城市轨道交通直流牵引系统NDC直流开关三种磁路分析

摘要:

针对广州地铁某线路直流牵引系统，着重分析了NDC直流开关永磁操作机

构、永磁闭锁机构、大电流脱扣装置、无源转移线圈等部件的结构功能，对NDC

直流开关的操作机构合闸和复位过程、分闸和大电流脱扣过程及磁吹灭弧过程的

磁路变化进行了详细论述，总结了NDC直流开关分合闸、复位、脱扣及磁吹灭

弧的原理，为NDC直流开关的维护及故障处理提供了参考。

关键词：

永磁闭锁机构；永磁操作机构；磁路分析

中图分类号：TM561

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引言

广州地铁某线路牵引供电采用的是1500VNDC直流开关。断路器和小车采

用一体化设计，面板采用人体工程学设计⑴，有效保障了运营维护人员的人身安

全。断路器小车尺寸小，操作方便，结构简单，一次元件和二次控制系统相互独

立，能有效防止一次系统对二次控制系统的干扰（振动、电磁干扰等），增强系

统的稳定性。该型直流开关为磁保持开关，采用永久磁通保持开关合闸位置，开

关合闸时相对启动电流较大，合闸后不需要线圈电流来保持合闸位置，通过永磁

体的磁通来保持合闸位。NDC直流断路器通过电弧转移线圈具备了小电流开新能

力。本文将着重分析NDC直流开关的合闸和复位过程、分闸和大电流脱扣过程及

磁吹灭弧过程的磁路变化，对其原理及动作过程进行详细阐述。

1

NDC直流开关结构介绍

NDC直流开关整体结构简单、尺寸小、操作方便，宽x深x高：370mmx895

mmxl215mm。如图1所示，主要构成部件包括动/静触头、一次连接触头、

永磁闭锁机构、永磁操作机构、大电流脱扣装置、火弧罩、电弧转移线圈等⑴。

静触头

灭弧罩

动触头

永磁闭锁一次连接

触头

永磁操作大电流脱扣

装置

图1NDC直流断路器结构及主要部件

永磁操作机构用于实现断路器合闸和机构复位，永磁操作机构构成部件包括

永磁铁、衔铁、励磁线圈、分闸弹簧、非磁性驱动杆等。

永磁闭锁机构用于实现断路器的快速分闸，永磁闭锁机构构成部件包括永磁

铁、衔铁、励磁线圈、闩锁分闸弹簧、触头压力弹簧等。

断路器配置有大电流脱扣装置，用于实现断路器间接快速脱扣功能。

开关配置有电弧转移线圈，在小电流开断时能产生足够的驱动力来推动电弧

进入灭弧栅片，实现无极限双向开断。

2

NDC直流开关合闸及复位过程分析

2.1永磁操作机构基本介绍及磁路分析

NDC直流开关通过永磁操作机构实现断路器合闸和机构复位，并实现开关合

位保持功能⑵。如图2所示，永磁操作机构核心部件包括永磁铁、衔铁、励滋线

圈等，与机构磁性框架构成对应的磁路。

分闸弹簧

非磁性

,驱动杆

励磁线圈

(a)实物图(b)

图2永磁操作机构实物图及构成示意图

永磁操作机构形成的磁路一种为永磁铁形成的用于保持机构固定位置的磁

路，该磁路因衔铁位置不同，又可分为用于合闸位置保持的合位保持磁路、用于

分闸位置保持的分位保持磁路。如图3所示，在合闸位置时，衔铁位于下部，与

下半部分磁性框架紧密贴合，气隙处于上部，因此永磁铁产生的下半部分磁通大

于上半部分磁通，产生的磁力保持衔铁位于下部。在分闸位置时，衔铁位于上部，

与上半部分磁性框架紧密贴合，气隙处于下部，因此永磁铁产生的上半部分磁通

大于下半部分磁通，产生的磁力保持衔铁位于上部。

分

合甘耳

-Ir•—闸

闸

位

位

置

置

图

3永磁操作机构分合位置永磁磁路示意图

永磁操作机构形成的磁路另外一种为励磁线圈通电后形成的用于抵消永磁

铁保持磁通驱动衔铁以实现断路器合闸和复位操作的磁路，该磁路因励磁线圈通

电电流方向不同，乂可分为用于抵消永磁铁分位保持磁通驱动衔铁实现断路器合

闸的合闸过程磁路、用于抵消永磁铁合位保持磁通驱动衔铁实现操作机构复位的

复位过程磁路。

2.2合闸时永磁操作机构的磁路分析

当断路器合闸时，如图4所示，励磁线圈通电产生磁通，抵消永磁铁分位保

持磁通，加强了永磁铁在下半部分的磁通。当电流足够大时，励磁线圈产生的合

闸过程磁通抵消永磁铁分位保持磁通后促使衔铁与支撑面分离，使断路器合闸,

衔铁与操作机构下半部分磁性框架贴合。随着衔铁位置改变，操作机构向外推动

非磁性驱动杆的末端，驱动梁摆动，使动触头移到合闸位置”动静触头接触后,

触头间产生弹性压力，其方向与永磁闭锁机构合位保持力方向相反，且在合词过

程中，分闸弹簧压缩储能。

合

闸

操

作

过

动作

路器

及断

滋路

过程

合闸

机构

操作

永磁

图4

意图

程示

析

路分

的磁

机构

操作

永磁

位时

2.3复

流

，电流

通电

线圈

励磁

示，

图5所

，如

复位

机构

操作

扣后

或脱

分闸

路器

当断

，大

磁通

保持

合位

磁铁

弱永

通，削

程磁

位过

生复

，产

相反

作时

闸操

与合

方向

通的

时，分

水平

吸引力

所需

保持

低于

引力

，当吸

引力

的吸

撑面

部支

与下

衔铁

弱了

大减

,

撑面时

上部支

作机构

贴近操

着衔铁

动，随

部移

向上

衔铁

驱动

放，

力释

簧弹

闸弹

，消

贴合

撑面

部支

构上

作机

与操

衔铁

，吸引

磁通

保持

分位

产生

变化

磁路

体因

永磁

末端,

动杆的

磁性驱

拉动非

构向内

作机

，操

改