（电机与电器专业论文）永磁操动机构设计分析方法与应用研究.pdf

东南大学博士学位论文 较了弹簧操动机构和本文开发的永磁操动机构的框架断路器的分合闸时间，给出了对比结果。 试验结果表明，永磁操动机构具有比弹簧操动机构体积小、动作时间快等优点。 【关键词】：永磁操动机构，电磁设计，低压电器，永磁接触器，永磁框架断路器，动态特性， 多体软件联合仿真 i i a b s t r a c t p e r m a n e n tm a g n e ta c t u a t o r ( p m a ) i san e wt y p eo fa c t u a t o rc o m b i n i n gp e r m a n e n t m a g n e ta n de l e c t r o m a g n e t i tc a l lb ew i d e l yu s e di na e r o n a u t i c s ，a u t o m o b i l e ，e l e c t r i c a l a p p a r a t u se t c ，t os u b s t i t u t et h ec o n v e n t i o n a le l e c t r o m a g n e t i ca c t u a t o ra n dt oi n c r e a s et h e r e l i a b i l i t yo fc o n t r o ls y s t e m w i t ht h ed e v e l o p m e n to fp e r m a n e n tm a g n e tc h a r a c t e r i s t i ca n d i n t e l l i g e n tc o n t r o lt e c h n o l o g y , p m at e n d st oh i g hp o w e rd e n s i t y , m i n i m i z a t i o na n di n t e l l i g e n t d i r e c t i o n r e s e a r c ho np m ad e s i g na n a l y s i sm e t h o da n di t s a p p l i c a t i o n si nl o wv o l t a g e a p p a r a t u sw i l lh a v ev a s ti m p a c t so nb o t ht h e o r e t i c a le n d e a v o r sa n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o n s t h et h e s i sd e p i c t st h ew o r kp r i n c i p l eo fp m a sw i mm o n o s t a b l e ，b i - s t a b l ea n ds e p a r a t e d m a g n e t i cc i r c u i tr e s p e c t i v e l y , a n dp r o p o s e st h e i re q u i v a l e n tm a g n e t i cc i r c u i ta n a l y s i s a t h o r o u g hr e s e a r c hi st a k e no ne l e c t r o m a g n e t i cs t r u c t u r e ，m o d e lc h o i c ea n de l e c t r o m a g n e t i c s y s t e md e s i g nt h e o r ya n da n a l y s i sm e t h o do fm o n o - s t a b l ea n db i - s t a b l ep m a s t h ed e t a i l e d d e s i g nm e t h o da n ds t e p so fm o n o s t a b l ep 队a r ep r o p o s e d i n c l u d i n ge l e c t r o m a g n e t i ca n d s t r u c t u r ed e s i g n an e wt y p eo fa s y m m e t r i c a lb i - s t a b l ep m ai s p r o p o s e da n di t ss t r u c t u r e p a r a m e t e r sd e s i g ni sr e s e a r c h e d t h ef a c t o r sa f f e c t i n gs t a t i ca t t r a c t i o nf o r c ea r ed i s c u s s e d b a s e do nt h e s ee f f o r t s ，a ne f f e c t i v eo p t i m i z a t i o nd e s i g nm e t h o di sp r o v i d e d t h ee l e c t r o m a g n e t i cr e p u l s i o nf o r c eb e t w e e ne o n t a c t o r sh a sad i r e c t e f f e c to nt h e s t r u c t u r ep a r a m e t e r so fp m a 3 df i n i t ee l e m e n tm e t h o d ( f e m ) i se m p l o y e dt oc a l c u l a t e c o n t a c t o r se l e c t r o m a g n e t i cr e p u l s i o nf o r c eo ft h em o n o b r a n c ha n dp a r a l l e lb r a n c h e s t h e e f f e c tf a c t o r so nr e p u l s i o nf o r c ea r ei n v e s t i g a t e da b o u tp a r a l l e lb r a n c h t h es t a t i ca n d d y n a m i cp e r f o r m a n c e ss i m u l a t i o nm e t h o d sa r er e s e a r c h e di nd e t a i l t h et w om e t h o d so f m a x w e l ls t r e s st e n s o ra n dv i r t u a lw o r kp r i n c i p l ea r ea p p l i e dt oc a l c u l a t ee l e c t r o m a g n e t i c f o r c eb yu s i n gf e m ，i nw h i c had i r e c td i s c r e f i z a t i o nm e t h o do fp e r m a n e n tm a g n e ti s p r o p o s e d t h et h r e es i m u l a t i o nm e t h o d sf o rd y n a m i cp e r f o r m a n c ea r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n g r u n g a - k u t t am e t h o d ，d i r e c tc o u p l i n gv a r i a b l e sm e t h o da n dm u l t i s o f t w a r ec o s i m u l a t i o n m e t h o d a sat y p i c a la p p l i c a t i o nt h ed o u b l ee t y p em o n o s t a b l ep m a i sa p p l i e dt oc o n t a c t o r b y t a k i n g6 3 a c o n t a c t o ra st h er e s e a r c ho b j e c t ，t h em a g n e t i cf i e l do f t y p i c a ld i s p l a c e m e n t so ft h e p m ai s a n a l y z e da n dt h ep e r m a n e n tm a g n e ta t t r a c t i o nf o r c ei sc a l c u l a t e db yf e m s i m u l t a n e o u s l y , t h ec o r r e s p o n d i n ge x p e r i m e n ti sc a r d e do u t 1 1 1 ec o n t r o lc i r c u i tu n i ti s d e s i g n e df o rt h ep e r m a n e n tm a g n e tc o n t a c t o ra c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n to f c o n t a c t o r 1 1 1 ec h a r g ea n dd i s c h a r g ep r o c e s s e so ft h ec a p a c i t o ru s e di nt h ec o n t r o lu n i ta r e s i m u l a t e da n dt e s t e d n em a k i n gd y n a m i cp e r f o r m a n c ei si n v e s t i g a t e di nc a s eo ff u l l b r i d g e r e c t i f i e dc i r c u i ta n dt h es i m u l a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e du s i n gm a t l a bs o f t w a r eb a s e do n t h em o d e ls t r u c t u r ea n dd y n a m i cp e r f o r m a n c ee q u a t i o n s t a k i n gi n t oa c c o u n tf e r r o m a g n e t t t i 銮堕奎堂堡圭兰篁笙塞 n o n l i n e a r i t y , t h ee f f e c to fp e r m a n e n tm a g n e ta r r a n g e m e n t so nd y n a m i cp e r f o r m a n c ei s r e s e a r c h e db a s e do n3 df e m t h ec u r r e n td e n s i t yi so b t a i n e db yc o u p l i n gv o l t a g et ot h e i r r e g u l a rc o i la n dt h e na p p l i e dt ot h ec o i lt os o l v et h em a g n e t i cf i e l d a g r e e m e n tb e t w e e n s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n tr e s u l t sv e r i f i e st h a ts i m u l a t i o nm o d e li sc o r r e c ta n dt h ed e s i g n a n a l y s i sm e t h o di se f f e c t i v e n l er e s e a r c hw o r ko np e r m a n e n tm a g n e tc o n t a c t o rl a y s n e c e s s a r yt h e o r ya n dt e c h n o l o g yf o u n d a t i o nf o rp m aa p p l i c a t o ni nc o n t a c t o r t h ea p p l i c a t i o no fp m at 0a i rc i r c u i tb r e a k e ri sa l s or e s e a r c h e dd e e p l y an e wc o n t r o l m e t h o di sp r o p o s e df o rt h ea s y m m e t r i c a lb i s t a b l ep m a 1 1 舱d y n a m i cs i m u l a t i o nm o d e li s s e tu pb yc o u p l i n gw i t hm e c h a n i c s ，m a g n e t i cf i e l da n dc i r c u i te q u a t i o nu s i n gc o - s i m u l a t i o n m e t h o d t h ec o n t r o lc i r c u i ti sb u i l ti nm 忪t l a b s i m u l i n k t h em e c h a n i c a ls y s t e mi sd o n ei n a d a m ss o f t w a r ea n dt h ee l e c t r o m a g n e t i cf o r c ei so b t a i n e db vf e m t h ef u us i m u l a t i o n s y s t e mi sb u i l tb ys e t t i n gs w i t c h i n gt i m et of u l f i l lt h em a k i n ga n db r e a k i n go p e r a t i o n s 1 1 1 e e f f e c to ft h ec a p a c i t o ru s e di nt h ec o n t r o lu n i to nt h ed y n a m i cp e r f o r m a n c ei sd i s c u s s e d t h e p r o t o t y p ei sm a n u f a c t u r e da n di t se x p e r i m e n t a lm e a s u r e m e n ti sc a r r i e do u t f i n a l l y , t h e m a k i n ga n db r e a k i n gt i m eo fa i rc i r c u i tb r e a k e ra r ec o m p a r e db e t w e e nt h ec o n v e n t i o n a l s p r i n ga c t u a t o ra n dp m a t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tp m ah a st h ea d v a n t a g e so f s m a l l e rv o l u m ea n df a s t e rr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c c o m p a r e dw i t ht h ec o n v e n t i o n a ls p r i n g a c t u a t o r 【k e yw o r d s p m a ，e l e c t r o - m a g n e td e s i g n , l o wv o l t a g ea p p a r a t u s ，p e r m a n e n tm a g n e t c o n t a c t o r , p e r m a n e n tm a g n e ta i rc i r c u i tb r e a k e r , d y n a m i cp e r f o r m a n c e ，m u l t i p l es o f t w a r e c o s i m u l a t i o n i v 东南大学博士学位论文 图表目录 图1 1 单稳态永磁操动机构5 图1 - 2 提高刚分速度的单线圈单稳态永磁操动机构5 图1 3 双稳态永磁操动机构6 图1 - 4 动子永磁型双稳态永磁操动机构7 图1 5 分离磁路永磁操动机构7 图1 - 6 具有并联磁路永磁操动机构7 图1 7 动铁永磁直线型永磁操动机构8 图1 8 静铁永磁直线型永磁操动机构9 图1 - 9 有源磁悬浮型机构9 图1 1 0 横向磁通永磁操动机构9 图2 1 单稳态永磁操动机构工作原理图”1 3 图2 2 双稳态永磁操动机构工作原理图l5 图2 3 分离磁路永磁操动机构工作原理图1 6 图2 - 4 单稳态合闸合成等效磁路图- - - 。17 图2 5 单稳态永磁操动机构分闸过程等效磁路图1 8 图2 - 6 双稳态永磁操动机构等效磁路图19 图2 7 分闸过程等效磁路图。2 1 图2 8 合闸过程等效磁路图2 2 图3 1 单稳态双e 型永磁操动机构示意图。2 5 图3 2 单稳态双e 型永磁操动机构样机2 8 图3 3 永磁力与弹簧反力的配合示意图2 9 图3 _ 4 非对称双稳态永磁操动机构结构示意图”2 9 图3 5 动铁心结构示意图3 0 图3 - 6 永磁体结构示意图“3 0 图3 7 端盖孔径变化对静态保持力的影响”3 2 图3 8 上端盖厚度变化对静态保持力的影响3 3 图3 - 9 止口厚度变化对静态保持力的影响3 3 图3 10 永磁体位置变化对静态保持力的影响3 3 图3 1 1 永磁体厚度变化对静态保持力的影响3 4 图3 1 2 样机实物图3 5 图4 1 永磁操动机构与触头配合。3 7 图4 2 触头模型”3 8 图4 3 接触器触头触点实物图3 8 图4 - 4 接触点接触模型3 8 图4 5 触头1 4 剖分网格3 9 图4 _ 6 电流密度分布3 9 图4 7 电流变化时电动斥力变化趋势3 9 图4 8 导电斑点距离中心距离l 与电动斥力的关系4 0 图4 9 导电桥半径变化对电动斥力影响4 0 图4 1 0 导电桥高度变化对电动斥力的影响4 0 图4 11 触点电流密度分布4 1 v i i i 图4 1 2 导电桥数目变化对计算电动斥力的影响4 2 图4 13 触头1 4 模型”4 2 图4 1 4 触头网格剖分”4 2 图4 1 5 触头电流密度分布4 3 图4 16 单片静触头电流密度分布4 3 图4 1 7 触头磁场分布图4 3 图4 1 8 不同编号静触头电动斥力比较4 4 图4 19 并联支路触头4 5 图5 1 合闸线圈加电流虚功位移法和麦克斯韦法电磁力比较5 2 图5 2 分闸线圈加电流虚功位移法和麦克斯韦法电磁力比较5 2 图5 3 仿真软件数据交换原理5 4 图5 - 4a d a m s 与a n s y s 联合仿真5 5 图5 5a d a m s 与控制软件联合仿真5 6 图5 - 6a d a m s 输入输出5 6 图5 7m a x w e l l 与s i m p i o r e r 场路耦合仿真”5 7 图6 1 永磁接触器操动机构模型5 9 图6 - 2 有限元网格剖分6 0 图6 3 永磁体作用下的磁场分布”6 l 图6 4 永磁体与电流共同作片j 的磁场分布”6 1 图6 - 5 永磁吸力与弹簧力的配合6 2 图6 - 6 永磁接触器控制电路原理图6 2 图6 7 充放电示意图6 3 图6 8 控制原理仿真“6 3 图6 9 电容充放电过程电流仿真与实验波形6 4 图6 10 永磁接触器样机实物图6 4 图6 11 主电路原理图“6 5 图6 12 电压平衡子模型“6 6 图6 1 3 机械运动子模型”6 7 图6 1 4 系统仿真模型”6 7 图6 1 5 l ，x i 关系曲线一6 8 图6 1 6 仿真曲线6 9 图6 1 7 不同相位开通角下的合闸末速度和合闸时间6 9 图6 1 8 电压变化时合闸末速度比较6 9 图6 1 9 矽= 9 0 0 ，1 2 0 0 , 1 5 0 0 仿真计算值与测量值对比”7 0 图6 2 0 俨1 2 0 0 测量波形7 0 图6 2 l 机构模型及永磁体的两种安装位置7 l 图6 2 2 机构1 4 有限元剖分7 2 图6 2 3 加载不同电流时的磁场分布7 2 图6 2 4 合闸过程受力计算对比7 3 图6 2 5 分闸过程受力计算对比7 4 图6 2 6 合分过程位移时间仿真曲线“7 5 图6 2 7 合闸过程位移时间曲线“7 5 图6 2 8 分闸过程位移时间曲线”7 6 图7 1 双稳态永磁操动机构与传动系统装配7 7 图7 2 控制原理图7 8 图7 - 3 控制电路图7 9 i x 东南大学博士学位论文 图7 - 4 永磁体单独作用磁力线分布8 0 图7 5 线圈有电流作用时的磁力线分布8 0 图7 6 分合闸线圈自感8 2 图7 7 合闸时互感m ，”8 2 图7 8 分闸时分合闸线圈自感8 3 图7 - 9 分闸时分合闸线圈互感m ，8 3 图7 - 1 0 分合闸线圈匝链的永磁磁链8 4 图7 1l 合闸线圈电压平衡子模型8 7 图7 12 电压平衡子模型8 7 图7 1 3 系统仿真模型”8 8 图7 1 4 仿真界面示意图8 8 图7 1 5 动铁心所受电磁力一时间与位移一时问曲线8 9 图7 16 分合闸线圈电流”8 9 图7 1 7 分合闸电容电压曲线9 0 图7 18 动触头位移、速度与动铁心速度曲线9 0 图7 1 9 分闸过程分闸线圈电压平衡子模型9 l 图7 2 0 合分闸全过程仿真系统9 l 图7 2i 合分闸全过程动铁心所受电磁力9 2 图7 2 2 合分闸全过程动铁心位移9 2 图7 2 3 分闸过程分合闸线圈电流9 2 图7 2 4 分闸过程分合闸电容电压9 2 图7 2 5 合分闸过程动铁心和动触头速度9 3 图7 2 6 合闸时分闸线圈电容对合闸过程动态特性影响9 3 图7 2 7 分闸时合闸线圈电容对分闸过程动态特性影响曲线9 4 图7 2 8 样机、控制系统及激光测试仪9 4 图7 2 9 合分过程测试曲线9 5 图7 3 0 分闸过程分闸线圈的电流曲线和电容电压曲线9 5 图7 31 配弹簧机构和永磁操动机构低压框架断路器对比图9 6 图7 3 2 配弹簧操动机构低压框架断路器合分闸过程位移测量曲线9 6 表3 1 操动机构样机尺寸参数2 8 表3 2 机构材质及线圈参数2 8 表3 3 样机尺寸参数3 4 表4 1 计算条件3 9 表4 2 闭合状态静触头片所受电动斥力”4 4 表6 1 静态保持力的计算和测量结果”6 1 表7 1 永磁操动机构电磁参数”8 1 x 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 日期丝生! z 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被杏阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 躲鸿牌名：獬期： 第l 章绪论 1 1 课题的背景和意义 第1 章绪论 随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对电力需求量愈来愈多， 对供电的可靠性、安全性以及供电设备的节能环保效果提出了新的更高要求。有力地促进了大 容量水电站，火电站和原子能电站的加速建设。为了就近取得一次能源或是由于环境保护的要 求，这些大容量的电站往往离开负荷中。t ：q l 曼远。要把强大的电能通过输电线路输送到负荷中心， 除了发电机、变压器与输电线路等之外，还需要有各种的电器开关来实现关合、开断、保护、 控制、调节、量测作用功能。电器开关主要由操动机构来推动触头来完成分合闸操作，这些操 动机构包括液压操动机构、气压操动机构、弹簧操动机构，其机械结构设计复杂；或电磁操动 机构，线圈庞大，耗能易烧毁。虽然在过去的几十年内，电器开关无论是高压、中压还是低压， 新的绝缘材料不断更新换代，但操动机构一直未能得到大的发展。事实上，绝大多数电力系统 故障是由操动机构机械故障引起的。传统的操动机构受其本身特点的限制，难以简化。随着电 力需求的增加，对电力设备功能的要求也不断提高，传统的机械操动机构在功能的扩展上也具 有很大的局限性。 为解决由传统操动机构引起的上述问题，急需开发新型的操动机构，以满足电力发展对电 器开关功能的要求。将永磁和电磁结合起来而形成的永磁操动机构是近年来发展起来的一种新 型操动机构，它已经在柱上开关、中压真空断路器以及高压开关上得到研究和应用。从检索的 文献来看，永磁操动机构在低压开关电器上还未全面展开，事实上，电力系统8 0 以上电能是 通过低压电器开关来分配使用的，低压开关电器也同样存在着诸多缺点，如，电磁式接触器运 行时仍然靠线圈得电维持吸合状态、万能式低压断路器采用弹簧结构，存在零件多、可靠性差 等缺点。以接触器和低压断路器为例，目前我国接触器主要是电磁式接触器，除了耗能外，而 且还产生噪声污染，线圈易烧毁，不符合国家对电器产品节能环保的要求。我国市场上销售的 低压断路器主要以弹簧操动机构为主。近年来，虽然一大批新品牌产品占据了市场的主要部分、 促进了我国电力工业的发展，但这类产品存在的根本缺陷是，操动机构的可靠性一直未能得到 彻底解决。 为了克服低压电器开关存在的缺陷，有必要研究新型的永磁操动机构，替换传统电磁线圈 和弹簧操动机构。初步研究显示，永磁操动机构用在低压开关电器上，替换电磁式接触器线圈， 可以实现显著的节能效果；用永磁操动机构替换低压断路器的弹簧操动机构，可以有效提高断 路器的可靠性，提高供电的安全性。目前，国内外针对永磁技术全面用在低压开关电器领域的 研究，还处于起步阶段，相关的理论和技术还远未达到成熟的阶段。因此，本文开展低压电器 永磁操动机构设计理论和在低压电器开关的应用研究，对于掌握核心技术，促进其推广应用， 达到节能、降噪和提高工业控制系统可靠性，对有效避免我国电器工业长期以来的仿制模式， 走创新型道路，掌握电器领域中的核心技术，具有十分重要的理论意义和工程应用价值。 东南大学博士学位论文 1 2 永磁操动机构国内外研究现状及应用前景 1 2 1 国内外研究现状 将永磁材料应用于开关电器操动机构中是永磁操动机构区别于其它操动机构的最显著的特 点。稀土永磁材料是二十世纪六十年代以来发展起来的新型功能材料，它既有高的剩磁，又有 强的矫顽力，而且经过多方面的研究和实践的证明，稀土永磁材料的机械性能和磁性能都比较 稳定。近年来，钕铁硼等高磁能积永磁材料已经问世并成功的应用在永磁操动机构中，使开关 电器的磁力驱动装置实现低能耗和高可靠性。国内外一些厂家先后有关于永磁操动机构的产品 和技术介绍。 国外永磁操动技术的研究开始于二十世纪八十年代末。欧洲以英国及德国为代表。1 9 8 9 年 英国曼彻斯特大学( t h eu n i v e r s i t yo f m a n c h e s t e r ) 系统与能量组为g e c 公司设计了一台永磁操 动机构模型。1 9 9 2 年前后永磁操动技术开始在英国工业应用【l i 。1 9 9 5 年英国的w h i p p & b o u m e 公司进一步改进了结构，与此同时德国的a b b 公司也做了一些技术改进，进一步降低了操作 能。a b bc a i o re m a g 开关设备公司研究开发了v m i 型配永磁操动机构的真空断路器【2 】【3 1 ，接 着于1 9 9 8 年在汉诺威博览会上展出了样品。v m i 采用了双稳态结构的永磁操动机构，并实现 了电子控制，达到完全免维护。1 9 9 9 年a l s t u mt & de i bs a 公司开发出a m d 型磁力操动机 构，配它的v b l 型1 7 5 k v 8 0 0 a 真空断路器。此产品在荷兰k e m a 试验站已通过了全部型式 试验。磁力操动机构简单，造价低，特别适用于操作真空灭弧室。真空灭弧室的特点是运动质 量小，行程运动件最少。它用动铁心操动，永久磁体锁扣，用电容器储能。荷兰h o l e c 公司也 开发了用于中压开关的永磁操动机构1 4 。a j w l a m m e r s 等人开发了适用于中压真空断路器永 磁操动机构【5 j 。j o n g h ok a n g 等研究了真空断路器永磁操动机构的动态特性f 6 i ，j s a t o 等对中压 固体绝缘开关进行了研究【_ 7 1 ，k 1 w o o 等也对永磁型断路器开展了相关研刭8 1 。史蒂夫莱蒽指 出永磁操动机构技术给中压开关带来的革命【9 1 。 近年来，我国在开关电器永磁操动机构的研究业已展开。国内一批高校，如浙江大学、清 华大学、西安交通大学、沈阳工业大学、河北工业大学、华中科技大学以及大连理工大学等率 先在理论上进行先期研究。浙江大学范承志介绍了一种用于真空开关的直线永磁驱动机构。该 驱动机构结构简单，工作可靠。驱动机构具有二个稳定状态，保持力很大，可减小开关器件的 接触电阻1 1 0 。清华大学钱家骊从原理上分析了永磁操动机构的控制线圈不同布置情况始动安匝 和静态输出机械功的差别，为永磁操动机构的设计提供原理上的依据1 1 1 j 。西安交通大学王季梅 教授根据真空灭弧室及其机械传动系统负载反力的非对称性，提出对7 2 5 k v 真空断路器在分闸 工作气隙区域内设置由导磁材料构成的磁分路。引入磁分路后，进入动铁心磁极端面的磁通被 分成工作气隙主磁通和边缘扩散磁通，这样动铁心的电磁吸力特性被有效改善，即使在较长的 运动行程下也能获得满足7 2 5 k v 高压真空断路器开断要求的动能1 12 1 ，此外，王季梅还设计开发 了永磁操动机构用于1 2 6 k v 真空断路器原型样机【1 3 1 。游一民博士从永久磁铁的两种工作状态出 发，说明了永磁操动机构中永久磁铁的工作点位于回复线上，且钕铁硼永磁的祛磁曲线几乎是 一条直线，它的回复曲线与祛磁曲线基本重合，磁感应强度具有重复性，论证了在单线圈式永 磁操动机构中，永久磁铁不会发生退磁现象【1 4 l 。沈阳工业大学林莘教授从场的角度提出永磁操 2 动机构磁场数值计算方法，并计算了永磁操动机构模型的磁场分布，进而分析了机构动作原理 1 5 l 。徐建源教授采用数值计算方法对3 5 k v 真空断路器用永磁操动机构的磁场和操动力进行了 计算和分析，在此基础上研制了3 5 k v 真空断路器永磁操动机构样机并进行了实验【l 引。曹云东 教授针对低压大电流真空断路器设计了与其配套的永磁操动机构【l7 1 。李岩教授针对1 2 k v ， 4 0 5 k v 和7 2 5 k v 户内、外真空断路器，研究开发了永磁操动机构设计与分析软件。该软件工 作于w i n d o w s 操作系统平台，适用于单、双稳态两种结构与直流和电容两种供电方式的永磁操 动机构的机械和电磁设计以及相应的电子控制部分设计f l 蚋。河北工业大学刘富贵教授改进了真 空断路器永磁操动机构动态特性的仿真方法l 伸1 。刘志远博士介绍了配永磁操动机构单断点 2 5 2 k v 真空断路器原型样机1 2 们。王双红博士根据双稳态永磁操作机构的结构特点及其工作原理， 利用等效磁路法建立了该类操作机构的磁路及其各电磁量之间的物理关系，同时建立了合闸和 分闸操作过程中的电磁方程和动铁心的运动方程，并讨论了其电磁设计的基本方浏2 1 l 。大连理 工大学邹积岩提出了一种设计多断口真空断路器的新思路，即采用基于永磁操动机构的光控模 块式真空断路器单元串联成为更高电压等级的多断口真空断路器【7 2 1 。付万安对高压断路器永磁 操动机构进行了理论研究，介绍了永磁操动机构的基本结构及工作原理。给出了用于分析和计 算的耦合磁场模型，研究了磁场模型的动静态特性以及动铁心的机械运动方程。并在 l l k v 1 2 5 k a 真空断路器上对永磁操动机构进行了实验研究【2 3 1 。翟红等介绍了永磁操动机构的 特点及其在矿用高压隔爆真空开关的应用l 矧。从文献资料来看，国内外学者和生产厂商研究和 制造还主要局限在中高压真空断路器上的研究和应用上。 随着永磁材料的性能提高，如稀土永磁材料n d f e b 具有较高的剩磁，把永磁材料用在交流 接触器上，可以有效降低电磁线圈的耗能情况。目前，我国的一些低压电器生产企业开始把目 光投向永磁接触器，以期达到节能降噪的目的【2 5 i t 2 6 1 。国内外一些高校和科研院所也已开展永磁 接触器的设计仿真的初步研究1 2 7 1 【鲥i 。华中科技大学王章启教授研究永磁操动机构在接触器领域 的应用可能性，介绍了用于真空断路器的永磁操动机构的基本结构，包括双线圈和单线圈永磁 操动机构。分析了其内部电路及电子控制装置。从永磁材料、交流接触器的特点和控制单元电 源等方面，探讨了永磁操动机构在低压接触器中应用的可能性。指出了永磁接触器设计的一个 难点是欠压和失压保护，提出了具有上述保护功能的控制电路的设计思想2 引。西安交通大学荣 命哲教授针对单线圈单稳态永磁式接触器，采用仿真和试验的方法对永磁操动机构接触器的静 态和动态动作特性进行了研究。首先，利用a n s y s 软件包采用有限元模型，进行了动铁心静 态吸力的仿真；其次，耦合电压平衡和达朗贝尔机械运动特征微分方程，在上述静态仿真的基 础上进行了动铁心动态吸力的仿真。然后