低壓電器的發(fā)展及其新技術(shù)
自1995年以來(lái),我國(guó)電力工業(yè)保持了較快發(fā)展速度網(wǎng)篩。到2004年底,我國(guó)裝機(jī)容量達(dá)到4.4億kW,2004年發(fā)電量為2.1萬(wàn)億kW·h。據(jù)預(yù)計(jì),到2010年我國(guó)裝機(jī)容量將達(dá)到7億kW,2020年將達(dá)到10kW。
按年新增發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量為2000萬(wàn)kW計(jì)算(保守),每年需要配套高壓斷路器20萬(wàn)臺(tái),高壓隔離開(kāi)關(guān)約40萬(wàn)臺(tái),低壓電器元件需要量更振打器多(約2億件),其中萬(wàn)能式斷路器(ACB)年需約46萬(wàn)臺(tái),塑殼斷路器(MCCB)約440萬(wàn)臺(tái),交流接觸器(ACC)約3200萬(wàn)臺(tái)??梢?jiàn),經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致對(duì)電能的需求和依賴(lài)不斷增大,作為承擔(dān)電能輸送與分配、用電設(shè)備保護(hù)與控制的低壓電器的作用顯得尤為重要。目前,世界各國(guó)每年都投入大量資金對(duì)低壓電器進(jìn)行研究、開(kāi)發(fā)。
一、低壓電器行業(yè)的發(fā)展裝車(chē)輸送機(jī)及展望
(一)我國(guó)低壓電器產(chǎn)電機(jī)振動(dòng)輸送機(jī)品的發(fā)展歷程
近年來(lái),我國(guó)低壓電器行業(yè)出現(xiàn)了巨大的變化,低壓移動(dòng)破碎站電器產(chǎn)品發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段。
我國(guó)低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展大致可分為以下幾個(gè)階段:20世紀(jì)50年代的全面仿蘇,2碎煤機(jī)0世紀(jì)60~70年代在模仿基礎(chǔ)上的第一代統(tǒng)一設(shè)計(jì)產(chǎn)品,70~80年代在更新?lián)Q代和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)制造的第二代產(chǎn)品,90年代跟蹤國(guó)外新技術(shù)自行開(kāi)發(fā)的第三代智能化電器和最近研發(fā)的第四代智能化可通訊電器。其中第四代產(chǎn)品具有性能優(yōu)良、工作可靠、體積小、組合化、模塊化、模塊化的特點(diǎn),總體技術(shù)性能達(dá)到或接近國(guó)外20世紀(jì)80年代末、90年代初水平。
我國(guó)截至2003年底,低壓電器元件獲3C氣流篩認(rèn)證13000多個(gè)單位,低壓成套裝置獲3C認(rèn)證6000多個(gè)單位,生產(chǎn)的低壓電器產(chǎn)品近1000個(gè)系列、產(chǎn)值約200億人民幣。
(二)低壓電器設(shè)計(jì)的往復(fù)給料機(jī)特點(diǎn)
由于低壓電器在運(yùn)行時(shí)存在著電、磁、光、熱、機(jī)械等多種能量轉(zhuǎn)換,這些轉(zhuǎn)換過(guò)程的規(guī)律大多重錘破碎機(jī)是非線(xiàn)性的,許多現(xiàn)象又是一種瞬態(tài)過(guò)程,它使低壓電器的理論分析變得極為復(fù)雜。
低壓電器傳統(tǒng)理論基礎(chǔ)中的“電接喂料機(jī)觸、電弧、電磁、熱效應(yīng)與電動(dòng)力效應(yīng)”等除了要依靠必要的理論推導(dǎo)和分析運(yùn)算外,還必須依賴(lài)成熟可靠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
即使這樣,設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的實(shí)際性能間有時(shí)仍會(huì)有很大差距,必須通過(guò)試驗(yàn)予以槽式給料機(jī)驗(yàn)證。 因此,低壓電器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)、投入也比較大。
為了適應(yīng)電網(wǎng)容量碎石破碎機(jī)的不斷增大,低壓配電與控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化,對(duì)低壓電器產(chǎn)品的性能與結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。
同時(shí),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,新技術(shù)XZS系列旋振篩、新工藝、新材料不斷出現(xiàn),為低壓電器產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了良好的條件。
(三)低管狀帶式輸送機(jī)壓電器發(fā)展展望
低壓電器發(fā)展方向主要取決于電力系統(tǒng)的發(fā)展需要和新工藝、新材料、新技術(shù)的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)70、80年代研發(fā)的新氣旋篩型電器主要是限流電器、真空電器、漏電電器和電子電器。
從80年代后期開(kāi)始,對(duì)傳統(tǒng)新一代低壓電器產(chǎn)品普遍提出了高性能、高可靠、小型化、多功能、組合化、模塊化、電子化、智能化的要求。
其后,隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用,采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的低壓電器均要求能與中央控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,為此,各種可通信低壓電器應(yīng)運(yùn)而生,它可能成為今后一段時(shí)間低壓電器重要發(fā)展方向之一。
1.為了實(shí)現(xiàn)低壓電器元件與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接,可通信電器根據(jù)其自身的特點(diǎn)及其在網(wǎng)絡(luò)中的作用,一般采用三種方案:第一是開(kāi)發(fā)新型接口電器,連接于網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)低壓電器元件之間,如ASI接口模塊、分布式I/O接口、網(wǎng)絡(luò)之間接口;第二是在傳統(tǒng)的產(chǎn)品上派生或增加計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)接口功能,它們具有接口和通信功能,如智能化萬(wàn)能式斷路器、智能化塑殼斷路器、智能化交流接觸器、智能化電動(dòng)機(jī)保護(hù)器和起動(dòng)器等。 第三是直接開(kāi)發(fā)帶有計(jì)算機(jī)接口和通信功能的新型電器,內(nèi)部包含了為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的單元,如總線(xiàn)、地址編碼器、尋址單元、負(fù)載反饋模塊等。
2.傳統(tǒng)低壓電器的發(fā)展方向
(1)在提高主要技術(shù)性能的同時(shí),重點(diǎn)提高綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
如低壓斷路器在提高短路分?jǐn)嗄芰Φ耐瑫r(shí),應(yīng)特別關(guān)注飛弧距離的減小,并力求產(chǎn)品小型化,這對(duì)發(fā)展新一代緊湊型低壓成套設(shè)備十分重要,而交流接觸器的研究重點(diǎn)放在了產(chǎn)品功能組合與派生、分?jǐn)嗫煽啃裕òs小飛弧距離,防止相間飛弧)、動(dòng)作可靠性、接觸可靠性以及節(jié)銀、節(jié)能等方面。
(2)模塊化和組合化
低壓電器組合化是實(shí)現(xiàn)電器產(chǎn)品多功能化的重要途徑,電器組合化有功能組合和組合功能兩種方式。
前者由各種功能單元組合而成,除基本單元能獨(dú)立使用外,其他單元一般不能獨(dú)立使用,但要求系列通用性。這類(lèi)產(chǎn)品(如控制與保護(hù)開(kāi)關(guān)電器)的基本單元的動(dòng)作與接觸器一樣具有很高的機(jī)械壽命;觸頭滅弧系統(tǒng)具有限流特性,能可靠分?jǐn)?0kA預(yù)期短路電流;保護(hù)功能單元、隔離單元和輔助觸頭單元使該產(chǎn)品兼有隔離器、斷路器、接觸器和熱繼電器等產(chǎn)品的功能。后者把兩種以上電器有機(jī)地組合在一起,如刀開(kāi)關(guān)—熔斷器組合電器、熔斷器-接觸器組合電器、熔斷器—斷路器組合電器等。
隨著塑殼斷路器分?jǐn)嗄芰Φ奶岣撸诘蛪侯I(lǐng)域熔斷器組合電器的應(yīng)用正在減少,但在6kV~10kV中壓領(lǐng)域,熔斷器—真空接觸器組合電器(即F-C裝置)由于其獨(dú)特的優(yōu)越性而正在不斷發(fā)展。
由于20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展起來(lái)的模數(shù)化終端電器具有寬度模數(shù)化、安裝導(dǎo)軌化、外形尺寸一致、性能協(xié)調(diào)的特點(diǎn),從而為發(fā)展新型組合電器或成套裝置創(chuàng)造了條件。
(3)電子化和智能化
過(guò)去多年,電子式低壓電器因受容量、價(jià)格、可靠性等影響,發(fā)展一直不快。隨著電子元件質(zhì)量提高和價(jià)格下降、EMC技術(shù)逐步成熟,尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用、低壓電器與中央控制計(jì)算機(jī)雙向通信的實(shí)現(xiàn),使得低壓電器必須朝著電子化、機(jī)電一體化方向發(fā)展,同時(shí)要求部分電器具有智能化功能。目前,智能化電器的發(fā)展主要集中在萬(wàn)能式斷路器、塑殼式斷路器、交流接觸器以及電動(dòng)機(jī)控制器等產(chǎn)品。其中,智能型斷路器主要特征是裝有智能脫扣器,具有外部電路各種故障保護(hù)、內(nèi)部故障自診斷及自動(dòng)報(bào)警功能、故障動(dòng)作記憶及顯示、電路參數(shù)測(cè)定、可雙向通信等功能,能在極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)。而智能型交流接觸器和智能馬達(dá)控制器的主要特征是裝有智能型電磁系統(tǒng),其控制回路包括電壓檢測(cè)電路、吸合信號(hào)發(fā)生電路和保持信號(hào)發(fā)生電路。它能判別門(mén)檻吸合電壓,當(dāng)控制電源電壓低于接觸器門(mén)檻吸合電壓時(shí),不發(fā)出吸合信號(hào),接觸器不能合閘并有相應(yīng)顯示,接觸器吸合后能降低激磁電流,達(dá)到節(jié)能的目的。
(四)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用
影響低壓電器發(fā)展的新技術(shù)包括“現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、智能化技術(shù)、可靠性技術(shù)和測(cè)試技術(shù)”等。上述新技術(shù)的應(yīng)用給低壓電器產(chǎn)品的發(fā)展注入了新的活力,引起一場(chǎng)低壓電器產(chǎn)品的“新革命”。
特別值得一提的是,隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件的迅猛發(fā)展,低壓電器CAD/CAM/CAE日益普及,它使低壓電器設(shè)計(jì)與研究跨入了一個(gè)新的階段。
1.電器動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程建模。長(zhǎng)期以來(lái),科研人員一直在對(duì)低壓電器動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的描述、建模與仿真進(jìn)行探索,包括操作機(jī)構(gòu)的仿真和觸頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真。西安交通大學(xué)電器教研室能在“限流式斷路器”產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后馬上獲得限流系數(shù)并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。湖南工程學(xué)院在電磁鐵優(yōu)化設(shè)計(jì)上作了一些工作,可利用軟件對(duì)交、直流電磁系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),可減少設(shè)計(jì)時(shí)間、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。河北工業(yè)大學(xué)研制的“電磁式接觸器專(zhuān)家系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)設(shè)計(jì)要求在輸入接觸器設(shè)計(jì)參數(shù)后,從知識(shí)庫(kù)中提取相應(yīng)的知識(shí)設(shè)計(jì)出接觸器各種結(jié)構(gòu)參數(shù),并對(duì)其動(dòng)、靜特性進(jìn)行分析計(jì)算,具有重要的實(shí)用價(jià)值。
2.三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展。三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)集設(shè)計(jì)、制造和分析于一身,從零件設(shè)計(jì)、裝配直至產(chǎn)品總裝,設(shè)計(jì)者都可在計(jì)算機(jī)屏幕上直接觀察零件裝配中的干涉與碰撞以及開(kāi)關(guān)電器閉合、分?jǐn)噙^(guò)程中運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作情況及相關(guān)參數(shù)(如觸頭開(kāi)距、超程等),從而保證了設(shè)計(jì)正確性,為低壓電器產(chǎn)品試制跨越模型階段創(chuàng)造了條件。
設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的任何階段對(duì)產(chǎn)品任一處所作的修改都能自動(dòng)反映到相關(guān)零件的修改。同時(shí),三維軟件系統(tǒng)根據(jù)完成的零件設(shè)計(jì)自動(dòng)轉(zhuǎn)去進(jìn)行零件模具設(shè)計(jì),從而大大縮短了產(chǎn)品的試制時(shí)間,大大縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,從而以合適的價(jià)格不斷向市場(chǎng)推出具有出色功能的產(chǎn)品,并提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
3.低壓電器專(zhuān)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)。在建立必須的數(shù)據(jù)、符號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)開(kāi)發(fā)一批低壓電器的專(zhuān)用分析計(jì)算軟件,如電磁系統(tǒng)三維分析計(jì)算軟件包、各類(lèi)低壓電器合閘與分?jǐn)噙^(guò)程動(dòng)態(tài)仿真軟件等。 二、電器制造工藝及新發(fā)展 電器是一種具有電載荷的機(jī)械產(chǎn)品,它的主要零部件是金屬材料,它的主要加工工藝是金屬加工工藝,因此,電器制造工業(yè)是屬于機(jī)械制造工業(yè)的范疇,是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分。
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