真空断路器用单稳态永磁机构概述
新一代单稳态永磁机构真空断路器
新一代单稳态永磁机构真空断路器Alexy M. CHAL Y1)Oleg I. CHERVINSKYI2)Victor N. POLUY ANOV3)俄罗斯IG Tavrada电气E-mail: cam@1), coi@2), pvn@tavrad3)[摘要] 本文介绍了配新型永磁机构的新一代真空断路器的设计与参数。
操作机构选用硬磁合金的磁系统，机构采用永磁磁通进行合闸保持，利用分闸弹簧进行分闸保持。
单线圈可提供基于励磁电流方向的分合操作。
断路器（VCB）各相有单独的操作机构，机构通过同步操作轴连接，同步操作轴设有辅助开关与联锁控制。
该设计使产品机械寿命长，整个寿命周期内免维护。
1引言真空开关技术的发展使VCB具有如下众所周知的特点：●免维护的灭弧室设计；●绝缘强度高，灭弧室尺寸减小；●开断能力强[最高达100kA(有效值)]1）；●触头烧蚀显著降低，电寿命增长；●触头行程减小，从而简化了操作机构，降低了操作功；由于老式弹簧机构的使用，上述特点在VCB 引入的前十年间并没有直接带来VCB的免维护。
在80年代末期，本文作者曾将单线圈永磁机构用于VCB2），采用传统的磁性材料与体积较大的轭铁，首次导入免维护VCB理念，并申请了专利。
但该设计由于受永磁机构保持力的限制，开断电流仅限于20kA。
后来出现了与之并行的永磁机构理念——双稳态永磁机构，该设计可以提供所需的保持力，但它需要使用稀土永磁体，层压轭铁以及双线圈结构。
这些特点使机构成本增加，设计复杂。
本文介绍了应用于VCB的单线圈永磁机构的设计理念及其基本参数。
2机构设计机构的核心是两个硬磁合金制成的中等能量的永磁体——磁轭与衔铁，它能提供230千克以上的锁扣力。
磁轭内设有给机构提供操作功的单线圈。
在合闸位置，磁力集中在磁轭—衔铁的接触部位，并提供所需的锁扣力。
见图1。
3操作原理3.1分闸位置在分闸位置，机构通过分闸弹簧的残余机械力实现分闸保持（见图1），此时无电能损耗。
真空断路器 永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构是一种用于真空断路器的操作机构，它采用了永磁材料来实现断路器的合闸和分闸操作。
相比传统的弹簧操作机构和电磁操作机构，永磁操作机构具有以下优点：
1. 可靠性高：永磁操作机构不需要弹簧或电磁线圈等易损件，因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。
2. 操作速度快：永磁操作机构的合闸和分闸速度非常快，可以大大缩短断路器的动作时间，提高系统的响应速度。
3. 能耗低：永磁操作机构不需要外部能源来维持其工作状态，因此能耗非常低，可以降低系统的运行成本。
4. 体积小：永磁操作机构的结构简单，体积小，可以方便地安装在断路器内部，占用空间小。
5. 环保：永磁操作机构不需要使用弹簧或电磁线圈等易损件，因此减少了废弃物的产生，对环境更加友好。
总之，真空断路器永磁操作机构是一种高性能、高可靠性的操作机构，它可以提高断路器的操作性能和可靠性，降低系统的运行成本，是真空断路器的理想选择。
真空断路器永磁型介绍-民熔
永磁真空断路器介绍-民熔民熔高压真空断路器，系三相交流50Hz额定电压为12KV的电力系统的户内开关设备，作为电网设备、工矿企业动力设备的保护和控制单元。
适用于要求在额定工作电流下的频繁操作，或多交开断短路电流的场所。
根据我国目前使用的0.6-35kV真空断路器的操作机构都是弹簧机构和电磁机构的现状，鉴于弹簧机构存在零部件多，制造工艺复杂，运行容易引起机械故障，而电磁机构存在驱动功率较大，接触力较小且合闸时容易引起触头跳动等问题，严重影响真空断路器的性能和可靠性。
为了克服弹簧机构和电磁机构的不足，提高6-35kV 系列真空断路器的可靠性、安全性及使用寿命，降低驱动功率。
MDS系列0.6-35Kv永磁机构真空断路器具有高可靠性、结构简单、安全性、使用寿命长、低驱动功率、性价比高等技术特点，可以满足电网安全稳定运行的要求。
永磁机构是一种用于中压真空断路器的永磁保持，电子控制的电磁操作机构，与断路器使用的传统弹簧机构和电磁机构相比，永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件极少，无需机构脱、锁扣装置，故障源少，具有较高的可靠性，因而已成为开关制造企业与电网企业及高新重工企业关注的热点，具有非常广阔的市场前景。
克服传统弹簧机构和电磁机构的不足，将永久磁铁应用于操动机构中，使真空断路器分、合闸位置的保持通过永久磁铁实现，取代传统的锁扣装置。
这种磁力机构具有永久磁铁和分闸、合闸控制线圈，这种机构的特点是：（1）永久磁铁与分闸、合闸控制线圈结合，解决了合闸时需要大功率能量的问题。
（2）真空灭弧室的动触头靠永久磁铁产生的力通过拐臂、绝缘拉杆使其保持在合闸、分闸位置上，取代传统的机械锁扣方式，机械结构大为简化，仅有几个活动部件，零件总数约为50件左右，耗材少，节能且成本低。
（3）操动机构无需机械锁扣和辅助电器，机械动作的可靠性大大提高，能够实现免维护，节省维修费用。
（4）真空断路器采用永磁操动机构，永磁力可保证100年不消失，该机构寿命高达10万次，以电磁力进行分合闸操作，以永磁力进行双稳态保持，简化了传动链，降低了能耗和噪音。
永磁操动机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用
永磁操动机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用永磁操动机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用序言电力资源是能源结构中的重要环节，节约电力资源是节约能源的重要内容之一。
目前国内电力资源的浪费相当严重，工业与民用用电能耗过高，节电的潜力非常大。
依靠创新和技术进步，积极推广节约用电的新技术、新产品，降低单位产品电能耗和成本，增强企业的竞争力是我国经济可持续发展的重大战略任务。
当前从中央到地方都在深入贯彻落实《中华人民共和国节约能源法》，建设部建办质函（2005）89号《关于开展全国建筑节能专项检查的通知》、自2005年12月1日起实施的《乌鲁木齐市建筑节能管理条例》以及新疆蓝图审查办公室根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005编制的电气专业设计节电要点和电气专业建筑工程施工图文件审查表（节电部分）等都是具体贯彻节能措施的保证。
国内就三相配电变压器、高效电动机、电缆的经济电流选择方法和绿色照明等召开了多次节电管理与技术研讨会，已经编制或即将编制节电产品的国家节电标准和指标，可使我国的配电变压器、电动机、照明、电缆等自身的能耗进一步减小，从而使我国供配电系统的电能损耗降低，达到节约用电的目的。
在此，笔者就6~10kV永磁机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用做个论述，有助于推广应用节电的新技术、新产品，推进科技创新和技术进步，加快我国节约型社会的进程。
1、真空断路器1.1 真空断路器现状自1961年美国GE公司研制成功真空断路器以来，凭借其优越的技术性能，在电力系统、工业与民用建筑6~10kV配网中得到广泛的应用。
特别是在6~10kV电压等级的配电装置上，真空断路器在容量较大回路上的应用已占主导地位，它不仅体积小、重量轻、无油化、不燃，且能可靠地接通和断开较大的负荷电流，在线路发生短路故障时也能快速、可靠地切断回路。
真空断路器按绝缘划分为：空气绝缘和复合绝缘；按结构划分为：一体式和分体式；按操动机构划分为：电磁操动机构和弹簧操动机构。
永磁机构
永磁机构在真空断路器上的应用朱朝敏1，刘凯2，刘新广3（1.瑞安供电局浙江瑞安325200;2.中国电力科学研究院，北京100085;3.中国兵器科学研究院，北京 100089）摘要：永磁机构是真空断路器的一种新型驱动机构。
文章论述了永磁机构的原理、性能及其应用，以供企业在选择开关时参考。
关键词：永磁机构；结构原理；应用永磁机构是近几年发展起来的一种新型操作机构，在国内，中压配网系统已有部分应用。
目前，国内大部分供电企业对该机构缺少了解，对其应用存在疑虑，对永磁机构断路器的选型、运行维护缺少经验。
文章从永磁机构的原理、性能和应用方面进行论述，希望为供电企业在选择永磁机构断路器时提供参考。
1 永磁机构的结构和动作原理永磁机构是采用永久磁力保持断路器合分闸位置，用电磁力驱动实现断路器分合闸动作的操作机构。
永磁机构可分为双稳态机构和单稳态机构2种，它们的结构示意图分别见图1、图2。
1—壳体；2—动铁心；3—上端盖；4—上端线圈；5—永久磁铁；6—下端线圈；7—下端盖图1 双稳态永磁机构结构示意图1—壳体；2—动铁心；3—上端盖；4—永久磁铁；5—线圈；6—下端盖；7—弹簧图2 单稳态永磁机构结构示意图现以双稳态永磁机构为例说明其动作原理。
永久磁铁的磁场从N极出发，进入动铁心，分别穿入上下端盖，经上下端盖进入壳体，再回到磁铁S极，形成闭合磁路。
在分闸位置时，由于动铁心与上端盖之间有一段气隙，磁阻很大，所以经过上端盖的磁路强度远远小于经过下端盖的磁路强度，动铁心被吸于下端盖。
进行合闸操作时，给上下绕组加正向直流电流，产生的电磁场见图3。
该磁场削弱经过下端盖的永久磁铁磁场，加强经过上端盖的永久磁铁磁场，磁力推动动铁心向上运动，吸于上端盖。
进行分闸操作时，给上下绕组加反向直流电流，产生的电磁场见图4。
该磁场削弱经过上端盖的永久磁铁磁场，加强经过下端盖的永久磁铁磁场，磁力推动动铁心向下运动，吸于下端盖。
图3 分闸位置及合闸操作磁路示意图图4 分闸操作磁路示意图单稳态机构合闸操作时给绕组加正向直流电流，动铁心受磁力作用向上运动，吸于上端盖。
永磁机构
永磁机构 >> 单稳态永磁机构
永磁机构分为单稳态和双稳态两中，内设分闸弹簧，使手动分闸时保证了分闸速度，增加了断
路器运行的可靠性；弹簧机构为快速机构，储能
完毕直接合闸，简化了机构和零部件使动作更加
可靠。
永磁机构由动铁心、定铁心、永久磁铁、
线圈、
驱动轴五部分组成。
单稳态永磁机构型号：HRYC-DI-D
*适用于12KV户内、户外真空断路器做
合分闸
*主要技术参数：
额定电压：100-220V AC/DC
控制电源侧电流：≤5A
电容器充电电源：≤5A
额定合闸电流：≤80A
合闸行程：15-26mm
机械寿命：100000次
单稳态永磁机构型号：XRYC-DII-D
*适用于40.5KV户内、户外真
空断路器做合分闸
*主要技术参数：
额定电压：100-220V
AC/DC
控制电源侧电流：≤8A
电容器充电电源：≤8A
额定合闸电流：≤160A
合闸行程：20-35mm
机械寿命：100000次。
真空断路器结构介绍
真空断路器结构介绍开关主体是真空断路器的主要组成部分，它由外壳、固定触头、活动触头、触头驱动装置等构成。
外壳通常采用绝缘材料制成，以确保断路器的绝缘性能。
固定触头和活动触头是断路器的主触头组件，它们通过触头驱动装置实现闭合和断开操作。
真空开断室是真空断路器的核心部分，它由开断间隙、固定触头盘、活动触头盘以及真空封闭室等构成。
开断间隙是真空开断室中最重要的部件，它采用真空介质填充，用于隔离和断开电流。
固定触头盘和活动触头盘分别安装在开断间隙两侧，通过操作机构的驱动，使得触头盘之间的开断间隙得以闭合或断开。
弧室位于真空开断室前端，用于收容并消除开断时产生的电弧。
弧室通常采用特殊的设计和材质，能够承受高温高压环境，并采取一系列措施将电弧扑灭和冷却，保证断路器的正常运行和使用寿命。
操作机构是真空断路器的控制部分，它由驱动机构、弹簧机构、零位开关等组成。
驱动机构负责将操作信号转化为机械动作，控制断路器的闭合和断开。
弹簧机构通过贮存能量，提供断路器闭合时所需的高速动力。
零位开关用于监测断路器的位置和状态，并提供信号给控制系统。
在真空断路器的工作过程中，当系统中的电流超过设定值时，控制系统会发送信号给操作机构，断路器开始断开电路。
驱动机构通过控制其他部件的运动，使固定触头和活动触头之间的开断间隙闭合，实现断路操作。
同时，弹簧机构提供动力，使闭合动作迅速完成。
电流被切断后，在弧室中产生电弧，通过一系列措施，电弧被扑灭和冷却，确保断路器正常工作。
当需要恢复电路时，控制系统再次发送信号，操作机构使断路器开关分离，恢复电路。
总之，真空断路器是一种通过利用真空介质进行断路和隔离的高压电器设备。
它由开关主体、真空开断室、弧室以及操作机构等组成。
在工作过程中，真空开断室中的真空介质起到隔离和断开电流的作用，弹簧机构和驱动机构提供动力，控制断路器的闭合和断开。
真空断路器具有结构简单、工作可靠、寿命长等特点，在电力系统中发挥着重要的作用。
XGM系列永磁操动机构.
XGM系列永磁操动机构
1、概述：
XGM系列永磁操动机构主要应用于永磁真空断路器中，用于驱动真空灭弧室进行分/合操作。
本机构采用全新的原理和结构，工作时的负载特性与真空灭弧室运动特性相吻合；主要运动部件只有一个，具有高可靠性、寿命长、体积小、驱动力大的特点。
2、类型及主要元件：
永磁操动机构按保持类型分为单稳态和双稳态，按驱动方式分为单线圈和双线圈，按外形分为圆型和方型。
其内部主要由铁心、永磁体、驱动杆、线圈、安装板及辅助零件等组成。
3、工作原理：
铁心通过低磁阻通道所产生强大的磁力，将铁心保持在下端或上端位置，通过电流的合/分闸线圈产生的磁力使铁心上下运动，完成分/合闸。
3.1单稳态：
当在线圈瞬间通电产生磁力作用下，快速分/合闸并靠永磁力保持合闸状态，在储能弹簧的帮助下快速分闸，并保持在分闸的位置上。
3.2双稳态：
在分闸或合闸线圈通电瞬间所产生的磁力作用下，迅速分闸或合闸并靠永磁力保持在合闸或分闸的位置上。
3、主要技术指标：
4、注意事项：
4.1 根据断路器的技术要求，对永磁操动机构进行选型。
4.2 如果发现永磁操动机构使用出现问题，首先检查接线是否有误。
确属操动机构自身问题，请于供方厂家联系处理。
4.3用户不能私自拆卸，否则发生问题，供方不负担任何责任。
5、订货须知：
5.1请明确所需产品型号、数量、安装方式、交货期等。
5.2如有特殊要求也请一并注明。
5.3 也可根据需方产品要求，承接永磁操动机构的设计、制造。
真空断路器用单稳态永磁机构概述
０ 引言
断 路 器 对 电力 系 统 起 着 控 制 、 保 护 、 调 节 的
ａ ｎ ｄ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐｌ ｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ ｐｌ ｙ ｅ ｘ ｐｌ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． ｈ ｅ Ｔ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｐｒ ｏ ｓ ｐｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ．
、 ｂ ｌ ＿ ３ ５ Ｎ ｏ ． １ ０ ２ ０ １ ５ ． １ ０
船 电技 术Ｉ 应用研究
真 空 断路器 用 单稳 态永 磁 机构 概述
贺 天元 ，刘仲 晔
（ 海 军 驻 湖 南 地 区 军 事 代 表 室 ，湖 南 湘 潭 ４ １ １ １ ０ １ ）
摘
要 ：本文 对 单稳态 永 磁机 构与 传统 机 构 以及双 稳态 永磁 机 构的特 点进 行 了对 比，对其 结构 与 工作 原理
作中动铁芯运动 时所需能量 的一 部分，并利用永 久 磁 铁 的磁 力 或 弹 簧 力 将 断 路器 保 持在 合 闸位 置 或 者 分 闸位 置 ，无 需 传 统 的机 械 脱 、锁 扣 装 置 。 与 传 统 的 电磁 、 弹 簧 操 动机 构相 比 ，永 磁 结 构 有
着 以下 优 点 ：
（ Ｎａ ｖ ａ ｌ Ｒｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ Ｏｆ ｉｃ ｆ ｅ ｉ ｎ Ｈｕ ｎ ａ ｎ， Ｘｉ ａ ｎ ｇ ｔ ａ ｎ ４ １ １ １ ０ １ ， Ｈｕ ｎ ａ ｎ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
单双稳态永磁机构概括性对比
双稳态永磁机构其优点表现在：
1.由于机构在进行合闸时，不需给分闸提供能量，合闸能量较小，合闸
线圈线径较细，需要的电源电流小。
2.机构在合闸位置时，永久磁铁只需提供克服触头弹簧的力，而不包括
分闸弹簧的力且分闸过程中，由于工作气隙越来越小，激磁电流所产生的力越来越大，永久磁铁对分闸速度由原来的阻碍作用转变为推动作用，断路器分闸速度快。
3.合分闸速度可以通过驱动器励磁电流控制。
4.永磁机构无退磁风险。
单稳态永磁机构不足主要表现为：
1.机构在合闸过程中，需要给分闸弹簧储能，合闸时能量较大，操作线
圈的电流较大，线径粗，要求电源提供的电流较大。
2.在相同的传动机构条件下，单稳态所需要的机构保持力要比双稳态大。
3.断路器在合闸位置时，反力为触头弹簧与分闸弹簧的力之和，所需的
合闸保持力较大，永久磁铁应提供较大的力，永久磁铁的体积较大。
4.分闸靠分闸弹簧驱动，分闸速度不可控。
5.分闸所通电流磁场方向与永磁铁反向，因此，永磁铁有退磁风险。
10kv真空断路器永磁机构工作原理
10kV真空断路器永磁机构工作原理一、概述10kV真空断路器是电力系统中常用的一种开关设备，用于在电路中断开或闭合电流，以保护电力设备和电网的安全运行。
在10kV真空断路器中，常采用永磁机构作为控制和操作装置，本文将介绍10kV 真空断路器永磁机构的工作原理。
二、永磁机构的作用10kV真空断路器中的永磁机构主要起到控制和操作断路器的作用。
其主要功能包括：1. 断路器的开启和闭合控制：永磁机构通过施加磁场来控制断路器的触头开闭，从而实现电路的断开和闭合。
2. 断路器的故障保护：永磁机构通过监测电流和电压等参数，可以及时判断电路中是否发生故障，从而保护断路器和电网的安全运行。
三、永磁机构的结构10kV真空断路器永磁机构通常由永磁铁、线圈、触头等部件组成，其中永磁铁是永磁机构的核心部件，其结构如下：1. 永磁铁：是永磁机构的主体部件，通常采用稀土永磁材料制成，具有较强的磁场稳定性和耐高温性能。
2. 线圈：用于控制永磁铁的磁场强度和方向，从而实现对触头的控制。
3. 触头：是断路器开闭控制的关键部件，通过永磁机构的磁场控制触头的状态，从而实现断路器的开闭操作。
四、永磁机构的工作原理10kV真空断路器永磁机构的工作原理主要包括两个方面：磁场产生和触头控制。
1. 磁场产生：当线圈通电时，产生磁场，该磁场作用在永磁铁上，使永磁铁产生磁化，形成较强的磁场。
2. 触头控制：永磁机构的磁场作用在触头上，控制触头的开闭状态。
当线圈通电时，通过改变线圈的电流方向和大小，可以调节磁场的强弱和方向，从而实现对触头的控制。
五、永磁机构的工作过程10kV真空断路器永磁机构的工作过程通常包括触头闭合和触头断开两个阶段。
1. 触头闭合：线圈通电，通过控制磁场的强度和方向，使触头闭合，电路接通。
2. 触头断开：线圈断电，使触头断开，电路断开。
六、永磁机构的应用与发展10kV真空断路器永磁机构由于其结构简单、可靠性高等优点，已经得到了广泛的应用，并在不断发展和完善中。
永磁机构原理介绍
永磁机构原理与性能随着电力系统的技术发展及智能化进程，用户对开关提出了更高的要求，作为开关心脏的真空灭弧室、作为开关动力来源脉的操作机构、作为智能化开关大脑的控制器的长足进步，必将使开关面临一场令人激动的革命，以智能化的永磁真空断路器为代表、将这三者有机的整合，使开关设备的性能达到了前所末有的高度永磁机构结构图：我们的单稳态永磁机构主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、工作线圈、驱动轴五部分组成双稳永磁机构态结构示意图主要由动铁心、定铁心、钕铁硼稀土永久磁铁、合闸线圈、分闸线圈、驱动轴6部分组成驱动轴合闸线永久磁铁动铁芯定铁芯分闸线单稳态永磁机构断路器的工作原理：合闸：•磁场产生的驱动力F磁= B2S/2μ•合闸阻力：分闸簧F分簧=F分簧，在主回路闭合后+F超程簧(=k2X)•合闸运动条件：F磁>F分簧•运动方程 F 磁-F 分簧 -（F 超程簧） =ma •机构闭合后F 磁= B 2S/2μ >F 分簧 +F 超程簧控制器控制外部电路向线圈提供驱动电流，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，随着线圈驱动电流的不断增大，磁场产生的驱动力F=0221 S B 逐渐变大。
当驱动力大于断路器提供的分闸保持力时，动铁心按照牛顿定律: F=ma 向合闸方向运动，并且驱动力随着磁隙的减小而急剧增大，该特点与断路器的机械特性完全吻合，最终将动铁心推到合闸位置。
此时切断线圈电源。
由于铁磁回路已经闭合，磁阻非常小，永磁驱动的磁场力已足以克服断路器的合闸保持力，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程。
永磁机构之前的操作机构依靠机械闭锁，半轴处的材料与扣接量对性能影响很大，目前尚无满意的解决方案。
材质硬；耐磨、易碎，材质软；不易碎、不耐磨，两方面的缺陷部分，都会造成扣接失败，尤其在35KV 的断路器，因为驱动力大、速度高，及操作频繁的场合，机构的可靠性已经使得用户苦不堪言。
由永磁机构原理图显而易见，永磁机构通过平面磁力吸合，从原理上彻底消除了该类问题，大幅度提高了机构的寿命。
永磁机构真空断路器的特点
永磁机构的真空断路器的特点我国中压开关设备最突出的问题就是操作机构可靠性不高和绝缘问题，这方面与发达国家相比有较大的差距。
目前，在发达国家纷纷提出并推出新一代免维护的高压开关产品。
作为中压开关设备中的核心设备——中压真空断路器由于品种、型号众多，特点也是各异的。
从绝缘角度上分——空气绝缘和复合绝缘；从总体结构上分——断路器和机构一体式和分体式；从操动机构上分——电磁机构、弹簧机构和永磁机构；一、目前三种不同操动机构的真空断路器有着各自的主要特点：1、弹簧机构断路器——零部件多、工艺复杂、机械故障高；2、电磁机构断路器——驱动功率大、接触力小、合闸时触头跳动；3、永磁机构断路器——零部件少、结构简单、使用寿命长、低驱动功率；二、永磁永构的定义及其特点1、永磁机构是一种用于真空断路器的永磁保持，电子控制的电磁操作机构。
它克服了传统弹簧机构和电磁机构的不足，将永久磁铁应用于操动机构中，使真空断路器分、合闸位置的保持通过永久磁铁实现，取代传统的锁扣装置。
2、永磁机构的特点是：（1）永久磁铁与分闸、合闸控制线圈结合，解决了合闸时需要大功率能量的问题。
（2）真空灭弧室的动触头靠永久磁铁产生的力通过拐臂、绝缘拉杆使其保持在合闸、分闸位置上，取代机械锁扣方式，仅有几个活动部件，零件总数约为50件左右，耗材少，节能且成本低。
（3）永磁操动机构无需机械锁扣和辅助电器，机械动作的可靠性大大提高，能够实现免维护，开断能力强，安全性提高。
（4）永磁操动机构，永磁力可保证100年不消失，该机构寿命高达10万次，机械寿命至少提高5倍。
（5）真空灭弧室纵向安装在绝缘筒内，即使在恶劣的环境下，仍能保持很高的抗爬电性能及绝缘性能。
三、目前国际上中压真空断路器设计的流派：设计制造领域逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别：1、德国Siemens公司的代表产品有3AH产品，采用空气绝缘方式，其操动机构为弹簧机构。
真空断路器结构介绍(图)
真空断路器结构介绍1.真空断路器结构的基本要求1)机械性能稳定，例如合闸弹跳时间，希望在寿命全程中保持同一状态，不要初期无弹跳，后期则弹跳。
2)足够的机械强度，使断路器本身具有足够的动稳定度。
3)高压区和低压区的分隔，最好是前后布置，有助于保证运行中人员的人身安全。
4)操动机构的检查、调整、维修要有足够空间。
方便。
5)配用机构的可选择性，有的型号可配CD和CT两种机构，有的只能配用一种。
6)结构简单、工作可靠、价格低廉。
7)易于实现防误联锁。
所有真空断路器，不论是何种结构，断路器本体中均装设有分闸拉力弹簧。
合闸过程中操动机构既要提供驱动开关运动的功，又要同时将分闸弹簧贮能。
当需要分闸时，操动机构只需完成脱扣解锁任务，由分闸弹簧释能完成分闸运动。
2.功能部件真空断路器按其结构的功能可分为六个部分：1)支架：安装各功能组件的架体。
2)真空灭弧室：实现电路的关合与开断功能的熄弧元件。
3)导电回路：与灭弧室的动端及静端连接构成电流通道。
4)传动机构：把操动机构的运动传输至灭弧室，实现灭弧室的合、分闸操作。
5)绝缘支撑：绝缘支持件将各功能元件，架接起来满足断路器的绝缘要求。
6)操动机构：断路器合、分间的动力驱动装置3.真空断路器结构简图下图为我公司生产的ZN28A-12型真空断路器的结构图，图一和图二分别为正面和侧面视图。
真空断路器的主要部件及名称说明见标注1-16。
1.开距调整片 16.连接弹簧或电磁操动机构的大轴图一、ZN28A-12型真空断路器外型图(正面)2.触头压力弹簧3.弹簧座4.接触行程调整螺栓5.拐臂6.导向板7.螺钉8.导电夹紧固螺栓9.下支座 10.真空灭弧室 11.真空灭弧室 12.上支座 13.绝缘子固定螺丝 14.绝缘子 15.螺栓16. 连接弹簧或电磁操动机构的大轴图二、ZN28A-12型真空断路器外型图(侧面)4.结构型式真空断路器的类型，可从不同角度来划分，一般情况下主要从以下两个方面划分：1)按使用场所划分--可分为户内式和户外式(见图三、图四)，分别用ZN和ZW来表示。
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真空断路器用单稳态永磁机构概述贺天元;刘仲晔【摘要】本文对单稳态永磁机构与传统机构以及双稳态永磁机构的特点进行了对比,对其结构与工作原理进行了简单说明,并对其发展前景进行了简要探讨.%This paper compares monostable PMA to traditional actuator and bi-stable PMA. The structure and working principle is simply explained. The development prospect is also discussed.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2015(035)010【总页数】4页(P41-44)【关键词】单稳态永磁机构;结构;改进;智能化【作者】贺天元;刘仲晔【作者单位】海军驻湖南地区军事代表室,湖南湘潭 411101;海军驻湖南地区军事代表室,湖南湘潭 411101【正文语种】中文【中图分类】TM464断路器对电力系统起着控制、保护、调节的作用，其能否正常、可靠地工作直接维系着整个系统的安全与稳定。
其中断路器的机械结构是决定其性能的核心部分，从国际、国内对断路器的故障统计数字来看,机械故障占总故障的70%，所以世界各地研究人员一直在努力尝试改进断路器的结构，以使其具有更高的性能与可靠性。
真空断路器的结构在发展过程中大约经历了电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构三个阶段。
在早期使用的电磁操动机构中，当断路器合闸时，电磁线圈通入电流，电磁铁受到端面的吸力开始逐渐向端面移动，并随着电磁铁与端面的距离越来越近，其所受到吸力也越来越大，这也与断路器所需的机械特性相匹配，但是其需要采用机械锁扣来保持合闸位置，由于在合闸过程中，磁路电感变化较大，其产生的反电动势对合闸线圈中的电流增长产生了很强的阻碍作用，并且这种阻碍作用随着合闸速度的增大而增大，使得需要提供数百安培的直流电流才能完成合闸动作，要求的操作功率很大。
而随后出现的弹簧操动机构则不需要庞大的蓄电池组供电，使用起来比电磁操动机构更为灵活方便，但弹簧机构结构复杂，且需要通过连杆、锁扣和储能来实现操动功能，环节多、动作分散性大、可靠性差。
永磁机构则是近年来发展起来的一种新型断路器操动机构。
这种结构将电磁机构与永久磁铁结合在了一起，利用永磁体的磁能作为分合闸动作中动铁芯运动时所需能量的一部分，并利用永久磁铁的磁力或弹簧力将断路器保持在合闸位置或者分闸位置，无需传统的机械脱、锁扣装置。
与传统的电磁、弹簧操动机构相比，永磁结构有着以下优点：1）结构简单，性能可靠。
永磁机构一般只有动铁芯一个运动部件，相比于弹簧机构的近百个运动部件，大大提升了断路器的可靠性，而且永磁机构利用永久磁铁的磁力或者弹簧的弹簧力来使断路器保持在合闸或者分闸位置，不需要传统断路器所使用的脱、锁扣装置，使整个系统的操作可靠性得到了极大的提升。
2）采用两位式结构。
永磁结构的设计原理就决定了其要么处于合闸位置，要么就处于分闸位置，不会出现处于中间的似合非合状态而造成关合失败。
3）操作耗能少。
在很多场合下，特别是户外、柱上断路器中是以电池作为电源来操作的，所以减少操作耗能，对断路器的性能提升具有重要的意义。
目前永磁机构的主要形式有双稳态和单稳态永磁机构两种，其中单稳态相比于双稳态永磁机构有着以下特点[1]：1）单稳态永磁机构分闸特性更接近于真空断路的机械特性。
2）单稳态永磁机构由于在分闸时要承受永磁体的反向吸力，所以所需的静态分闸保持力更大，不利于断路器的整体尺寸的缩小。
3）单稳态永磁机构的分闸特性不易受电参数的控制。
尽管相对于双稳态永磁机构，单稳态永磁机构有着这样或者那样的缺点，然而由于其分闸特性更为理想，所以也在受到越来越多的关注。
2.1 单稳态永磁机构的结构与工作原理一般永磁机构根据其外形可分为方形结构和圆形结构。
由于圆形机构中的永磁体采用轴对称结构，磁场分布更加均匀，使得在同样满足真空断路器分、合闸速度特性的情况下，圆形操作机构的动铁芯的体积、永磁体的体积、整个机构的体积与总重量都明显小于方形操作机构，而且由于圆形机构在相同电流下产生的磁力更强且动铁芯体积重量较小，所以在分、合闸的过程中，线圈的峰值电流和耗能也相对较小；因此从操作机构本身的性能出发，圆形机构是要优于方形机构的，但方形结构更加灵活，在维持长度不变的情况下，可以在厚度方向进行扩展，以满足断路器机构箱体尺寸的要求，同时方形结构也更利于发展系列化产品[2]。
典型的单稳态永磁机构的剖面图如图1所示。
图中动铁芯处于合闸位置。
处于合闸位置时线圈6中无电流，永磁体在由动、静铁芯提供的低磁阻通道中产生较强的磁场，并产生强大的吸力使动铁芯保持在合闸位置上。
当机构需要分闸时，线圈6中通过一定的电流，使线圈6在动铁芯底部气隙上产生的磁场与永磁体在此处产生的磁场方向相反，使得动铁芯受到的向下的磁吸力减少，当此吸力减少到小于分闸弹簧1向上的拉力时，动铁芯就会在分闸弹簧的拉力下向上移动并经由连接杆8带动触头完成分闸动作。
当机构处于分闸状态时，由于上端盖是非导磁材料，所以永磁体无法为动铁芯提供向上的拉力，此时分闸保持力主要由弹簧的拉力提供。
当机构需要从分闸状态再次进入合闸状态时，给线圈6中通入相反的电流，使得线圈在下部气隙中的产生磁场方向与永磁体在此处产生的磁场方向相同，当线圈与永磁体的合磁场产生的向下的吸力大于弹簧的拉力时，动铁芯便会向下运动，同时给分闸弹簧储能，并再次进入到合闸位置。
由于在合闸过程中还需克服分闸弹簧所产生的拉力，所以合闸电流远大于分闸电流。
3.2 单稳态永磁结构的改进研究单稳态永磁机构之所以受到越来越多的重视，就是因为其分闸特性与断路器负荷特性更匹配，即在刚分点前加速，在刚分点后减速，通过合理的设置弹簧参数比较容易获得较为理想的分闸速度。
然而由于分闸弹簧的存在，其所需的永磁保持力、合闸电流均较大。
有研究人员提出了一种安装两个动铁芯的双动铁芯永磁机构，仿真表明，该结构相比于普通单动铁芯，合闸保持力得到了提高，也即合闸的可靠性增高，同时使刚分速度提升，刚合速度减少，单次分合闸能量显著降低[3]。
也有研究人员提出另一种新颖的设计结构，芯轴与动铁芯不再使用螺栓连接在一起，相互同轴安装后可在轴向进行相对运动。
通过仿真和对物理样机的试验表明，该结构能有效的降低合闸的启动电流，而且该结构特别适用于大开距开关，为单稳态永磁机构进入更高电压领域进行了十分有意义的探索[4]。
另一种思路则是在原有结构的基础上增加合闸线圈的匝数，减少合闸线圈的直径，同样可以在对其他特性影响较小的前提下减少合闸电流[5,6]。
同时文献[5]也指出，应当考虑传动机构设计的不同对所需合闸力大小的影响。
由于永磁机构在运动过程中包含着极其复杂的电、热、磁和机械参量的变化，很难单纯的直接用理论去指导永磁机构的参数设计，采用遗传算法等新兴算法对其进行参数优化设计，也能起到很好的效果[5]。
要使单稳态永磁机构能够顺利的完成分闸、合闸动作，还需要解决三个方面的问题，即电源，分、合闸状态的检测，分、合闸线圈操作单元。
3.1 电源永磁机构断路器及其控制系统能稳定运行的前提是有可靠的电源系统。
电源系统一方面作为分合闸动作的动力源，给分合闸线圈提供瞬时大电流，驱动永磁机构断路器实现分合闸操作；另一方面也作为给控制系统的工作电源，实现断路器状态监测、保护、人机界面显示和通信等功能[7]。
由于要求断路器开合闸速度较快，电源系统需要在较短的时间内为永磁机构的线圈提供较大的脉冲电流。
目前工程上一般可供采用的方案分为两种，一是采用电容器充放电，另一种是采用蓄电池。
这两种方案一般都能满足要求。
但是采用蓄电池的方案需要考虑到诸如充电、放电等问题，而且充电线路及保护线路也较为复杂。
而使用电容器则不需要考虑充电过量的问题，也就不需要精确地控制其充电电流与时间，更易于并联使用，而且理论上电容器的充放电次数是无限的，因此也更不易损坏。
因此从经济性的角度出发，户内永磁机构中的电源设计通常采用电容器放电的方式。
但是对于户外柱上真空断路器，由于现场电源不易解决，一般采用蓄电池等其他方式[8]。
3.2 断路器分合闸状态检测永磁机构断路器必须保证其可靠地处于分闸或者合闸的工作位置，不允许出现中间状态等故障位置，否则可能会造成及其严重的事故。
一旦出现故障位置，应及时报警通知工作人员检修。
同时，为了避免热损耗及电源损耗，在铁心运动到分、合闸位置后，应及时断电。
这些都需要对断路器的分、合闸状态进及时、准确行检测。
传统断路器一般采用触点辅助开关，但由于可能会出现的污染、触头氧化等问题，经常会使触头接触不良，甚至失效。
因此为保证其可靠性，应考虑使用电子开关和非接触式传感器来取代传统的辅助开关[9]。
3.3 分、合闸操作单元单稳态永磁机构的分闸、合闸共用一个线圈，所以需要给线圈通过不同方向的直流电流实现分、合闸，用传统方法开断大容量直流是比较复杂与困难的，可以考虑采用可关断晶闸管（GTO）、MOSFET、IGBT等。
在设计驱动回路时应注意对开关的RC缓冲回路参数采取有效的方法进行优化，否则可能会造成关断时浪涌电压过大，造成器件损坏[10]。
随着电力系统智能化要求的不断提高，人们对断路器的要求也在提高。
断路器应不仅仅有简单的重合闸功能，也应能从配电系统功能优化的角度综合实现诸如馈线监测、馈线保护等新功能。
智能断路器应不仅能实现围绕断路器外围的有关保护、控制、开关量监测、通信等功能，也需要能根据电网信息来对断路器本身的开断或关合动作进行智能控制[11]。
由于传统的电磁操动机构和弹簧式操动机构的重合闸动作是由复杂的机械传动结构实现的，运动时间分散性很大，很难实现对重合闸时间的精确控制。
永磁操动机构的无脱扣、锁扣特点使得其具有高可靠性与免维护性；同时由于其运动部件很少，又使得其动作分散性小，可靠性高，寿命长；以及单稳态永磁结构的机械特性更接近于真空断路器的要求，所以单稳态断路器在实现本身智能控制上有着得天独厚的优势。
断路器的同步控制是断路器智能化的前沿课题，也是核心课题。
同步控制技术是指断路器在控制系统的控制下，在电网电压或电流的指定相位完成电路的断开或闭合。
同步控制包括同步关合和同步分断两方面内容，这项技术不仅可以减小开合操作的涌流和过电压，缩短系统瞬态过程，提高电能质量和系统稳定性，延长电器的使用寿命，而且可以大大提高断路器的分断能力。
一般断路器采用三相一体式结构，即一个永磁机构采用连杆同时带动三个真空灭弧室同时完成三相的分、合闸操作。
但由于三相存在相位差，同时开断最多只能保证一相在理想相位开断。
要实现真正的三相同步控制，就需要对传统结构进行改进，要么继续使用三相一体式结构，但通过对机械传动结构的重新设计，使得三相能以固定的时间间隔依次闭合和开断；要么每相分别配有独立的永磁机构，显然后者的实用性更广，可靠性更高，但同时造价也更加昂贵[12]。