摘要：本篇文章通过对操动机构的发展以及永磁操动机构的叙述，详细介绍了永磁操动机构的工作原理、特性、电源与控制技术以及在真空断路器中的应用。
关键词：永磁机构；永磁操动机构；中压真空断路器
引言
自从第一台真空断路器成功问世以来，我国在真空断路器领域上的技术水平也是与日俱增。同时，随着科研力量的进一步加大，在新型材料和触头方面也取得了更大的突破，进一步增强了我们在真空断路器上的开断能力。在电力系统方面，真空断路器越来越多的被用在分配电能和控制电能的开关方面，同时在特定领域上也是占据着主导地位。中压真空断路器的优势就在于其强大的真空开断特性，这项技术大大增强了它的电寿命，同时也大大改善了其机械寿命。但与其同时，真空断路器的配套操动机构的性能和完善性也逐渐成为当今科研人员重点突破的问题。
一、操动机构的发展
在中压真空断路器中，最重要的还是在触头的闭、合动作上。而操动机构就是来完成闭、合这两个动作的。在中压真空断路器工作过程中，操动机构质量的优劣行将直接影响到整个中压真空断路器的安全性能和可靠性。下面介绍的是电磁操动机构和弹簧操动机构的一些优缺点。
一直以来在断路器的闭合开关上应用到的是电磁操动机构。与其他操动机构相比，电磁操动机构拥有结构简单、机械零件数量少、生产成本低，同时在工作过程中也有着较好的稳定性等优点。也正因为电磁操动机构的种种优点，电磁操动机构也更好的满足了真空灭弧室的基本要求。同样，在科学技术还没完全成熟的前提下，电磁操动机构也有着较为明显的弊端，因为电磁操动机构的闭合部位线圈需要消耗较大的功率，这就对用户所配备的供电原件的要求更为严格，也大大增加了用户的消费成本。同时，电磁操动机构在工作过程中也有着较强的冲击力，整个工作过程需要花费更长的时间。因为电磁操动机构的闭合部位触头接触力小，因此，在电磁操动机构运作过程中也会容易引发触头跳动，甚至产生连续的电火花等问题。这些种种迹象都将严重影响中压真空断路器工作的安全性。
而另一种弹簧操动机构是利用交直流电动机对弹簧进行蓄能，然后将弹簧的弹性势能作用与断路器中的闭合开关的操作。这种操作流程的优点是对电源的要求低、冲击力小，同时整个工作过程中开关的闭合速度也很快，也能实现开关闭合之后的自动重合。弹簧电磁机构在一些方面可以说是万全打破了电磁操动机构所遇到的问题。但是，弹簧操动机构也有着一些缺点。例如，在弹簧操动机构的工作过程中需要完全依赖机械传动，并且整个操动机的机械结构也是较为复杂，这就对弹簧操动结构的制作工艺的要求更为严格，相应的，也大大提高了弹簧操动机构的制作成本。如此看来，一种便于运用到真空断路器中的永磁机构也受到越来越多的关注。
二、永磁操动机构
2.1永磁操动机构的工作原理
在永磁操动机构工作过程中，通过给线圈供电，使线圈产生磁场，从而带动闭合开关的工作。当断路器处于断开状态时，永磁操动机构内的线圈无电流经过，此时，装置内的一块永久磁铁会把动铁芯稳定再一定位置上，同时也不会产生其他的机械运动；当装置需要有运动动作时，永磁装置内的线圈将有电流经过，产生磁场，从而在一定时间内完成所需要的机械动作。
正是由于真空断路器中真空灭弧室的开断的有力优势，大大提高了用电寿命，使得真空断路器在近几年迅速发展，被越来越多的民众所接受。在真空断路器中，为了防止因触头行程小，受到强大冲击后断开，因此，在触头接触时会受到更大的压力，同时提高断路器的闭合断开速度。由于真空灭弧室优异的开断性能，大大改善了断路器的机械寿命和用电寿命，在传统的断路器看来，就很难实现较长的使用寿命。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了满足真空断路器的基本驱动要求就需要实现结构简化，以及高性能、高可靠性的机构，而永磁机构的出现就十分恰当的解决了这些问题。
2.2永磁操动机构的特性
永磁操动机构是依靠永久磁块、动铁芯之间形成的磁力，使动铁芯稳定在一定位置上面。断路器在完成闭合动作之前，将听从控制器发出的指令，使线圈内有电流通过，产生的磁力逐渐增强，最终抵消掉永久磁块和动铁芯之间的磁力。使得动铁芯运动到闭合开关的位置后，线圈就会断电，有电流产生的磁力消失，永久磁块会再次将动铁芯稳定在一定位置上。这时，即使去掉电磁的驱动磁力，动铁芯也将保持在该位置上面。在永磁机构工作中，电容器的电场储存的能量带动动铁芯的运动。其工作原理是电容器会被加入一定的电压，再次过程中，会向线圈提供一定的能量，促使产生电流经过，从而转换为磁能储存，磁能再将带动动铁芯运动准换为机械能。在整个过程中除了会受到永磁机构构造的影响，还与线圈回路的参数息息相关。
永磁操动系统除了与负载性能相匹配外，还要满足真空灭弧室对闭合开关速度和特性的要求。其中，闭合开关的时机也是十分重要的，如果闭合时间较短，闭合之前的电流会过短，产生的磁能将不足；而闭合时间过长，电流会过长，长生的磁能也会出现过剩的现象。磁能过剩将严重影响到闭合开关技术的基本要求，与此同时，断路器也会受到很大的冲击，最终影响到断路器的使用寿命。因此，为了满足较为合适的闭合开关的时机，应采用较为精准同时灵敏度高的电子元件，实现最理想的永磁操动机构的机械性能。
2.3永磁操动机构的控制技术
在永磁机构工作的过程中，通过接受控制器的电信号，判断出最终指令从而实现对操动机构的控制。永磁机构的电源主要采用两种方式。一种是电容器对闭合开关线圈的放电方式，其优点是可以在很宽的电源范围内进行正常工作。另一种是在一些特定环境内，使用直流电源。其优点是工作状态稳定，很少出现机械故障，只要满足电源输出正常功率，永磁机构就可以正常稳定地工作。
永磁机构在中压真空断路器中应用的方式大致可分为电气控制、电子控制、微机控制。永磁机构在工作过程中，通过机构装置本身的光纤接口接受电信号，然后根据自身设置判断出闭合开关的命令。随着科研技术的不断突破，现如今电力电子开关也万全取代了之前的触电开关。现在的电力电子开关还融合了现代智能化功能，实现电子监控，最大限度地保障了用户用电的安全性，大大提升了永磁机构的优良性能。在国内，一些科研机构通过和人工智能技术的结合，实现了智能控制的电子驱动装置。这种装置不仅实现了电流过大、欠压情况下的开关是否闭合的故障检测，同时还大大改善了断路器的闭合动作的性能。
三、永磁机构断路器的发展前景
近年来随着电力系统改革的进一步完善，国家电网也已经发展为更为民众所接受的客户服务性质的公益性企业，如此一来，在广大用户追求安全的前提下，企业对于断路器开关的设备要求也是越来越高。伴随着新一代断路器产品的研发成功，科研机构的研究成果也为广大电网用户提供了更多项选择的机会。在永磁机构和真空灭弧室的完美配合下，也将引发新的断路器的研究命题，而更高性能的免维护开关产品的问世也将成为断路器开关的主流方向。
结束语
本文介绍了永磁操动机构的工 作原理，分析了永磁操动机构的特性，并探 讨了在中压真空断路器的应用。最后指出了永磁机构与中压真空断路器的发展方向。
参考文献:
[1]杜永福.永磁操动机构在中压真空断路器上的应用[J].科技资讯,2010.
[2]周丽洁.永磁机构在中压真空断路器中的应用[J].华电技术,2008.
[3]苏勇.永磁操动机构的特性及在中压真空断路器上的应用[J].湖北电力,2007.
论文作者:吴建荣
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
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