弧室直接相连，使零部件数降到最少，同时提高了产品结构的刚性，有助于减小触头弹跳及刚分速度的提高。 永磁机构是断路器的主体，来驱动灭弧室动触头合分动作。VSm型户内高压真空断路器由两个E型铁心作为静铁心，VS2型户外高压真空断路器由一个圆柱型铁心作为静铁心，永磁体处在铁心的中间凸起部分，和夹在中间的动铁心组成一个特殊的双稳态对称磁路。如图2所示。 当动铁心处在某一极限位置时，在这一端形成主磁回路，大部分磁通流经此端，因而在这一端和动铁心之间产生一个很大的吸引力，就是触头保持力。当机构需要动作时，通过电容组放电，给线圈通过一个瞬态电流，产生一个反向磁场，消弱主磁通，同时增大了另一端的磁通。当主磁通消弱到一定数量时，动铁心动作。它一直运动到另一极限位置才停止，然后在这一位置形成主