Mécanisme de fonctionnement à aimant permanent
Un aimant permanentmécanisme de commandeest un mécanisme qui utilise le champ magnétique généré par un aimant permanent (généralement un aimant néodyme-fer-bore haute performance) en conjonction avec une commande électronique à impulsions pour effectuer des opérations d'ouverture, de fermeture et de maintien sur des équipements de commutation haute tension tels que des disjoncteurs. Il représente une innovation technologique significative par rapport aux mécanismes de commande traditionnels à ressort et électromagnétiques.
I. Principe de fonctionnement fondamental
L'idée principale du mécanisme de fonctionnement à aimant permanent est d'utiliser la force magnétique d'un aimant permanent pour remplacer le ressort traditionnel ou le mécanisme de verrouillage afin de maintenir la position finale.
Sa structure de base comprend principalement :
Aimant permanent : Fournit une source de champ magnétique constant.
Noyau de fer mobile : directement ou indirectement connecté au contact mobile de la chambre d'extinction d'arc-du disjoncteur ; c'est la partie mobile.
Bobine d'ouverture et bobine de fermeture : Deux bobines d'excitation indépendantes.
Noyau de fer statique : fait partie du circuit magnétique.
Son fonctionnement peut être divisé en trois états :
État de détention fermé
Lorsque le mécanisme est en position fermée, le noyau de fer mobile se trouve à l'extrémité supérieure et son circuit magnétique est aligné avec le circuit magnétique généré par l'aimant permanent, formant une boucle fermée à faible résistance magnétique.
A ce moment, la force d'attraction de l'aimant permanent est suffisante pour vaincre la force de réaction du ressort de contact, attirant fermement le noyau de fer mobile vers la position fermée, le maintenant sans aucune énergie externe. Il s'agit de sa fonctionnalité la plus-économe en énergie.
Le processus d’opération de déclenchement
Dès réception d'un signal de déclenchement, le système de contrôle fournit un courant impulsionnel correctement orienté à la bobine de déclenchement.
Ce courant génère un champ magnétique dont la direction est opposée au champ magnétique de l'aimant permanent au niveau de l'entrefer de déclenchement (c'est-à-dire démagnétisation).
La superposition des deux champs magnétiques annule, voire inverse la force de maintien en position de fermeture. Lorsque la force combinée de la force électromagnétique et de la force de l'aimant permanent dépasse la précharge du ressort de contact, le noyau de fer en mouvement se déplace rapidement vers le bas sous l'action du ressort, complétant ainsi l'opération de déclenchement.
État de maintien d’ouverture et processus d’opération de clôture
Après ouverture, le noyau de fer mobile se trouve à l’extrémité inférieure. De même, le circuit magnétique généré par l’aimant permanent forme une boucle fermée à travers un autre chemin (l’entrefer de maintien d’ouverture), utilisant la force magnétique permanente pour maintenir fermement le noyau de fer mobile en position ouverte.
Lorsqu'un signal de fermeture est reçu, le système de contrôle fournit un courant d'impulsion à la bobine de fermeture.
Le champ magnétique généré par ce courant est de direction opposée au champ magnétique de l'aimant permanent au niveau de l'entrefer de fermeture, annulant la force de maintien d'ouverture.
Simultanément, ce champ électromagnétique s'ajoute au champ magnétique de l'aimant permanent dans le sens de fermeture, générant une forte force motrice qui tire le noyau de fer en mouvement vers le haut, complétant ainsi le processus de fermeture et- rentrant dans l'état de maintien de fermeture.
En bref : la bobine n'est alimentée que pendant un instant (des dizaines de millisecondes) pour fournir la poussée finale permettant de démarrer et de surmonter les forces de maintien, tandis que le maintien à long terme-est assuré par un aimant permanent qui ne consomme jamais d'énergie.
II. Principales caractéristiques
Avantages :
Structure simple et moins de pièces : les composants mécaniques complexes tels que les ressorts, les bielles, les loquets et les déclencheurs sont éliminés, simplifiant considérablement la structure.
Haute fiabilité : moins de pièces signifie moins de points de défaillance potentiels. Usure mécanique minimale et longue durée de vie (généralement plus de 100 000 cycles).
Consommation d'énergie extrêmement faible : l'énergie est consommée uniquement pendant les opérations d'ouverture et de fermeture (environ 20 à 60 ms), sans consommation d'énergie pendant la période de maintien. L'économie d'énergie est supérieure à 99 % par rapport aux mécanismes électromagnétiques traditionnels.
Caractéristiques de fonctionnement stables : les caractéristiques de l'entraînement sont déterminées par la force de l'aimant permanent et les impulsions électriques, non affectées par des facteurs tels que la lubrification et la fatigue des composants mécaniques, ce qui entraîne des caractéristiques de vitesse et de temps d'ouverture et de fermeture très stables.
Entretien-Sans entretien : en raison de la structure simple et de l'absence de pièces mécaniques susceptibles d'être endommagées, un entretien minimal est requis dans des conditions de fonctionnement normales.
Respectueux de l'environnement : sans huile-et sans gaz-, évitant ainsi les problèmes de fuite de pétrole et de gaz qui peuvent exister dans les mécanismes traditionnels.
Inconvénients :
Exigences élevées pour les matériaux à aimants permanents : des aimants en néodyme fer bore hautes-performances sont nécessaires, dont les propriétés magnétiques doivent rester stables dans des conditions de température élevée, de fort impact et de champ magnétique puissant, posant un risque de démagnétisation à haute température.
Forte dépendance au circuit de commande : le fonctionnement du mécanisme repose entièrement sur l'unité de commande électronique (ECU) pour fournir un courant d'impulsion précis. Si le circuit de commande tombe en panne, l'ensemble du mécanisme sera inutilisable. Il s’agit d’un goulot d’étranglement critique pour sa fiabilité.
Fonctionnement manuel difficile après une panne : les mécanismes à ressort traditionnels disposent généralement d'une solution d'urgence pour le stockage manuel de l'énergie (comme une manivelle) afin de fermer le circuit en cas de panne de courant. Cependant, pour les mécanismes à aimants permanents, le fonctionnement manuel est extrêmement difficile, voire impossible, en cas de panne de courant de commande.
Problèmes de coût : le coût initial des aimants permanents-hautes performances et des unités de commande intelligentes est relativement élevé.
Anti-"saut" lors de la fermeture et de l'ouverture : cela nécessite un système de contrôle électronique, ce qui impose des exigences élevées à la logique de contrôle.
III. Comparaison avec les mécanismes de fonctionnement traditionnels
| Caractéristiques | Mécanisme d'actionnement à aimant permanent | Mécanisme à ressort- | Mécanisme de commande électromagnétique |
|---|---|---|---|
| Source d'alimentation | Force d'aimant permanent + impulsion électrique | Printemps (-énergie pré-stockée) | Force électromagnétique |
| Méthode d'entretien | Force de l'aimant permanent | Loquet mécanique | Force électromagnétique/verrouillage mécanique |
| Consommation d'énergie | Extrêmement faible (pendant le fonctionnement uniquement) | Faible (le moteur de stockage d'énergie consomme peu d'énergie) | Extrêmement élevé (courant de fermeture énorme) |
| Structure | Très simple | Très complexe | Relativement simple |
| Nombre de pièces | Peu | Multiple | Moyen |
| Fiabilité | Élevé (pas d'usure mécanique) | Moyen (les pièces mécaniques sont sujettes à l'usure) | Moyen |
| Entretien | Sans entretien-sans entretien | Nécessite un entretien régulier | Nécessite un peu d'entretien |
| Caractéristiques de mouvement | Extrêmement stable | Changements au fil du temps | Relativement stable |
| Contrôle des dépendances | Complètement fiable | Partiellement dépendant | Dépendant |
IV. Principaux domaines d'application
Les mécanismes de commande à aimant permanent, en raison de leurs performances supérieures, sont devenus la configuration courante et préférée pour les disjoncteurs à vide dans le domaine moyenne -tension (en particulier le niveau de tension de 12 kV à 40,5 kV).
Disjoncteurs à vide moyenne-tension : il s'agit du scénario d'application le plus typique et le plus répandu pour les mécanismes à aimants permanents.
Réseaux intelligents et appareillage de commutation intelligent : ils s'intègrent facilement aux contrôleurs intelligents, ce qui en fait des unités d'exécution idéales pour réaliser l'intelligence et la numérisation des disjoncteurs.
Applications nécessitant des opérations fréquentes : telles que la métallurgie, l’industrie chimique et l’exploitation minière.
Applications avec des exigences de fiabilité élevées : telles que les sous-stations centrales du système électrique et les centres de données.
V. Tendances de développement futures
Innovation en matière de matériaux : développer de nouveaux matériaux à aimants permanents avec une coercivité plus élevée et des températures de fonctionnement plus élevées pour faire face à des environnements plus difficiles.
Intégration et intelligence : intégrez profondément des fonctions telles que la surveillance de l'état (par exemple, analyse de la forme d'onde du courant de bobine, surveillance de l'usure des contacts), la protection intelligente et la communication dans l'unité de commande pour former un « mécanisme de fonctionnement intelligent ».
Bismoscopique et Monostable : Actuellement, le courant dominant est bistable (deux positions stables : ouverte et fermée). Le monostable (une position s'appuie sur la force d'un aimant permanent, l'autre sur la force du ressort) est également utilisé dans des applications spécifiques et continuera à se développer en fonction des besoins futurs.
Optimisation des coûts : grâce à l'avancement de la production à grande échelle et à la maturité technologique, réduisez davantage les coûts et développez les applications sur le marché.
Résumé
En résumé, les mécanismes de commande à aimant permanent, avec leur structure simple, leur fiabilité extrêmement élevée et leur faible consommation d'énergie, représentent une direction de développement importante pour la technologie de commande des appareillages de commutation moyenne tension -et sont l'un des composants clés indispensables des réseaux intelligents modernes.
Les disjoncteurs à vide à aimant permanent de Shaanxi Huadian, avec leur technologie révolutionnaire de fonctionnement à aimant permanent, conduisent l'industrie vers une nouvelle ère de fonctionnement-sans entretien. Nous vous invitons sincèrement à visiter et à découvrir le charme des équipements électriques intelligents de la Chine.
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