断路器永磁机构特点及原理
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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控制、保护设备。需要借助操动机构来
可靠地完成断路器的分合闸操作。近年来出现了一种新型的操作机构—永磁
机构。它采用了一种全新的工作原理和结构，相对传统的操动机构来说，具
有更高的可靠性，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，作为控制、保护元件的断路器必须能切
断额定电流，开断关合短路电流，开合各种空载和负荷电路。为了完成这些
任务，断路器必须能及时可靠地分合动静触头，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优劣，直接决定了断路器的工作性能
和可靠性。近年来，伴随着电力电子技术的发展，出现了一种新型的操作机
构—永磁机构。它采用了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，具有较高的可靠性，因此备受关注。
1永磁机构的构成
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，合闸线圈消耗功率很大。弹簧操作机构由弹簧储能、合
闸、保持合闸和分闸几个部分组成。优点是不需要大功率的电源，缺点是结
构复杂，制造工艺复杂，成本高，可靠性较难保证。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，
[1]
（合闸和分闸）。也称双稳态电磁机构。
永磁操动机构作为替代传统操动机构的一种新型机构，构成单元非常简
单。主要由极化电磁铁、智能控制器、储能电容器、电源模块、位置传感器等
五部分组成。
2
图1系统连接组成工作原理框图
动铁心
2永磁机构动作原理
分闸线圈
、双线圈电磁铁结构
静铁心永磁体
极化电磁铁是永磁机构的主要执行部
合闸线圈
件。
它由静铁心、动铁心、永磁体和激励线圈
组成,双线圈电磁铁具有合闸和分闸两个
[2]
励磁线圈，如图2所示。
传动杆
图2双线圈电
磁铁结构
、双稳态电磁铁的工作原理
永磁机构与传统的电磁机构工作原理基本相似，所不同的是分合闸状态前
者是通过现代新型稀土永磁体的强大永磁吸力保持状态；后者是靠机械连锁保
持状态。因此，永磁机构（分、合）动作过程是启动初始靠电磁力F克服永磁
s
反力F及机械摩擦力f。动铁心所受的合力F为：