永磁机构及配永磁机构真空断路器的同步开关,是近年来开关行业关注的一个焦点.为了对永磁机构进行优化设计,该文通过对永磁机构的电磁场的计算与分析,建立了永磁机构动特性的计算方法,并通过了试验验证;采用多体动力学软件包ADAMS建立了带四连杆的配永磁机构的真空断路器的动力学模型.将磁场方程、电路方程和机械运动方程耦合求解,解决复杂传动方式永磁机构动特性的计算问题.基于永磁机构动特性的计算,对永磁机构的设计参数和结构进行了优化,对以下几方面进行了深入地研究.研究了不同的线圈参数对永磁机构动特性的影响,当机构的分合闸线圈的导线线径d增加,开关在分、合闸过程中通过线圈的峰值电流增加,使开关的分、合闸时间减小,分、合闸速度增加.研究了真空灭弧室与永磁机构之间的传动比对断路器动特性的影响.传动比越大,在满足断路器的分、合闸动特性的情况下,机构线圈的驱动电流越小,断路器进行分、合闸时所需要的能量也越小,但机构的体积较大.断路器的灭弧室通过四连杆传动来驱动和通过一个杠杆来驱动相比较,前者的分合闸最大操作电流较小.提出了在满足真空断路器的分、合闸速度特性的基础上,圆形机构的铁心和永久磁铁的质量、机构的体积与总重量,都明显小于方形机构的相应的结构参数,而且在分、合闸操作过程中,圆形机构分合闸线圈的峰值电流、消耗的能量也小于方形机构的峰值电流和所消耗的能量.由于真空断路器在分、合闸过程中,对分、合闸速度的要求是不同的,分、合闸状态下的受力也不同.引入非工作气隙的概念,在永磁机构的分闸位置加入一个非工作气隙,旨在减小永磁机构在分闸位置的保持力,明显地降低了合闸线圈的电流.同时提出了一种新型的永磁机构—非对称线圈式永磁机构.利用永磁机构分、合闸时间稳定,偏差小,实现真空断路器的同步分、合闸,可消除或减弱开关分、合闸过程的瞬态电压与电流,特别是对于中压及低压电力系统的电容器补偿电路,可消除或降低合闸过程的涌流与过电压.对改善电网电能质量有重大意义.研究了真空灭弧室的预击穿对同步关合的影响是与真空断路器的合闸速度有关,并研究了对于10kV和35kV系统,分别存在一个临界合闸速度,如果合闸速度低于该速度,真空断路器在电压过零点进行关合时,会发生预击穿而使实际的合闸点偏离预期关合点.通过计算与试验,研究了开关的合闸弹跳对电容器同步关合的影响.开关的合闸弹跳对关合电容器组的涌流有较大的影响,但对电容器上的电压影响不大.而且弹跳对涌流的影响随着电路参数、开关的弹跳特性的不同而发生变化.