真空断路器操动机构简介，

操动机构是真空断路器的核心部件之一，是真空断路器的驱动元件，其性能的好坏直接决定了真空断路器的总体性能指标，是影响断路器各重要性能参数的主要因素。高压断路器常用的操动机构有电磁操动机构、弹簧操动机构、液压操动机构、气动操动机构、永磁操动机构等。其中，电磁操动机构、弹簧操动机构和永磁操动机构是目前中低压真空断路器中主要使用的操动机构。

电磁操动机构最早用于油断路器中，后来在真空断路器发展初期得到了广泛应用。电磁操动机构由一个电磁线圈和铁心、分闸弹簧和必要的机械锁扣系统构成。在合闸过程中，电磁操动机构通过直流螺管线圈或电动机将弹簧储能；分闸时，由储能弹簧释放其势能实现断路器的分闸。电磁操动机构结构相对简单、零部件少（约120个），具有高可靠性、低成本等优点。但是合闸时间长、操作电流大、对大功率直流电源要求高等缺点限制了其在高电压等级断路器中的应用。

弹簧操动机构主要由合闸弹簧、分闸弹簧、储能电动机、合闸锁扣和分闸脱扣装置等组成。弹簧操动机构通过对凸轮轮廓的合理设计，改变弹簧的出力特性使之与真空断路器的反力特性很好地匹配。弹簧操动机构对电源要求低、机构运动速度快、可实现交流操作、工作稳定性好，是目前在高压断路器中应用比较广泛的一种操动机构。但是，弹簧操动机构完全依靠机械传动，零部件多（约200多个），因此存在结构复杂、制造工艺要求高、可靠性低、分散性大等缺点。

电机操动机构是近年来出现的一种新型机构。它从原理上对目前常见的传统操动机构进行了改进，通过旋转电机轴驱动运动部件，极大地减少了操动机构的零部件。通过数字控制单元实现电机的性能调控，显著提高了断路器的可控性。但其成本高、对控制单元要求高、国内虽有研究，但未见成熟产品报道。

尽管现在电磁操动机构和弹簧操动机构已经有很大的改进和发展，但仍不能满足真空断路器不断向高电压、大容量、高可靠性、免维护和智能化操作方向发展的需要。近年来备受关注的永磁操动机构，则能较好地满足真空断路器的要求。与传统的断路器操动机构相比，永磁机构采用一种全新的结构和工作原理，通过电磁机构与永久磁铁的有机结合，避免了分合闸位置的机械脱扣、锁扣装置造成的不利因素，利用永久磁铁产生的保持力将真空断路器可靠的保持在分、合闸位置，具有结构简单、零部件少、操作寿命长、可靠性高、免维护等优点。同时，永磁机构动作分散性小，利用电子控制，可实现智能化操作。

真空断路器与操动机构之间存在吸力特性与反力特性配合的问题。真空断路器的触头开距小，合闸过程中在触头接触前只需很小的驱动力，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大的触头压力。因此，真空断路器在合闸接近终了时触头反力特性在触头接触瞬间有一大幅度的正向突变，如图7-1所示。

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图7-1 真空灭弧室反力特性与操动机构出力特性图

传统电磁操动机构的出力特性与真空灭弧室的反力特性能很好地配合。在合闸过程中，随着动铁心的运动，空气气隙减少，吸力增大；在分闸过程中，动铁心不参与分闸运动，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。但由于它合闸时间长、操动电流大、对电源要求高、使用不方便等缺点，阻碍了它在真空断路器中的应用。

弹簧操动机构是靠储能弹簧能量的释放来实现分合闸操作的。对于分闸过程，弹簧机构与真空灭弧室的反力特性配合较好，但在合闸过程中，储能弹簧在初始时刻出力大，随后逐渐减少，这与真空断路器的反力特性正好相反。为了使其与真空断路器的反力特性匹配，通常需要凸轮和连杆机构对其能量进行转换。这种力的转换伴随着连接机构的高速运动，不仅降低了机构的效率和可靠性，还减少了产品结构的刚性。

永磁操动机构利用永磁保持、电子控制，实现了出力特性与断路器负载特性的良好配合。它可以与真空灭弧室直接相连，使零部件数降到最少，同时在分合闸位置通过永磁保持力可靠吸合，有助于减少触头的弹跳。

研制永磁机构的意义主要表现在以下两个方面：一是可实现机械上的高可靠性和免维护性。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，运动部件少、机械可靠性高。二是可实现操作性能上的智能化。由于永磁机构可实现电力电子器件控制，同时运动部件、中间转换和连接机构少，大大减小了动作时间的分散性和不可控性，可以有效实现输电等级真空断路器的选相分、合操作和通过调节分、合速度实现的智能操作。

在前面章节中，介绍了从真空电弧燃弧控制出发获得的优化分闸和合闸曲线，这些速度曲线十分重要，它们决定了真空灭弧室能否与机构合理配合实现断路器的成功关合与分断。在中压真空断路器中对操作机构的特性没有如此高的要求，而对输电等级真空灭弧室则不同，近年来的研发实践证明，许多研究方案正是由于在机构与灭弧室的配合方面研究不够深入，配合措施不到位，导致最终研发失败。本课题组在输电等级真空断路器的产品研发实践中提出了从燃弧控制出发确定的分合闸特性理论，并发明了相关机构的设计方法。本章将结合研究工作，以126kV真空断路器为实例，主要介绍两种重要的操动机构——弹簧操作机构和永磁操动机构的设计方法。