工程硕士学位论文开题报告02.doc

学号：107044东 南 大 学工程硕士学位论文开题报告院（系、所） 工 程 领 域 研究生姓名 校 内 导 师 校 外 导 师 开题报告日期 入 学 年 月 制2一、学位论文开题报告论文题目控制与保护开关电器动力底座模块的研制研究方向低压电器题目来源国家部委省市厂、矿自选有无合同经费数备注题目类型工程项目规划管理工程设计工程技术技术攻关改造推广应用基础性研究其它一、课题来源、选题依据、课题研究目的、工程应用价值低压配电线路、控制系统和用电设备在运行中应该安全可靠，为避免发生故障时对线路、设备和人身造成损伤，就需要在线路上安装各种低压保护电器，对其进行保护。在传统的低压配电及控制系统中，通常将“断路器(或熔断器)+接触器+热继电器”组成一个控制单元，即将多种不同功能的元器件组装配套以达到特定的控制与保护的“功能组合”。但是，由于不同类产品水平参差不齐以及选用人员在技术参数使用上不够填密等方面的原因，使得成套装置的工作可靠性低、控制特性和保护特性配合不合理、经济性不高。20世纪80年代末，国际上推出一种新型的模块式集成化低压电器控制与保护开关电器(Control and protective Switching Device，CPS)。它集断路器、接触器、热继电器、启动器、熔断器为一体，实现了传统电器的功能组合，并解决了各电器之间的协调配合问题。这种模块式的CPS大多采用以接触器为主体、配以各种功能模块的结构形式。由于没有脱离传统串联配置的基本结构，断路器、接触器、热继电器各自独立存在，所以CPS在结构、制造工艺和生产成本方面受到很大的局限，控制与保护特性无法充分发挥。并且，它的控制与保护功能多由热磁元件完成，其动作时间长、保护精度低、整定困难。因此，这种传统的CPS未能在低压配电及控制系统中得到广泛应用。随着计算机技术、电力电子技术及网络通信技术的迅速发展，自动化技术得到了空前发展。把这些技术应用于低压电器产品中，使得CPS逐渐朝着高性能、多功能化、模块化方向发展，从而出现了一种智能型控制与保护开关电器。智能型CPS采用新的原理和先进的电力电子技术以及信息技术，突破了传统的低压电控系统分立元件串联组合的配置方式和模块式集成组合的配置方式，在单一电磁结构的电器上集成了断路器、接触器、热继电器、启动器、计数器等多种电器的综合功能。与传统的低压电控系统相比，智能型CPS减少了线路中所需电器元件的种类和数量，减小了体积和安装面积，其自配合特性克服了传统多种电器组合所带来的保护特性配合不合理、工作可靠性低等缺陷，解决了各电器之间的协调配合问题，丰富了保护功能，改善了保护性能，方便了用户的使用，减少了维修工作，提高了低压配电和控制系统的安全性、运行的可靠性和连续性，为低压配电与控制系统的简化提供了一种理想的基础元件。凭着一系列的优点，智能型CPS自问世以来就受到使用人员的普遍欢迎。用集控制、保护、监测和管理功能于一体的控制保护开关代替传统的保护系统，已成为当今乃至今后的一个重要发展方向。研制和开发CPS有着广泛的应用前景和良好的经济效益。常熟开关制造有限公司作为国内著名的电气专业制造公司，主要生产高低压电器元件、电子产品及高低压成套开关设备。近年来，为了适应市场需求，公司成功开发了CB1系列控制与保护开关电器，但是，其额定电流范围仅局限在0.15A至32A。本学位论文的主要研究工作结合公司实际情况，研制开发额定电流至63A的控制与保护开关电器，以更好的满足不同用户的需要。 二、中外文献与资料阅读清单（要求30篇以上）篇数33其中外文文献与资料篇数3序号题 目（及作者）出处（书籍及出版社、期刊名及期刊卷期号等）123456789101112131415161718192021222324252627282930313233智能化控制与保护开关电器的现状与发展（曾萍等）控制与保护开关电器的进展（陈德桂）KB0控制与保护开关电器技术在奥运工程中的设计和应用（李华民等）电动机控制与保护智能化创新进展（程玉标等）智能化控制与保护开关电器CPS(胡景泰)可通信智能化控制与保护开关电器的发展和应用(胡景泰等)新型多功能集成电器的研究(胡景泰等)控制与保护开关电器（CPS）的特点及其在配电系统中的设计和应用（李华民等）智能型集成化终端电器的典型应用（何湘甫等）集成总线在控制与保护开关中的实现（蔡志远等）控制与保护开关电器CPS的特点分析（徐凤海等）人工智能型控制与保护开关电器CPS的研究（陈丽安等）新型控制与保护开关操作机构零件应力分析（李甲等）智能控制与保护开关在农网配电系统中的应用（周敏跃等）KB0控制与保护开关电器应用简析（钟明）基于图像处理的控制与保护开关电器动态测试系统（林承志）短路情况下接触器的失效机理研究（王云峰等）永磁接触器的发展与研究综述（汪先兵等）新型电器多功能集成化的“KBO系列控制保护开关”（曾萍等）低压电控系统保护与控制的选择性与协调性分析（胡景泰等）电动机保护器的发展和应用（曾萍等）低压电动机保护器的现状及完善（陈培国）智能接触器在振动情况下的误动作现象仿真分析（刘洪武等）带反馈控制的智能交流接触器（申潭等）双断点塑壳断路器性能特点的试验研究（刘洪武等）新型灭弧系统对背后击穿现象的抑制作用（陈旭等）低压断路器开断过程中背后击穿现象的研究（陈旭等）计及弧柱分割条件的限流断路器分断过程仿真（刘洪武等）低压断路器的器壁侵蚀与自动气吹灭弧新技术（陈德桂）讨论和分析近期低压电器的若干新技术（陈德桂等）A Sensorless Method for Controlling the Closure of a ContactorJ(A.G.Espinosa，J.R.R.Ruiz,and X.A.Morera)Dynamic characterization and position estimation of electromechanical contactorsJ (A.G.Espinosa，J.R.R.Ruiz,J.Rosero,et al)Experiment and Simulation Research on the Influence of Different Main Contact System on the Interruption Performance of Control and Protective Switch (Yingyi Liu,Haiwen Yuan,Degui Chen,and Haibin Yuan)低压电器，2010，22低压电器，2008,9现代建筑电气，2011增刊智能电网与先进电力设备学术交流会，2011电气时代，2004,8低压电器，2004,8电工技术杂志，2002,9现代建筑电气，2011增刊中国电工技术学会低压电器专业委员会第十四届学术年会，2008低压电器，2010,4电工技术，2005,12制造业自动化，2000，22-4低压电器，2011,13低压电器，2012,3工程技术，2011,29电工电气，2011,8第三届电工产品可靠性与电接触国际会议，2009低压电器，2009,7电气传动，2001,6电气传动，2005,35-12中国电工技术学会低压电器专业委员会第十二届学术年会，2005低压电器，2011,2低压电器，2010,11低压电器，2005,2电气开关，2009,3低压电器，2000,3低压电器，2000,4低压电器，2008,21低压电器，2002,4低压电器，2009,3IEEE Transactions on Magnetics,2007.10,43(10):3896-3903.IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference,Victoria,Vancouver Island,Canada,2008.IEEE Transactions on Power Delivery,vol.25,No3,July 2010三、文献综述：国内外研究现状、发展动态在现代工业中，工业装置和控制系统化的发展，要求不断采用更现代化的技术来优化工业过程，包括电器开关设备及各种电气机械设备，工业自动化的过程中需要使用各种各样的泵、风机、传送带和电动机械等现场设备，需要广泛使用各种大小不一的电动机，如何为这些设备提供完善的控制与保护技术已引起人们极大的关注。上世纪90年代末国际上出现了一种集成化低压电器-控制与保护开关电器(Control and protective Switching Device，CPS)，对应IEC标准为IEC947-6-2，国家标准为GB14048.9。国内在上世纪90年代中由上海电器研究所带头跟踪国外技术开发了KB0系列及派生的KB0(T)系列CPS产品。进入21世纪后，法国施耐德公司又率先推出了TesysU系列第二代CPS产品，常熟开关制造有限公司也在2008年推出了CB1系列CPS产品，最近西门子公司推出了其3RA6系列CPS产品，苏州万龙推出了YSK2H系列的CPS产品。目前，符合国家标准为GB14048.9的第二代CPS产品主要集中在50A以下，50A以上产品还处于空白状态。由于CPS产品解决了分离元件固有的缺陷和不足，使电动控制和保护更可靠、更集成、更智能，是未来产品发展必然趋势。四、研究基础2007年开始参与常熟开关制造有限公司立项开发的CB1控制与保护开关电器产品，主要负责该产品的整体结构及动力底座模块的设计，动力底座模块包括电磁铁系统、操作机构、触头灭弧系统、脱扣器以及外围的辅助触点。2008年样机出来后，进行了大量的试验验证，期间对样机不断地进行了设计改进，最终使样机的各种指标达到了设计要求，并顺利完成了新产品的鉴定工作。2009年开始进行小批试生产，期间对车间生产过程中反馈的一些技术问题及时地进行了改进处理。目前，CB1系列控制与保护开关电器（12A、32A）已正常按订单进行生产销售。2012年公司开始立项CB1-63控制与保护开关电器的产品开发，目前，初步确定了总体方案与CB1-12/32控制与保护开关电器的结构类似。由于电流等级的提高，系统内部力特性的要求相应提高，各相关部件的特性需要进行重新设计或优化设计。五、主要内容及关键技术本学位论文的主要研究工作是设计CB1-63控制与保护开关电器的动力底座模块，其主体部分主要包括触头灭弧系统、电磁系统、操作机构、脱扣器、外围辅助触点。脱扣器、操作机构和触头灭弧系统配合动作，能够达到较高的短路分断指标；电磁系统和触头灭弧系统配合动作，能够达到较高的电气操作寿命；外围辅助触点能够清晰的反映动力底座模块内部各部件的状态。其内部结构框图如图1所示。图1 动力底座模块结构框图1、 触头灭弧系统控制与保护开关电器接入电气回路中后，在正常情况下的合分闸动作是由电磁系统来驱动触头灭弧系统的，在非正常情况下（如短路）的分闸是由操作机构来驱动触头灭弧系统的，因此，同一个触头灭弧系统必须承受来之电路中的所有状况。其关键技术：触头系统结构形式、触头压力、触头开距、超程、触头大小、触头弹簧等参数的确定；灭弧室参数的确定。2、 电磁系统电磁系统主要是与触头灭弧系统之间的力特性的匹配，使得触头动作平稳，得到较高的电寿命。其关键技术：电磁铁输出力特性的改变，增加永磁体磁势、电磁铁复位弹簧力，提高线圈激磁磁势，增大电磁铁动铁芯截面尺寸。3、 操作机构操作机构主要是动作时间要求短，在短路情况下，能够快速的分断触头灭弧系统。其关键技术：增加储能弹簧力，机构系统内的结构强度、动作匹配协调特性。4、 脱扣器脱扣器是致动操作机构的关键部件，在短路情况下，其动作的可靠性要求高及动作时间同样也要求短。其关键技术：输出力增加后对磁系统的优化设计。5、 外围辅助触点辅助触点主要反映了动力底座模块内部各部件的状态，其输出的真实程度给用户影响较大。其关键技术：辅助触点的可靠性。六、研究方向、实施方案及可行性分析本学位论文的主要研究工作是设计CB1-63控制与保护开关电器的动力底座模块，主要包括触头灭弧系统、电磁系统、操作机构、脱扣器 、外围辅助触点。考虑到其基本框架与CB1-12/32控制与保护开关电器的结构类似，同时参考目前市场上成熟的相同规格电流的断路器和接触器的部分参数，本学位论文的主要研究工作应该能够顺利完成动力底座模块的研制任务。下面分别介绍每一组成部分的实施方案：1、 触头灭弧系统触头灭弧系统的基本结构特征继承了CB1-32的结构，依据市场上同样规格电流的分立器件的相关参数统计，可先拟定触头灭弧系统的设计参数，再结合理论计算分析、UG建模、ANSOFT仿真分析，确定初步设计方案。2、 电磁系统电磁系统基本结构特征也继承了CB1-32的结构，设计成带有永磁体且多气隙配合的结构。考虑到触头灭弧系统参数增强，主要以触头灭弧系统力特性的变化为主，对电磁系统的设计提出了更高的要求。在有限的空间内，满足电磁系统力特性的要求，通过UG建模，ANSOFT仿真分析，对电磁系统进行优化改进设计。3、 操作机构操作机构基本结构特征也继承了CB1-32的结构，由于触头灭弧系统力特性的变化，要求操作机构的储能弹簧力相应的增加，这样一来，原有操作机构的零部件的结构强度需要重新校核。同样，通过UG建模，再利用ADAMS仿真分析和ANSOFT强度校核，对操作机构进行优化改进设计。4、 脱扣器脱扣器的结构特征基本上可沿用CB1-32的结构，受操作机构储能弹簧力增加后的影响，其脱扣时的解锁力是否能够足够需要进行验证。脱扣器内部也是一个带有永磁体的小型电磁系统，通过UG建模，ANSOFT仿真分析，对脱扣器进行优化改进设计。5、 外围辅助触点外围辅助触点根据设计要求，通过UG建模，能够体现操作机构和电磁系统的状态输出。二、论文工作进度与安排起讫日期工 作 内 容 和 要 求备 注2012年9-11月完成开题报告2012年11-12月完成动力底座模块的方案设计2013年1-2月完成动力底座模块的技术设计2013年5月完成动力底座模块的样机试制2013年6-7月完成相关试验验证及设计改进2013年8-9月撰写毕业论文2013年11月答辩学校指导教师对开题报告的综合意见指导教师（签字） 年 月 日校外指导教师对开题报告的综合意见 指导教师（签字） 年 月 日开题报告审议情况记录、审议小组意见（审议小组成员3-5人）、投票表决结果审议小组出席 人通 过 人不 通 过 人、审议小组组长（签名）_审议小组成员（签名）_ _ _ _ _年 月 日院（系、所）意见 负责人（签字或印章）年 月 日11