触头为真空断路器最为重要的元件，它基本上决定了断路器的开断能力和电气寿命。真空断路器的开断能力通常取决于触头直径，并且与其呈线性关系。它多用于真空接触器。这种结构的触头广泛用于大容量真空灭弧室，其开断能力可高达40～60 kA。......
2023-06-30
永磁机构和真空断路器的原理和应用
【摘要】：永磁机构已接近于这种操动机构了。永磁机构的机械寿命已超过了多数断路器用真空灭弧室的机械寿命。传统的电磁操动机构的出力特性与真空断路器的反力特性能很好匹配。经过凸轮轮廓曲线的合理设计和连杆的适当配置，弹簧操动机构的出力也能与真空断路器的反力较好地匹配。正是弹簧操动机构的这些优点，它正在逐步取代电磁操动机构，成为真空断路器用的主流操动机构。
IEC标准和国家标准对“设计成在其预期的使用期间，主回路中开断用的零件不需要维护，其他零件只需要很少维修”的一种断路器定义为“E2级少维护断路器”，国际上也统称为“免（少）维护断路器”。尽管实现免维护功能需要从产品整体设计、制造入手，全方位综合考虑，但毫无疑问首要解决的问题是提高机械可靠性，或者说机械上的高可靠是“免维护”的基础。由于永磁机构是通过将电磁机构与永久磁铁特殊结合来实现传统断路器机构的全部功能，其结构上与传统机构的最大区别在于无需脱、锁扣装置即可实现机构终端位置的保持功能，零部件数目大大减少，因此必将大大提高断路器的机械可靠性。
多年来真空断路器一直在努力追求着一种完美的操动机构：一种结构简单，寿命特别长，可靠性特别高，可以用小功率交流电源操作，出力特性与真空断路器的反力特性很好匹配，能给出不大的合闸速度和较高的分闸速度的操动机构。永磁机构已接近于这种操动机构了。永磁机构的机械寿命已超过了多数断路器用真空灭弧室的机械寿命。永磁机构的可靠性是理想的，永磁机构的结构非常简单，永磁机构可以用小功率交流电源操作。这些均很好地满足了真空断路器的要求。
真空断路器的反力特性与油断路器、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需要很小的驱动力，一旦触头闭合，就需要很大的驱动力来压缩触头弹簧以获得足够的触头压力。因此真空断路器的反力特性在触头接触瞬间有一个大幅度的正向突变。12kV真空断路器合闸终了时的触头反力常常超过104N，而真空断路器所要求的平均合闸速度并不大，为0.6～0.8m/s。合闸速度太高容易引起触头合闸弹跳，是人们不希望的。分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（刚分速度）。
传统的电磁操动机构的出力特性与真空断路器的反力特性能很好匹配。在合闸过程中，随着动铁心的运动，空气隙减小，吸力增大，动静铁心吸合时可产生很大的吸力。在分闸时静铁心不参予分闸运动，操动机构基本上不增加运动系统的运动惯量，便于提高刚分速度。传统的电磁机构的最大缺点是操作电流大，使用不方便。
弹簧操动机构是依靠弹簧储存能量的释放使断路器合闸的。弹簧释能时总是一开始出力大，以后逐渐减小，这与真空断路器的反力正好相反。为了使其与真空断路器的反力特性匹配，通常要通过凸轮和连杆的转换。经过凸轮轮廓曲线的合理设计和连杆的适当配置，弹簧操动机构的出力也能与真空断路器的反力较好地匹配。在分闸时操动机构只有很少零部件参与分闸运动，操动机构使运动系统的运动惯量增加得不多，便于提高刚分速度。弹簧操动机构可以用小交流电源进行交流操作。机构寿命已能达30000次以上。正是弹簧操动机构的这些优点，它正在逐步取代电磁操动机构，成为真空断路器用的主流操动机构。但弹簧操动机构的结构复杂，可靠性不容易达到免维护的要求。
永磁机构的合闸特性在合闸的开始阶段与电磁操动机构一样，在合闸的最后阶段，由于永磁体的吸力，使吸合力上升得更快，因而永磁机构的合闸特性与真空断路器配合得比传统的电磁操动机构更好。在分闸特性方面因动铁心参与分闸运动，使分闸时运动系统的运动惯量明显增大，对提高刚分速度很不利。此外永磁体的吸力在分闸过程中也起着阻碍分闸的作用，也对提高分闸速度不利。在这方面永磁操动机构不如电磁操动机构和弹簧操动机构，这也许是永磁操动机构惟一不尽如人意的地方。
由于永磁机构有着绝大部分真空断路器所迫切需要的功能，非常适用于真空断路器，它的应用前景是非常广阔的。
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