CN201549391U - 重合器的剩磁机构 - Google Patents

Abstract

一种重合器的剩磁机构，包括合闸线圈(1.3)、分闸弹性体(1.5)、磁轭(1.2)、动铁芯(1.6)、和绝缘拉杆(1.8)；所述磁轭(1.2)内围成空腔，空腔内设置合闸线圈(1.3)和动铁芯(1.6)；合闸线圈(1.3)围绕动铁芯(1.6)；绝缘拉杆(1.8)与动铁芯(1.6)连接；分闸弹性体的一端与动铁芯(1.6)连接，另一端设在空腔底部连接；所述磁轭(1.2)的材质是硅钢；磁轭(1.2)的外壁即为本剩磁机构的外壳。本技术方案与同类机构相比性能更加稳定，功耗小，其电子控制装置的使用寿命更长，尤其适用于24kV的重合器。

Description

重合器的剩磁机构

技术领域

本实用新型涉及一种适用于关合真空断路器的操动机构，如频繁操作带各种保护的重合器，特别是一种适用于24kV的重合器的剩磁机构。

背景技术

随着社会经济的发展，10kV的配电网已经难以满足供电要求，采用20kV配电网是电力系统发展的必然趋势。我国目前正投以巨资对20kV配电网进行建设，其中将江苏省部分地区作为试点工程。国内目前20kV户外开关设备短缺，国外设备还没有完全适应我国的相关标准，并且价格比较昂贵，多是以高电压等级进行代替。所以研制出适合我国国情的价格合理、质量过硬、技术先进的20kV户外高压交流真空断路器是十分必要的。

目前，我国国内配电网领域应用较普遍的是永磁操动机构，永磁机构发展至今，可以说，永磁操动技术已经比较成熟了，而且近几年来，由于永磁机构真空断路器具有体积小、重量轻、分合闸速度快、免维护、寿命长、节电、无油不燃化、可靠性高、可以频繁操作等众多优点，已成为我国乃至世界上许多发达国家的中压开关领域的主流，并且凭借永磁机构上述优点以及技术的不断成熟，永磁机构也在向着低压与高压领域发展，目前在国内外也已取得了显著成果。随着永磁机构的应用范围和领域越来越广泛，其瞬时功率大及机械特性控制是难点，控制器较复杂，其启动电容以及电子控制线路的寿命、温度特性是永磁操动机构总体可靠性的“瓶颈”。

中国专利200420092305.1“A角内磁轭永磁机构”，包括由力传导轴、上磁轭盖板、外磁轭套筒、双拍合面动铁芯、A角内磁轭、永久磁体、分闸弹簧、电磁线圈、下磁轭盖板、托板组成的永磁、电磁一体化闭合磁路。A角内磁轭的内环成斜边锥面，其斜边与底平面延长线之间成A角。

中国专利200520025592.9“方形永磁机构外壳平板永磁体的永磁机构”，包括永磁机构壳体、线圈和在永磁机构壳体内设置的动铁芯，永磁机构壳体截面设计为方形，在永磁机构壳体内还设有其截面呈外方内圆的导磁体，在永磁机构壳体与动铁芯之间设有其截面呈外方内圆的导磁体、圆形分闸线圈和合闸线圈，永磁机构壳体与导磁体之间固装有平板式永磁体，在动铁芯上安装有传动杆。

发明内容

为解决以上永磁机构重合器的不足，本实用新型的目的是提出一种用于24kV配电线路的重合器敞开式剩磁机构，具体技术方案如下：

一种重合器的剩磁机构，包括合闸线圈1.3、分闸弹性体1.5、磁轭1.2、动铁芯1.6、和绝缘拉杆1.8；

所述磁轭1.2内围成空腔，空腔内设置合闸线圈1.3和动铁芯1.6；合闸线圈1.3围绕动铁芯1.6；

绝缘拉杆1.8与动铁芯1.6连接；分闸弹性体的一端与动铁芯1.6连接，另一端设在空腔底部连接；

所述磁轭1.2的材质是硅钢；磁轭1.2的外壁即为本剩磁机构的外壳。

多个硅钢片叠加构成磁轭1.2，对应于磁轭1.2的形状，磁轭1.2不同形状位置处的硅钢片形状与磁轭1.2的形状对应；

所述分闸弹性体1.5是弹簧，弹簧的轴向与合闸线圈1.3的轴向相同；

磁轭1.2的空腔顶端设有通孔，大小与动铁芯1.6外形对应；在磁轭1.2与动铁芯1.6的接触处设有永磁材料1.7；所述动铁芯1.6是桶型，所述弹簧设在桶内，一端与桶底连接；桶底中间设有用于绝缘拉杆1.8穿过的通孔；

在桶型动铁芯1.6的开口端与磁轭空腔底部位置对应处垫有相应的导磁体1.4。

在磁轭1.2的顶端设有非导磁端盖1.1；端盖1.1中心位置设有仅用于绝缘拉杆1.8穿出的通孔。

所述磁轭1.2与动铁芯1.6的接触处的永磁材料1.7是铁氧体。

所述磁轭是由硅钢片叠加形成的一个整体，即本机构的导磁回路利用硅钢片叠加而成。现有技术中的永磁机构的导磁回路一般采用电工纯铁、10号钢、20号钢或A3钢。硅钢片的导磁性能是最好的，但由于它本身的机械特性的要求，不可能做成完全封闭的圆筒形和方形，况且叠加的工艺要求较高。为了节约成本，所以没有应用在永磁机构上。本机构打破常规，利用敞开式结构，把硅钢片应用在此机构上，实验结果表明各项机械性能参数优良，尤其体现在分合闸的激磁电流小，这一优势上。

所述动铁芯与磁轭之间的磁性材料是非NeFeB合金材料铁氧体。现有的永磁机构所采用的永磁材料都是用钕铁硼NeFeB，由于其稳定的出力特性被普遍应用；它的缺点是，当它应用在永磁机构上时，自身的磁阻较大，机构动作时需要的激磁电流值较大，对永磁机构的控制器部分要求较高，造成整体的维护费用增加。本机构选用的非钕铁硼(NeFeB)合金材料后，当本机构的合闸线圈通入反向电流时，线圈所产生的磁场与非钕铁硼(NeFeB)合金材料产生的磁场方向相反，该材料会快速退磁，且本身磁阻与钕铁硼相比小一个数量级，所产生的磁阻力减小，从而使机构的动作速度加快，激磁电流值变小。当本机构动作完成后，合闸线圈电流所产生的磁场给该材料反向的充磁足以使动铁芯保持在端部位置。

该剩磁机构重合器的优点包括：

一、机构的整个导磁回路由硅钢片叠加而成，磁损耗及涡流损耗最低，磁通利用率较永磁机构高出30％。

二、机构在两个端部的静态保持力由非NeFeB合金材料提供，其固有的特性使其在操动断路器触头分闸或者合闸时，响应速度更快，分、合闸电流更小，降低了电子控制装置的性能要求，达到了20年免维护。

三、由于本机构没有设置外壳，线圈暴露在空气中，当线圈通入电流时，所产生的热量很容易散发出去，不致使机构线圈过热，使其绝缘性能下降。

以上的优势特点，不仅使本机构本体性能优异，同时由于低能耗的优点，使电子控制器的使用寿命更加长久，同时断路器的本体的绝缘性能得到极大的提高。

综上所述，本技术方案与同类机构相比性能更加稳定，功耗小，其电子控制装置的使用寿命更长，尤其适用于24kV的重合器。

附图说明

图1为本剩磁机构内部结构示意图。

图2为配备本剩磁机构和真空断路器的重合器结构示意图。

图3是铁氧体永磁材料的退磁曲线比较。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

参考附图1，一种应用上述方法设计的重合器的剩磁机构，包括合闸线圈1.3、分闸弹性体1.5、磁轭1.2、动铁芯1.6、和绝缘拉杆1.8；

所述磁轭1.2内围成空腔，空腔内设置合闸线圈1.3和动铁芯1.6；合闸线圈1.3围绕动铁芯1.6；

绝缘拉杆1.8与动铁芯1.6连接；分闸弹性体的一端与动铁芯1.6连接，另一端设在空腔底部连接；

所述磁轭1.2的材质是硅钢；磁轭1.2的外壁即为本剩磁机构的外壳。

多个硅钢片叠加构成磁轭1.2，对应于磁轭1.2的形状，磁轭1.2不同形状位置处的硅钢片形状与磁轭1.2的形状对应；

所述分闸弹性体1.5是弹簧，弹簧的轴向与合闸线圈1.3的轴向相同；

磁轭1.2的空腔顶端设有通孔，大小与动铁芯1.6外形对应；在磁轭1.2与动铁芯1.6的接触处设有永磁材料1.7；所述动铁芯1.6是桶型，所述弹簧设在桶内，一端与桶底连接；桶底中间设有用于绝缘拉杆1.8穿过的通孔；

在桶型动铁芯1.6的开口端与磁轭空腔底部位置对应处垫有相应的导磁体1.4。

在磁轭1.2的顶端设有非导磁端盖1.1；端盖1.1中心位置设有仅用于绝缘拉杆1.8穿出的通孔。

所述磁轭1.2与动铁芯1.6的接触处的永磁材料1.7是铁氧体。

本剩磁机构的应用，如图2，断路器包括2.1剩磁机构、2.2连接拐臂、2.3绝缘支撑、2.4绝缘拉杆、2.5真空灭弧室、2.6上套筒。(由于断路器的结构在现有技术中非常常见，在此不进一步限制本例中的断路器结构了)

本重合器的敞开式剩磁机构的绝缘拉杆1.8并通过拐臂2.2连接断路器的绝缘拉杆2.4，使断路器在分闸与合闸之间转换。工作过程是，控制模块内的合闸电容器向机构线圈注入一个脉冲电流，线圈中的电流使得上磁轭和动铁芯之间的电磁吸力加大，最终克服分闸弹簧力，动铁芯驱动绝缘拉杆及动触头开始运动。当动铁芯一开始运动，此时合闸速度可达1m/s，最佳的合闸速度及出力特性，确保了断路器在合闸时真空灭弧室没有弹跳，而且减少了真空灭弧室重燃的可能性。随着动铁芯和导磁块的间隙减小，磁力进一步加大，动铁芯加速向下运动，此过程中，动铁芯拉动分闸簧，为其储能。此时绝缘拉杆带动拐臂及动触头向合闸位置运动，当到达合闸位置时，线圈电流使磁性材料达到饱和状态，同时切断控制模块发出的线圈电流，非NeFeB合金磁性磁料的剩磁就使动铁芯能够保持在合闸位置。同时在合闸位置时，分闸弹簧已经储能，为下次分闸作好准备。此时拐臂2.2使断路器触头保持在合闸位置(如图2所示)。

当需要进行分闸操作时，控制模块内的分闸电容器向机构合闸线圈注入一个与合闸电流方向相反的电流脉冲，时间为15～20ms。此时电流将会对磁性材料产生部分消磁效应，减小合闸保持力，此时已储能的分闸弹簧的反向力使动铁芯释放并通过拐臂带动动触头迅速向分闸方向运动，最终由分闸弹簧保持在分闸位置。

性能分析：

本机构的整个导磁回路由导磁性能最优异的硅钢片叠加而成，磁损耗及涡流损耗最低，磁通利用率较永磁机构高出30％。以下为关于导磁性能线性化公式，由于硅钢片磁阻R较小，硅钢片作为导体时，所产生的磁压降∑(IN)_c较小，从而使分、合闸线圈产生线圈磁势较小，从而使线圈产生的激磁电流较小。

磁势公式IN＝F＝Φ×R    磁通公式Φ＝BS

磁势方程式 $\mathrm{IN}=\frac{B_{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\δ}}_0}{{\mathrm{\μ}}_0}+\mathrm{\Σ}{\left(\mathrm{IN}\right)}_c+\mathrm{\Σ}{\left(\mathrm{IN}\right)}_{\mathrm{fg}}$

式中，F为吸力(kgf)；B为气隙磁密(G)；S为极面积(cm²)；I为线圈电流；N为线圈匝数；φ为气隙磁通(Mx)；

为工作气隙中磁压降；∑(IN_c)为导体各部分磁压降的总和；∑(IN)_fg为非工作气隙磁压降的总和；线圈磁势IN。如图3，两种永磁材料的退磁曲线，是表征永磁材料磁稳定性曲线。由图可以看出，当给钕铁硼永磁材料施加退磁磁场强度时，由于退磁曲线和磁回复线重合，所以当永磁机构线圈通过反向电流时，电流所产生的退磁磁场强度会使钕铁硼材料的本身的磁性能下降，当停止通入电流时，它的磁性能会恢复到初始值，因此现有的永磁机构都会采用钕铁硼永磁材料，但由于自身的磁阻较大，机构动作时需要的激磁电流值较大，对永磁机构的控制器部分要求较高。整体的维护费用增加。

本方案选用的铁氧体，由图3可知铁氧体永磁材料的退磁曲线的上半部分为直线，当退磁磁场强度不超过拐点K时，回复线与退磁曲线的直线段重合。当退磁磁场强度超过拐点后，它的磁阻会急剧减小，那末线圈产生的电流会急剧减小。线圈所产生的磁场与合金材料产生的磁场方向相反。该材料会快速退磁，且本身磁阻与钕铁硼相比小一个数量级，所产生的磁阻力减小，其固有的特性使其在操动断路器触头分闸或者合闸时，响应速度更快，分、合闸电流更小，降低了电子控制装置的性能要求。

由于本机构没有外壳，机构的合闸线圈暴露在空气中，当线圈通入电流时，所产生的热量很容易散发出去，不致使机构线圈过热，使其绝缘性能下降。

Claims (4)

1.一种重合器的剩磁机构，包括合闸线圈(1.3)、分闸弹性体(1.5)、磁轭(1.2)、动铁芯(1.6)、和绝缘拉杆(1.8)；

所述磁轭(1.2)内围成空腔，空腔内设置合闸线圈(1.3)和动铁芯(1.6)；合闸线圈(1.3)围绕动铁芯(1.6)；

绝缘拉杆(1.8)与动铁芯(1.6)连接；分闸弹性体的一端与动铁芯(1.6)连接，另一端设在空腔底部连接；

其特征是所述磁轭(1.2)的材质是硅钢；磁轭(1.2)的外壁即为本剩磁机构的外壳。

2.根据权利要求1所述的重合器的剩磁机构，其特征是多个硅钢片叠加构成磁轭(1.2)，对应于磁轭(1.2)的形状，磁轭(1.2)不同形状位置处的硅钢片形状与磁轭(1.2)的形状对应；

所述分闸弹性体(1.5)是弹簧，弹簧的轴向与合闸线圈(1.3)的轴向相同；

磁轭(1.2)的空腔顶端设有通孔，大小与动铁芯(1.6)外形对应；在磁轭(1.2)与动铁芯(1.6)的接触处设有永磁材料(1.7)；所述动铁芯(1.6)是桶型，所述弹簧设在桶内，一端与桶底连接；桶底中间设有用于绝缘拉杆(1.8)穿过的通孔；

在桶型动铁芯(1.6)的开口端与磁轭空腔底部位置对应处垫有相应的导磁体(1.4)。

3.根据权利要求2所述的重合器的剩磁机构，其特征是在磁轭(1.2)的顶端设有非导磁端盖(1.1)；端盖(1.1)中心位置设有仅用于绝缘拉杆(1.8)穿出的通孔。

4.根据权利要求3所述的重合器的剩磁机构，其特征是所述磁轭(1.2)与动铁芯(1.6)的接触处的永磁材料(1.7)是铁氧体。

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