智能电器5..ppt

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1、五.电子操动5.1 现有操动系统及其局限性5.2 电子操动的构成与设计原则5.3 操动机构的寿命与可靠性5.4 智能操作与直流断路器5.1 现有操动系统及其局限性 断路器在制造和总装上分为两种:1.将高压断路器各种构件装成一个整体；主要有压缩空气断路器。2.将高压断路器分为本体与操动机构两个部分，分开制造然后进行配合应用；主要有油断路器、SF6断路器和真空断路器等。操动机构的定义：在断路器工作的各种条 件下，用来实现触头的 可靠分、合的机构，主 要包括操动能源和传动 机构。对断路器操动机构的基本要求：1.有足够的操作功与操作功率，保证所需的刚合速度，并使断路器在闭合短路情况下，能闭合到底。2.

2、能保持断路器在合闸位置，不因外界干扰产生误分动作。3.脱扣机构要求动作时间短，脱扣功与脱扣力小，动作准确，不能有拒跳的现象。4.为了保证合闸过程中的安全，一般要求能自由脱扣。5.操动机构的控制回路，要保证动作准确、连续，即分后准备合，合后准备分。6.操动机构控制回路要分、合闸指示信号正确。在不成功重合闸的情形下要能防止跳跃。传统的操动机构：1.手动操动机构 优点：结构简单，不用特殊的能源或储能装置 局限性：操作功与操作人员的体力有关，不能 远距离操作，不能重合闸。2.电磁操动机构 优点：结构较简单，多用于少油断路器 中和真空断路器中。局限性：一般需用较大功率的直流电源，输出力较小，动作时间较长

3、。3.弹簧操动机构 优点：不需要大容量的能源装置，应用广泛。局限性：出力特性与断路器的负载特性配合较 差，对工艺要求高，安装调整较困难。4.气动操动机构 优点：构造简单，工作可靠，出力大。局限性：需要有专门的压缩空气供给设备。5.液压操动机构 优点：操作功高，能量密度大，出力大，体积 小。局限性：由于管道及油的本身特点，使其传动 压力有一定的损失，另外，油很容易 受环境温度的影响。综上所述，现有的操动机构基本上都属于机械式的传动机构，而在高压断路器的操作事故中，有7080%是由于机械结构的动作和性能不可靠，所以，新型结构的操动机构正呼之欲出。5.2 电子操动的构成与设计原则 随着电子计算机技术

4、及信息技术的飞速发展,高压电器领域正经历新一轮的更新换代,新概念电器层出不穷。在高压开关领域,智能化开关发展迅速。所谓智能化是指使对象具备灵敏准确的感知功能、正确的思维与判断功能以及行之有效的执行功能而进行的工作。感知功能是传感器的任务,思维和判断是计算机的任务,相关理论与实践都比较丰富,也取得了显著的成效。但“行之有效的执行功能”的实现,目前仍在发展阶段,这就涉及电子操动的概念问题。电子操动系统的核心机构是永磁机构。图1 典型永磁操动机构系统 图2为双稳态永磁操动机构，在中间铁心的上、下分别装有二个线圈（分闸和合闸线圈），图3为单稳态永磁操动机构，合闸靠励磁线圈，分闸靠分闸弹簧。而在保持时主

5、要是永磁体形成的磁通在轭铁和铁心中形成的闭合回路来维持。特点：结构简单，减少了机械故障发生的几率。电子操动的控制器和电源部分是保证永磁操动机构可靠工作的主要部分 电子操动能源部分是由电源变换器对电容器充电，然后通过电容器对永磁机构中的励磁线圈 脉冲放电，从而产生脉冲电场驱动铁心运动。电源有以下以种形式 1.通过晶闸管整流对电容器充电，缺点是充电电压值随交流电压的变化而波动。2.直接用直流电源对线圈放电，但是要求有较大的功率。3.用直流稳压电源对电容器充电，它可以在交流电源较大的波动范围内保持稳定的充电电压值，缺点是造价较高。控制器主要包括以下几个部分 1.信号接收部分 例：从机构中的位置传感器

6、传来的位置信号。或者是从外部输入的控制信号。2.根据设计要求不同，具备一定的思维、判断能力。例如：对故障的判断能力，或者是具有重合闸能力等。3.精确的控制能力，控制时间分散性最小 例如：在相控开关中、利用电流转移原理工作的直流断路器中的控制。永磁机构的设计原则 对于对于永磁机构，我们主要关注其动作速度等特性，在研究时主要是关注它的动态过程，所以对此结构（永磁机构），在电路上必须遵循电压平衡方程（即电磁线圈带电方程式)在运动上必须遵循达朗贝尔运动方程，在磁场上必须遵循麦克斯韦方程。因此可以列出如下状态方程组：求解的关键是解函数斜率预测校正值Kj、Lj、Sj和Mj的计算。也就是求解I(t)和F(t

7、)的值。通过以上的各方程求解，可以求出在不同的开距下各参量的值，从而为设计提供了依据。另外在上面的求解当中，吸力Fx求解不够精确，精确的办法是在整个磁场内用有限法求解磁场，然后由磁感应强度B来求解吸力Fx。但是此方法求解非常复杂。此法求解吸力Fx见下式：另外在求解动态方程组时，若要考虑涡流效应时，磁链方程式中的i应变为涡流与电流之和，即：其中ie涡流。5.3 操动机构的寿命与可靠性对于电子操动系统的具体情况，可靠性体现在能源部分是失效问题，在磁系统中是磁性能劣化的问题，在控制部分则是电磁兼容问题。1.电子操动的能源系统 储能电容器的寿命是一个重要的问题，过电压、高温运行引起的介质老化是影响电容

8、器寿命的重要因素。电容器给定的热参数为最大漏电流、介损和允许纹波电压。发热损耗P可近似表示为：可在设计电子器件的安装位置里加以考虑，不致造成较大的温升。2.永磁性材料磁性能的劣化是人们在接受永磁机构时所关注的另一个问题。对于近年来开发出来的稀土钕铁硼材料而言，其退磁程度很小。永磁性材料磁性能的劣化应在出厂工艺处理方面和冗余设计方面给予解决。此外，永磁铁充磁后出厂前，根据可能遇到的情况人工退掉10%左右的剩磁，以提高磁稳定性。3.电磁兼容是电子操动系统要添加的试验项目。主要试验内容包括：辐射电磁场干扰试验，振荡波干扰试验，瞬变脉冲串试验，静电放电试验等。如把电子操动系统看作各元件的串联,其可靠度

9、分配满足下式:5.4 智能操作与直流断路器电子操动系统在开关设备中的智能操作直流断路器的工作原理 由于直流电弧没有自然零点，分断时需在直流上迭加交流，产生电流过零，实现开断，也就是所谓的电流转移原理。图5所示为典型的电流转移原理示意图，图中电容C预先充有一定等级的电压，当出现短路故障时，灭弧室CB1分断，同时CB2闭合，使预充电的电容器C经灭弧室CB1放电。此时电流I2的方向与I1相反，并迫使流过CB1中的电流为零，使CB1得到了较好的开断机会。一种基于电子操动的新型结构的直流断路器 -用一根操纵杆，按照不同的杠杆比，同时进行CB1的开断和CB2的关合。一方面，跟以往的操动机构不同，由于两个灭弧室同时动作，在分、合闸时由于各自灭弧室本身互为相反的自闭力，使反力得到一定程度的减小；另一方面，此种结构不但实现了电流的转移，而且保证了一定的燃弧时间。开断试验 利用电子操动系统及新型结构的直流断路器在实验室的合成回路上做开断试验，见下图。思考题：1 简述电子操动的基本概念和意义。2 推导永磁机构保持力的简化公式。3 简述同步开关的应用领域和意义。4为什么直流开断要求尽可能高分闸速度？真空开关速度上限受哪些制约？