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摘要：这里对中压真空断路器的几种操作结构的特性、优缺点做了对比，详细的分析了永磁机构的结构、特点以及动作原理和适用性、实用性等，分析了永磁机构在中压真空断路器中的应用。
关键词：永磁机构、中压真空断路器、应用
引言：现在，国内外在电力系统中使用的中压真空断路器品种多样，型号众多，每一种中压真空断路器都有其各自的特点和优缺点。为满足中压真空断路器的高要求，结构高度简化、节能和高可靠性的永磁机构被研究出来，以适应中压真空断路器的真空灭弧室优异的开断特性，同时也奠定了研究新一代免维护断路器的基础。
一、永磁机构的出现
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，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。近年来，伴随着电子电力技术发展出现了一种新型的操作机构-永磁机构。它采用全新的原理和结构，很好的解决了真空灭弧技术与原有操作机构不匹配的问题。
二、中压真空断路器中的应用分析
操动机构我们常说它是真空断路器的神经中枢，它的工作原理、性能参数和制造精度决定了真空断路器的性能参数、操控精度、机械寿命和可靠性水平等数据内容。从国内、外运行经验和统计数字看，中压真空断路器发生故障时，大都出现在操动机构上约占故障率的83.6%。由此可见，操动机构的技术稳定及挺高工作的开展是非常有必要的。还有在实际使用时，对断路器操动机构的环境适应性要求也非常高。比如：要求真空断路器既要达到一万次的机械电气寿命，又要保证二十年的使用年限；既要能在寒冷、干燥的北方使用，又要适应在高温、湿热的南方运行；既能在沿海潮湿、盐雾的条件下长期正常工作，又要保证在粉尘、污秽的工矿环境下能够进行稳定正常工作。
1.传统操作机构优缺点对比
电磁操作机构是技术比较成熟，结构比弹簧机构简单，零件数相对少一些，制造工艺要求相对较低。但其缺点是：稳定性、可靠性不高；合闸线圈消耗的功率太大，为此要配备直流电池屏；操作时冲击大，操作时间长，逐渐被淘汰。
弹簧储能操动机构的优点是：不需要大功率直流电源，储能电机功率小、交、直流两用。但其缺点是：结构比较复杂，部件多（多达200个）且加工精度要求高、制造工艺复杂、储能时间长；其机构出力特性是弹簧释放的下降特性与真空断路器合闸反力特性的要求相反，容易形成断路器合闸弹跳，当弹簧特性降低时可能产生拒合或动、静触头融焊的严重后果。
2.永磁机构的结构特点
在借鉴了电磁和弹簧操作机构的优缺点的基础上，对永磁机构进行了改进设计。设计中使真空断路器分合闸位置的保持通过永久磁铁实现，取代了传统的机械锁扣装置。这种磁力机构主要由永久磁铁和分闸、合闸控制线圈组成，当合闸控制线圈通电后，它使动铁心向下运动，并由永久磁铁保持在合闸位置；当分闸控制线圈通电，动铁心向反方向运动，同样由永久磁铁将它保待在另一个工作位置即分闸位置上，也就是说，该机构在控制线圈不通电流时它的动铁心有两个稳定工作状态，（合闸和分闸），也称双稳态电磁机构。
3.永磁机构的优缺点
永磁操动机构是一种基于全新理论与技术开发设计的新产品。是将电磁系统与永磁系统完美结合的产物。永磁操动机的构成是通过电磁铁进行驱动，永久磁铁实现锁扣，借助电容器组进行储能，通过电子元件控制。如果我们给它一个准确定义的名称应该为：永磁保持直流电磁操动机构。
相对电磁操动机构或弹簧操动机构，永磁操动机构大大减少了机械零部件数，简化了机械传动结构并极大程度提高了机器稳定性。一般一台弹簧操动机构机械零件数大约200个左右，而一台永磁操动机构的零部件数却不到20个零件。从使用受命来看，永磁操动机构的机械寿命是电磁操动机构和弹簧操动机构寿命的十倍以上。配装永磁操动机构的真空断路器其固有特性有助于提高刚合速度并减小合闸弹跳，且机械稳定性非常好，这使得使真空断路器整体性能大幅提高。
4.永磁机构的工作原理
永磁操作机构可以采用一个合闸、分闸公用的合、分闸线圈，这一点与电磁操作机构、弹簧储能操作机构不同，后者的合闸线圈与分闸线圈是各自独立的。合闸时，控制电路向合、分闸线圈提供驱动电流，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，使操作机构驱动力大于断路器的分闸保持力，动铁心开始运动而使磁隙减小，操作机构的驱动力随着磁隙的减小而急剧增大，最终将动铁心推到合闸位置。由于合闸届铁磁回路已经闭合，永磁体的磁场力已足以满足断路器维持合闸的需求，从而使断路器保持在合闸状态，因此合闸后控制电路按程序设定的保护时间切断线圈电源。分闸时，向合、分闸线圈施加一个与合闸时极性相反的分闸电流，该电流产生的磁场与永磁体产生的磁场方向相反，削弱了铁磁回路的磁场，使剩余磁力小于断路器的合闸保持力，在分闸电磁力、分闸弹簧和触头弹簧的共同作用下，动铁心回复到分闸位置，井保持在分闸状态。
6.永磁机构的适用、实用性
真空断路器在电力系统的使用越来越广泛，操动机构作为断路器的驱动元件，在断路器中占有重要地位。它不但要保证断路器长期的动作可靠性，而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。断路器的分合闸所需时间或速度必须满足其开断和关合要求，以便通过快速切除故障而不使故障扩大，保持电力系统的稳定，并可减轻设备、线路、绝缘等的损伤。永磁机构通过对机构的简化实现了操作机构的免维护；利用电磁性能实现脱、锁扣功能，从结构上消除了故障频率高的机械脱、锁扣装置。它通过减少整体部件或移动部件数量，缩小了体积，增加了可靠性，非常适用于中压真空断路器的结构。
结语：中国同时又是能源消耗大国；拥有全球最大的电力网，断路器的技术研发、产品档次和品质的提升面临着严峻的挑战，任重道远。然而，我们中华民族从不甘落后，改革开放三十年我们在高速发展与进步，走出了赶超世界先进水平步伐。我国在中压断路器的发展方面：真空灭弧室的产能已经是世界大国、永磁操动机构的研发和应用走在了世界的前列。相信在我们生产、设计和使用单位同仁们的共同努力下，一定会使我国的电器制造业跃上一个台阶，成为世界上的强国，为国内、外的电力事业提供技术提供更加安全高效的优质产品。
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