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1、空气断路器的开展方向与产品开发lihan导语：空气断路器正朝着向小型化、高性能、模块化开展随着中国当代化进程的加快，国外各大企业纷纷瞄准中国的市场，加快了占领中国市场的步伐，将各自的技术含量高、具有独立知识产权的产品投放市场，形成群雄逐鹿的竞争态势；相应国内厂家不甘落后，奋起直追，推出以智能化、可通信为主要特征的新一代低压电器与之抗衡，市场占有率逐年度进步。在竞争中，低压电器的整体程度得到进步。与此同时，各个消费厂家对具有独立知识产权的技术加大了保护力度，这可以从专利的申请数量及内容上看出。断路器向小型化、模块化开展纵观国外著名低压电器制造商从20世纪90年度代后期至21世纪初推出的新一代产品
2、，我们可以发现，空气断路器正朝着向小型化、高性能、模块化开展。法国施耐德公司在M系列根底上推出了MT系列：与M系列相比额定运行短路分断才能与额定短时耐受电流进一步进步，实现Icu=Ics=Icw；产品外形缩小，保护功能齐全；智能控制器在原保护功能根底上，增加电压、频率和功率的测量，谐波和基波的计算，准确分析电网质量，能与多种总线连接等。增强了对知识产权的保护，在脱扣器、主轴、灭弧室及抽屉式等的设计上申请了多项专利保护。详细来讲，各厂家样本提供的断路器尺寸均较老产品小，分断指标都有进步，保护功能齐全，外观较以前有较大改良，有自己的特征，新颖、美观。各部件的模快化设计，进步了产品的通用性，经济，实
3、用，便于实行大规模专业化消费。还可根据用户的需要，灵敏选用，以到达最正确效果。脱扣器系列的模块有经济型、高性能型；二次接插件的模块化设计，那么可根据不同的需要增减回路数；触头系统和灭弧室的模块化设计，使四极及大规格断路器设计和加工本钱大大降低。比方：法国施耐德公司的MT6300A断路器的一极就是由MT4000A的两个触头系统和灭弧室所组成；ABB公司的Emax系列断路器每一极就是一个独立的模块，模块化程度更高；同一框架等级不同规格只是将触头的片数进展改变，经济实用，有特色。E6300A断路器的一极的就是由E3200A的两个触头系统和灭弧室所组成，西门子公司的触头系统是分体式构造，组合方便，并申
4、请了专利。讲明各厂家在设计思想上已达共识。我国的DW45、DW450、DW50断路器设计汲取了国内外优秀的设计理念，成功地设计出我国新一代的框架式断路器。断路器向更平安，更可靠方向开展断路器在向小型化、模块化开展的同时，更注重平安性和可靠性的进步。比方：操作机构指示上，法国施耐德公司和德国西门子公司都增加了储能后允许合闸和储能后不允许合闸的2种指示标志，以进步机构寿命，防止机构空打受损；增加机构操作次数的显示，使可靠性得以进步。增加反映断路器实时状况的触点，知足断路器合分状况远程监控的需要。增加脱扣器与断路器本体的连锁，脱扣器假设没有正常安装，那么断路器不能进展操作，防止发生误动作。抽屉式断路
5、器增加3个位置的连锁指示，方便用户平安、正确地使用；增加插入式触头的锁，进步平安性；面板上，增加对操作机构的锁、对脱扣器的锁，以防止对断路器的误操作。各公司都加大了对知识产权的保护力度，相应的技术创新点都申请了专利进展保护。在断路器主要零部件上，德国西门子公司在主轴的固定方式上申请了专利，主要目的是增加主轴安装的准确度，防止屡次操作后主轴安装位置发生变化，影响触头的开距和超程。出于同样的目的，法国施耐德公司在主轴固定安装的方式上也进展了改良，这些设计思想可为我们国产断路器的设计提供良好的参考。断路器向高性能、可通信方向开展各种类型的智能控制器的构造一般由3个局部组成：其一是传感器，用来检测电流
6、、电压、频率、相位等参数。一般是采用空心互感器，以保持线性输出确保精度。其二是控制器的电子部件，一般是由高度集成的单片机、显示器等电子器件及其印制电路构成，用来对传感器检测到的信号进展处理，之后由显示器及执行元件作相应的显示及动作。对于具有可通信功能的智能控制器，还应带有通信协议模块。该模块可以外附称外置式，一侧接智能控制器，另一侧接至现场总线；可以以把模块设计在控制器内称内置式，只需与现场总线相连即可，以到达由计算机操作来进展四遥即遥控、遥调、遥测、遥信功能的目的，后者不仅体积小，而且抗干扰性能优于前者。其三是执行元件一般为降低能耗，都采用磁通变换器，正常情况下依靠永磁铁吸合铁心，处于闭合状
7、态。当控制器的电子部件发出动作指令时，电流通过线圈产生反向激磁，克制永磁铁圈原有磁通，依靠反力弹簧使动铁心释放，到达推动断路器脱扣而断开的目的。控制器一般采用双电源供电，其一是外接电源，主要用于负载电流低于30%40%额定值时及维持除故障保护功能外的其他功能。例如显示功能等。其二是速饱和电流互感器供电，仅在负载电流高于30%40%额定值时才起作用。当主电路电流很大时，由于铁心处于磁饱和状态，其二次输出根本维持在某一值上，因此不会损坏控制器。新型断路器不仅分断指标高，性能也更加完善，可提供多种保护特性曲线，以国产DW45为例，可提供6种可选择的过载曲线，公式如下。1标准反时限t=K/N0.021
8、2快速反时限t=K/N13特快反时限一般用处t=K/N214特快反时限电动机保护t=K/1.151ogN2/N21.15式中N=I/Ir5高压熔丝兼容t=K/N416符合IEC60947断路器标准的反时限曲线t=K/N21智能型过电流控制器具有过载长延时反时限、短延时反时限、定时限、瞬时功能。可由用户自行设定组成所需要的保护特性；单相接地保护功能；显示功能：整定电流显示、动作电流显示、各线电压显示；报警功能：过载报警；自检功能：过热自检、微机自诊断；试验功能：试验控制器的动作特性。智能型控制器还具有通信功能，具有串行通信接口，通过通信接口可组成主从构造的局域网系统，由一二台计算机作为主站，假设
9、干智能断路器或者其他可通信接口元件作为从站。针对断路器单元，系统可实现远间隔的“四遥功能，多种电网参数和运行参数的监测，智能断路器当关运行状态监视，各种保护限值参数的调整和下载，智能断路器的分、合操作控制等。系统适用于各种电站，发电厂厂用电，中、小型变电所，工矿企业，楼宇等配电监控系统建立和改造。广泛使用各种新技术、新材料，使产品跃上新的台阶近年度来，在空气断路器的开发中，广泛使用各种新技术、新材料，使产品跃上新的台阶。通信技术的引入和施行，使断路器的使用范围大大扩展。同时，各公司着力开展有独立知识产权的高性能新产品，加大知识权的保护力度，维护自己的权益，这也表达了“有特色才有生存，拓宽产品的
10、生存空间。详细来讲，当一个公司在短期内申请某一产品专利的数量比以往增加较多时，往往该公司正在为进入市场作准备。作为新产品设计来讲，及时学习和掌握各种新技术、新材料，对产品的开展有重大意义，这也是新产品开展的动向之一。另外，西门子产品电镀件非常小，大量使用不锈钢，采用发黑和氮化等工艺，表达其鲜明的环保特色。在新产品开发中广泛应用计算机技术计算机的应用日益广泛，随着技术的飞速开展，计算机在越来越多的领域里大展身手。在新产品设计中，有计算机帮助，不但使设计周期大大缩短，而且设计精度可以大为进步，有效地降低了本钱，加速了新产品开发的进度。详细地讲，有以下几个方面。1.设计前期，计算机是技术分析的好助手
11、设计前期，进展可行性研究时，计算机无疑是最正确助手，计算机独有的信息处理才能，信息储存才能，使工作事半功倍。可上网查询国内外同类产品进展比照分析，取长补短，进展专利、标准的查询和分析，及时掌握最新的技术动态；结合详细的产品，确定产品开发的总体方案，还可以进展多方案分析比拟，选取最正确方案，为产品设计打下良好的根底。下面结合国产新型断路器DW4501600作一阐述。在国产新型断路器DW4501600数字化、可通信、小容量万能式断路器的设计前期，我们利用计算机查询了有关国内外的最新资料，对西门子、施耐德、ABB等公司的产品性能、技术指标、专利技术的应用作了详尽的解析，对新产品的定位、总体方案确实定
12、起了参考作用。设计初期，利用计算机辅助设计进展了多方案的比照，确定最终方案。在以前，这些要花费大量的时间，如今不仅大大缩短了时间，而且，可以借助于计算机进展异地的资料传输，方案比拟及研究，节省了大量的人力和物力。有了第一手资料，我们根据所确定的参数进展方案设计，根据计算，我们在计算机上进展触头回路数的多方案比拟，主触头采用多档触头并联方式。我们通过对6回路和7回路两种方案的分析计算，发现6回路所需合闸力大，触头压力小，这对减小机构尺寸，进步分断才能不利；因此7回路方案优势较大，据此，采用7回路并联方式。设计出触头系统的雏形；根据以往的经历，粗定触头的开距和超程；进而推算至操作机构，确定操作机构
13、的雏形，再根据该操作机构的雏形，作出机构推动触头分合的一系列动作图，测出触头的开距和超程，在此经过中，不断进展调整、修改，以达最正确。在此工程中，我们进展了十余次的修改，这是以前手工设计所不能想象的。有了机构和触头系统的雏形，在计算机的帮助下，结合以往的经历和详细的要求，我们作出了灭弧室、基座、电操机构、脱扣器、抽屉座乃至整体的设计雏形，为下一步工作打下了根底。2.计算机已成为设计中必不可少的重要工具以前，我们使用的AutoCAD软件进展设计，只能进展二维的设计，不能进展深度的分析；如今我们采用UG软件进展设计，能进展三维设计、动态分析、机构动作演示分析等，使产品设计如虎添翼。在新型断路器DW
14、4501600数字化、可通信、小容量万能式断路器的设计中，我们用UG软件进展设计，获得很好的效果。在设计出产品雏形的根底上，分工进展各部件的设计，UG三维设计软件直观、准确，使许多内部构造由不可视变为可视，大大防止了设计中的过失，还可进展定性、定量分析，如干预分析等，使设计的准确度大为进步。比方：在设计触头灭弧系统时，既要求引弧片靠近触头，又不能碰到，在计算机里很直观，能很准确地看到并测量出间隙量，使设计合理、准确。在抽屉座的设计中，根据行程设计的凸轮曲线是否能准确地将本体挪动到位，挪动经过中受力情况是怎样变化，以前无法快速、准确地得到。如今，可在计算机的帮助下，准确、快速地分析出受力状况，以
15、便合理地设计出零部件，在机构分析设计、脱扣器的设计中，更是离不开计算机的帮助。在机构受力分析，弹簧的合理设计，电动操作机构的输出力矩计算等，计算机的帮助使设计精度大为进步。目前的开矩、超程与理论设计仅误差0.5mm，脱扣力计算值与实测值根本吻合。充分表达出计算机设计的优越性。以往繁琐的弹簧计算、公差查询等工作，通过对软件的二次开发，使这些工作变得简单易行，大大缩短了设计周期。3.计算机是新产品试制中的好帮手图样设计完成后，进入产品试制的本质性阶段。计算机无疑成为好帮手，它在分析故障、改良设计、完善设计中起着重要作用。比方：首次装配的机构出现了许多问题，机构不能操作，改良后又不能合闸到位，原因是
16、出现假合闸，机构没有过死点；为此，我们从机构原理、加工工艺、装配等几个环节查找原因，借助于计算机的帮助，从原理图上找出影响机构合闸的零件及其尺寸，为确保零件的关键尺寸，进步零件的部分加工精度等，获得良好效果。就这样，在计算机的帮助下，我们对实际出现的问题进展定性、定量的分析，提出了详细修改方案，使产品不断完善。计算机还在创新设计中大显身手。在该产品设计方案审查中，有专家祈望能将高度尺寸降下来。我们认真分析产品构造，要使整体尺寸降下来，一是要降低底部尺寸，为此我们重新设计齿轮齿条副及凸轮传动曲线，在计算机上模拟齿轮齿条副的运动，进展运动分析，成功降低十余毫米；二是要降低二次接插件的高度，以往国内
17、外都是垂直型安装，方便、直观；假设采用程度安装，尺寸可降低较多，但不直观，接线也不方便。我们集思广益，确定以斜45形式安装，在计算机的帮助下，成功解决该难题，并申请了专利。这样，整体高度减低了近30mm。这是我们抽屉座设计的关键。如此大的工作量，在以前手工设计时，不光耗时长，精度低，而且预先无法演示；采用计算机辅助设计后，使设计周期大为缩短，设计精度得以进步，而且可以预先演示几个方案的情况，以便选择最正确方案，这在新产品设计中尤为重要。在产品外观设计中，计算机无疑是最好的工具。计算机可以直观地显示方案的实际效果，同时进展多方案比拟，可以显示出即时的修改效果。为了改变我国工业产品外观的傻、大、黑、粗的传统观念，我们在面罩的设计上着眼于突出产品特征，有新意，能在诸多产品中有与众不同的感觉0