第05讲 永磁操动机构.ppt

永磁操动机构 permanent magnetic actuator 中压断路器的现状 断路器属于保护类电器，归根结底是体现在触头的分合动作上，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好坏直接影响断路器的工作性能和可靠性。 在中压领域，目前使用的断路器主要有三种类型：少油断路器、SF6断路器、真空断路器。少油断路器采用变压器油作为灭弧介质，10KV级的行程为 150mm左右，由于开端时油会被碳化，且燃弧时间稍长、动静触头烧损严重，所以不能频繁开端，而且需要经常检修；SF6断路器采用具有特殊灭弧性能的SF6气体作为灭弧介质，加上灭弧方式的独特设计，具有电寿命长、开断性能好的优点；真空断路器是利用真空作为灭弧介质和绝缘保护的一种断路器，绝缘强度高，灭弧性能强，10KV的开距可控制在10mm左右，消耗功率小，开断可靠性高。 传统中压断路器的操动机构 中压断路器的操动机构主要有 弹簧式 电磁式两种 弹簧操动机构的关键部件为合闸弹簧和分闸弹簧。它将电动机的机械功在短时间内储存于合闸弹簧中，然后将合闸弹簧能量释放进行合闸。在合闸过程中，分闸弹簧储能，用作分闸动力。这种操动机构工作特性受外界影响的因素较少，维修的要点也容易明确，在中压断路器中已经普遍采用。但是其传动机构复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求也较高。 电磁操动机构在真空断路器发展的初期得到了广泛的应用，这是由于电磁操动机构较好的迎合了真空灭弧室的要求：一是行程短（8-12mm），二是合闸位置需要很大的保持力（2000-4000N/相）。但是电磁机构本身的缺点限制了合闸速度的提高而且合闸时间较长，电压波动对合闸速度影响较大。因此一般用于对分合闸速度要求较低的10KV等级及分合闸速度要求不太高的35KV等级的真空断路器中。 真空断路器对操动机构的要求 1、操作的可靠性。真空断路器由于采用真空灭弧，灭弧时间短，电弧电压低，电弧能量小，触头磨损少，因而分断次数多，使用寿命长，且适用于频繁操作，其机械寿命从传统的两千次跃增为几万次 2、与真空断路器的反力特性的配合。真空断路器的反力特性与少油断路器和SF6断路器有很大差异。真空断路器的触头行程很小，合闸过程中在触头接触前只要很小的驱动力，一旦触头闭合，就需要很大的永磁保持力来压缩弹簧以获得足够的触头压力。而且真空断路器所要求的平均合闸速度并不太大，因为合闸速度太高容易引起触头合闸弹跳。合闸时要求操动机构不给运动系统附加过多的运动惯量，以提高分闸初始加速度。 永磁操动机构的发展及其优势 永磁操动机构是近年来发展起来的一种新型操动机构，它将电磁机构和永久磁铁特殊地结合在一起，利用永久磁铁产生的磁力将真空断路器保持在分/合闸位置，而无需任何传统的机械脱扣和锁扣装置，主要用于中压真空断路器。是一种永磁保持、电子控制的高可靠性的操动机构。该机构的输力特性可以设计到很接近真空断路器的负载特性，因此可以直接和灭弧室相连，使零部件减到最少，较弹簧机构减少了80%以上，提高了产品的机构刚性，有助于减少触头弹跳、提高刚分速度。简单的结构和零部件的大幅减少使开关机械系统可靠性大大提高，从而实现免维护运行 永磁操动机构和液压式、电磁式、弹簧式等传统的断路器相比具有以下优点 1、永磁操动机构结构简单，运动部件只有一个动铁心，零部件也很少。和传统的弹簧机构相比，永磁操动机构的零部件减少了大约百分之四十，这就使它的可靠性大大提高。同时由于它没有容易出现机械故障的锁扣装置，所以其机械可靠性非常高，发生机械故障的概率几乎为零。 2、永磁操动机构采用永磁来产生保持力，由于永磁材料的良好工作性能，不会产生传统操动机构的漏油、失效等故障，易实现免维护运行。 3、永磁操动机构输出特性和真空断路器的开关机械负载特性吻合，从而能够达到良好的速度特性。 4、永磁操动机构传动机构非常简单，由分合闸线圈的励磁电流产生的磁场直接驱动动铁心，动铁心又直接和断路器的主轴相连。由于运动部件少和中间传动部件少，使其具有更好的可控性，为断路器实现智能控制打下基础。 国内外对永磁操动机构的研究现状 在中压开关领域围绕永磁操动技术的研究开始于20世纪80年代末。 欧洲以英国及德国为代表。1989年英国曼彻斯特大学系统与能量组为GEC公司设计了一台永磁操动机构模型 。1992年前后永磁操动技术开始在英国工业应用。1995年英国的WhippBourne公司进一步改进了结构。1997年ABB Calor Emag开关设备公司在德刊上介绍了它们必威体育精装版研制的VM 1型配永磁操动机构的真空断路器，接着于1998年在汉诺威博览会上展出了样品，引起了各制造公司的极大重视。ABB公司的VM1所配的永磁机构是一种双稳态双线圈结构。采用电容器作为充放电元件，可以实现