摘要:

針對廣州地鐵某線路直流牽引系統(tǒng)，著重分析了NDC直流開關永磁操作機

構、永磁閉鎖機構、大電流脫扣裝置、無源轉移線圈等部件的結構功能，對NDC

直流開關的操作機構合閘和復位過程、分閘和大電流脫扣過程及磁吹滅弧過程的

磁路變化進行了詳細論述，總結了NDC直流開關分合閘、復位、脫扣及磁吹滅

弧的原理，為NDC直流開關的維護及故障處理提供了參考。

關鍵詞：

永磁閉鎖機構；永磁操作機構；磁路分析

中圖分類號：TM561

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引言

廣州地鐵某線路牽引供電采用的是1500VNDC直流開關。斷路器和小車采

用一體化設計，面板采用人體工程學設計⑴，有效保障了運營維護人員的人身安

全。斷路器小車尺寸小，操作方便，結構簡單，一次元件和二次控制系統(tǒng)相互獨

立，能有效防止一次系統(tǒng)對二次控制系統(tǒng)的干擾（振動、電磁干擾等），增強系

統(tǒng)的穩(wěn)定性。該型直流開關為磁保持開關，采用永久磁通保持開關合閘位置，開

關合閘時相對啟動電流較大，合閘后不需要線圈電流來保持合閘位置，通過永磁

體的磁通來保持合閘位。NDC直流斷路器通過電弧轉移線圈具備了小電流開新能

力。本文將著重分析NDC直流開關的合閘和復位過程、分閘和大電流脫扣過程及

磁吹滅弧過程的磁路變化，對其原理及動作過程進行詳細闡述。

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NDC直流開關結構介紹

NDC直流開關整體結構簡單、尺寸小、操作方便，寬x深x高：370mmx895

mmxl215mm。如圖1所示，主要構成部件包括動/靜觸頭、一次連接觸頭、

永磁閉鎖機構、永磁操作機構、大電流脫扣裝置、火弧罩、電弧轉移線圈等⑴。

靜觸頭

滅弧罩

動觸頭

永磁閉鎖一次連接

觸頭

永磁操作大電流脫扣

裝置

圖1NDC直流斷路器結構及主要部件

永磁操作機構用于實現(xiàn)斷路器合閘和機構復位，永磁操作機構構成部件包括

永磁鐵、銜鐵、勵磁線圈、分閘彈簧、非磁性驅動桿等。

永磁閉鎖機構用于實現(xiàn)斷路器的快速分閘，永磁閉鎖機構構成部件包括永磁

鐵、銜鐵、勵磁線圈、閂鎖分閘彈簧、觸頭壓力彈簧等。

斷路器配置有大電流脫扣裝置，用于實現(xiàn)斷路器間接快速脫扣功能。

開關配置有電弧轉移線圈，在小電流開斷時能產(chǎn)生足夠的驅動力來推動電弧

進入滅弧柵片，實現(xiàn)無極限雙向開斷。

2

NDC直流開關合閘及復位過程分析

2.1永磁操作機構基本介紹及磁路分析

NDC直流開關通過永磁操作機構實現(xiàn)斷路器合閘和機構復位，并實現(xiàn)開關合

位保持功能⑵。如圖2所示，永磁操作機構核心部件包括永磁鐵、銜鐵、勵滋線

圈等，與機構磁性框架構成對應的磁路。

分閘彈簧

非磁性

,驅動桿

勵磁線圈

(a)實物圖(b)

圖2永磁操作機構實物圖及構成示意圖

永磁操作機構形成的磁路一種為永磁鐵形成的用于保持機構固定位置的磁

路，該磁路因銜鐵位置不同，又可分為用于合閘位置保持的合位保持磁路、用于

分閘位置保持的分位保持磁路。如圖3所示，在合閘位置時，銜鐵位于下部，與

下半部分磁性框架緊密貼合，氣隙處于上部，因此永磁鐵產(chǎn)生的下半部分磁通大

于上半部分磁通，產(chǎn)生的磁力保持銜鐵位于下部。在分閘位置時，銜鐵位于上部，

與上半部分磁性框架緊密貼合，氣隙處于下部，因此永磁鐵產(chǎn)生的上半部分磁通

大于下半部分磁通，產(chǎn)生的磁力保持銜鐵位于上部。

分

合甘耳

-Ir?—閘

閘

位

位

置

置

圖

3永磁操作機構分合位置永磁磁路示意圖

永磁操作機構形成的磁路另外一種為勵磁線圈通電后形成的用于抵消永磁

鐵保持磁通驅動銜鐵以實現(xiàn)斷路器合閘和復位操作的磁路，該磁路因勵磁線圈通

電電流方向不同，乂可分為用于抵消永磁鐵分位保持磁通驅動銜鐵實現(xiàn)斷路器合

閘的合閘過程磁路、用于抵消永磁鐵合位保持磁通驅動銜鐵實現(xiàn)操作機構復位的

復位過程磁路。

2.2合閘時永磁操作機構的磁路分析

當斷路器合閘時，如圖4所示，勵磁線圈通電產(chǎn)生磁通，抵消永磁鐵分位保

持磁通，加強了永磁鐵在下半部分的磁通。當電流足夠大時，勵磁線圈產(chǎn)生的合

閘過程磁通抵消永磁鐵分位保持磁通后促使銜鐵與支撐面分離，使斷路器合閘,

銜鐵與操作機構下半部分磁性框架貼合。隨著銜鐵位置改變，操作機構向外推動

非磁性驅動桿的末端，驅動梁擺動，使動觸頭移到合閘位置”動靜觸頭接觸后,

觸頭間產(chǎn)生彈性壓力，其方向與永磁閉鎖機構合位保持力方向相反，且在合詞過

程中，分閘彈簧壓縮儲能。

合

閘

操

作

過

動作

路器

及斷

滋路

過程

合閘

機構

操作

永磁

圖4

意圖

程示

析

路分

的磁

機構

操作

永磁

位時

2.3復

流

，電流

通電

線圈

勵磁

示，

圖5所

，如

復位

機構

操作

扣后

或脫

分閘

路器

當斷

，大

磁通

保持

合位

磁鐵

弱永

通，削

程磁

位過

生復

，產(chǎn)

相反

作時

閘操

與合

方向

通的

時，分

水平

吸引力

所需

保持

低于

引力

，當吸

引力

的吸

撐面

部支

與下

銜鐵

弱了

大減

,

撐面時

上部支

作機構

貼近操

著銜鐵

動，隨

部移

向上

銜鐵

驅動

放，

力釋

簧彈

閘彈

，消

貼合

撐面

部支

構上

作機

與操

銜鐵

，吸引

磁通

保持

分位

產(chǎn)生

變化

磁路

體因

永磁

末端,

動桿的

磁性驅

拉動非

構向內

作機

，操

改