开关动态性能

开关动态性能（精选7篇）

开关动态性能 篇1

0引言

接近开关无需与运动部件进行机械接触,就可以对被检测物体进行位置检测,将物体位置量转换成开关量电信号,输出至负载以完成信号控制或信号的转换。接近开关的本质是一种电子开关型传感器,具有传感器的优良性能,其动作可靠、性能稳定、频率响应高、抗干扰能力强、重复定位精度高,且与被测物体无机械接触,具有防水、防油污、耐腐蚀等优点[1,2,3]。利用锑化铟磁敏电阻对铁磁性物体具有较高灵敏度[4,5,6]的优点可制成磁阻式接近开关,替代传统的电磁式和霍尔式接近开关,实现对铁磁性物体检测,用于定位控制和位移、计数、转速等方面的测量。

1锑化铟磁阻式接近开关工作原理

锑化铟磁阻式接近开关是基于锑化铟磁阻效应原理[4]制成的,其核心部件为锑化铟磁敏电阻。锑化铟磁敏电阻主要组件为电极、引脚、磁阻元件MR1和MR2(阻值大致相等)、永磁体、绝缘基片和金属外壳(屏蔽外部干扰和保护磁阻元件)。内部由环氧树脂灌封而成,三个引脚分别与电源、地线和输出端相连,其内部结构和等效电路如图1所示[5,6,7,8,9]。其中永磁体为两个磁阻元件提供偏置磁场,使磁敏电阻工作特性移到电阻-磁场变化曲线的线性范围之内,提高磁敏电阻灵敏度。由于偏置磁场使磁敏电阻处于相同的磁场环境,因而当无铁磁性物体靠近时,磁阻元件MR1和MR2阻值基本相同。当铁磁性物体通过磁敏电阻时,永磁体的磁场分布发生变化,先通过磁阻元件MR1时,通过MR1的磁感强度增大,通过MR2的磁感强度减小,因此致使MR1的阻值增大,MR2的阻值减小;反之,当铁磁性物体通过MR2时,MR2的阻值增大,MR1的阻值减小。在直流电源供电的情况下,两个磁阻元件阻值的变化将引起磁敏电阻的输出电压发生变化。

2信号处理电路

磁敏电阻的输出电压输入到锑化铟磁阻式接近开关电路,经信号放大电路、比较电路和驱动电路几部分处理[10],就可得到与磁信号相对应的开关量电压信号,如图2所示。磁敏电阻采用三端式输出,可以有效减小环境温度变化引起的温度漂移,且能稳定低频时放大电路的输出电压。电压跟随器用于提高信号放大级的输入电阻,减小输出电阻,降低对锑化铟磁敏电阻影响。采用直接耦合方式进行滤波放大,可满足较宽频率范围的检测需要,并能滤除环境中的高频噪声。反相输入比较器保证接近开关具有较好的动态响应、较小的差程和较高的灵敏度。实际应用中,可根据动作距离需要调节电位器R8,设置比较级电路的阈值电压。驱动电路的达林顿连接方式用于提高接近开关的带负载能力。

3实验结果及讨论

实验使用钕铁硼磁铁(表面磁感应强度为210 mT,与接近开关的相对面积为2.5×10 mm2)为检测物体,设接近开关表面与钕铁硼磁铁的相对距离为径向间距,接近开关中心到钕铁硼磁铁中心的水平距离为侧向间距,接近开关中心位置设为零距离。实验过程中,将钕铁硼磁铁以0.2 mm/s的运动速度沿水平方向靠近接近开关感应面,当距接近开关较远时,磁敏电阻未受磁铁的影响,因此磁阻元件阻值大致相等,磁敏电阻输出电压为2.56 V,此时电路处于低电平工作状态。当钕铁硼磁铁逐渐靠近接近开关内置的磁阻元件MR1时,其阻值增大,而MR2阻值减小,当接近开关输出高电平时,记录此时的侧向间距,即得到接近开关的动作距离。当钕铁硼磁铁越过接近开关中心位置到达接近开关中心位置另一侧时,接近开关输出低电平时,记录此时的侧向间距,得到接近开关的复位距离。

由于径向间距不同的情况下,钕铁硼磁铁产生的磁场会对磁敏电阻产生不同的影响。因而放大电路的输出电压也将发生不同变化,但实验过程可知,径向间距3～9 mm范围内,径向间距对应的电压输出曲线变化趋势基本一致。由于接近开关比较级电路的阈值电压保持不变,因此不同径向间距下,接近开关的动作距离、复位距离、回差值和差程等开关特性也不同。实验测量取同一接近开关重复10次实验,测量结果的平均值如表1所示。

由表1可以看出,径向间距对接近开关的动作距离、复位距离、回差值和差程值都会产生影响,根据实验数据,得出差程与径向间距之间的关系如图3所示。

由图3可以看出,虽然接近开关的动作距离、复位距离等特性会随径向间距发生变化,但在径向间距3～7 mm的范围内,接近开关的差程值基本保持不变,说明锑化铟磁阻式接近开关具有良好的开关特性和稳定性。当径向间距大于7 mm时,由于外界环境的干扰导致接近开关稳定性变差,差程发生明显变化。考虑到实际工业生产和自动控制中接近开关的动作距离要求和环境干扰对接近开关的影响,接近开关取径向距离为4 mm为宜。径向距离为4 mm时,侧向间距大于8.13 mm,电压比较器的反相输入端电压大于同相输入端电压,接近开关为初始状态,保持低电平工作状态;当侧向间距小于8.13 mm时,电压比较器的反相输入端电压小于同相输入端电压,接近开关工作发生跳变,输出高电平;当检测磁铁越过接近开关中心位置后,接近开关复位,跳变为低电平。实验结果可知,径向间距为4 mm时,接近开关的动作距离可达8 mm以上,且回差距离小于0.06 mm,重复定位精度小于0.04 mm。频率实验表明,磁阻式接近开关在0～5 kHz的频率范围内都能够正常工作,动态特性良好。

4结语

锑化铟磁阻式接近开关结构简单、灵敏度高,可靠性好。实验可知,径向间距不同对应的接近开关的动作距离、复位距离、回差值和差程都不相同。径向距离为4 mm时,接近开关动作距离大,回差距离小、重复定位精度高,具有良好的动态特性。实验结果可知,该接近开关动作距离为8.13 mm,在0～5 kHz频率范围内,动态性能良好。采取适当的温度补偿和屏蔽措施,可以有效减少外界对接近开关传感器系统的干扰,提高接近开关稳定性,替代传统的霍尔接近开关,用于铁磁性物体检测。

摘要：为了寻找一种接近开关用于对铁磁性物质的检测,设计了基于锑化铟磁敏电阻的接近开关。介绍了它的工作原理和信号处理电路,并对不同径向间距对应的动作距离特性进行了实验研究。实验结果表明,径向间距为4mm时,接近开关性能最佳,此时接近开关动作距离为8.14mm,回差距离为0.05mm,重复定位精度小于0.04mm。该接近开关灵敏度高,开关动态特性较好,可适应于工作频率0～5kHz范围内的铁磁性物质检测。

关键词：接近开关,磁敏电阻,锑化铟,开关动态性能

参考文献

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双向气动快速开关阀动态特性分析 篇2

目前对高速阀门的研究多以电磁阀[1,2]为对象,然而,一些易燃易爆介质场合(如军工用高压氧气阀门)无法使用电磁阀,此外电磁阀存在大流量和高频响之间的矛盾。使用气动阀进行远距离集中控制或就地控制可解决此类问题,同时还能解决大口径阀门目前存在的能耗较高的问题。

现有蝶阀采用的是弹簧复位拔叉式传动机构[3],各方面性能均满足使用要求,但因其采用单作用结构,会存在回复弹簧变形问题,并且响应速度很大程度上受气缸性能的影响[4,5]。为此,本文采用ADAMS仿真技术[6,7,8,9]与实验测试相结合的方法[10,11],以自主研发的双向冲击气缸为动力,设计了一种快速开关阀,它不存在回复弹簧变形的问题。

1 双向气动快速开关阀动力学仿真基础

1.1 双向气动快速开关阀动力学方程

双向气动快速开关阀系统的动力学方程可用非自由质点坐标系表示,用拉格朗日乘子算法处理位置约束和运动约束后得到运动微分方程。

对于刚体,采用笛卡儿坐标和欧拉角作为广义坐标,即qi=(xi,yi,zi,ψi,θi,φi)T,对于双向快速开关阀动力学系统,有q=(q1T,q2T,…,qnT)T,其动力学微分方程为

式中,T为系统动能;q为系统广义坐标系统;为广义速度列阵;Q为广义力列阵;ρ为对应于完整约束的拉氏乘子列阵;u为对应于非完整约束的拉氏乘子列阵;φq(q,t)为完整约束方程;为非完整约束方程。

令,把式(1)降为一阶代数微分方程组一般形式,即

式中,λ 为约束反力及作用力列阵;F为系统动力学微分方程及用户定义的微分方程组;Φ 为描述约束的代数方程组;G为描述系统速度的方程组。

定义系统的状态矢量y = (qT,uT,λT)T,式(2)可写成单一矩阵方程,即

1.2 双向气动快速开关阀仿真算法

双向气动快速开关阀仿真算法采用Gear预估-校正算法,其核心在于对系统状态矢量值进行预测,通过分解系统雅可比矩阵进行求解,反复迭代,若预估结果与校正的差值小于规定误差限,则接受该解,否则重新估计、校正直到满足收敛条件。

2 双向气动快速开关阀结构设计

双向气动快速开关阀设计特点为:启闭时间一致,响应快,流量大,因此快速开关阀由双向冲击气缸、蝶阀和动力转换装置三部分组成。

如图1所示,双向冲击气缸作为执行机构为开关阀提供快速稳定的冲击力与回程力。内置换向阀的双向冲击气缸主要参数见表1。

1.后端盖2.后端盖进气口3.后蓄能腔4.通气管5.后中盖6.无杆腔7.有杆腔8.活塞杆9.前中盖10.前蓄能腔11.前端盖12.前导气管13.前中盖喷口14.后导气管15.蓄能腔进气口

图2所示为垂直板式硬密封蝶阀,阀门型号为D641-10P,阀板通径为300 mm,阀轴直径为50mm,阀板厚度为30mm,密封填料摩擦力矩为140N·m,阀座密封表面层堆焊耐高温耐腐蚀合金材料,密封圈由不锈钢片与柔性石墨片相间层叠组成。

图3所示为气动快速开关阀的动力转换装置,阀轴上端部通过花键水平固定开槽连接件,并通过活塞杆上的固定滑块将气缸冲击力转化为阀门的旋摆运动,依靠传动机构保证密封。由于双向冲击气缸冲击动能过大,并且该快速开关阀不使用弹簧力回复,因此在阀门开启过程中如不采取有效措施,双向冲击气缸就会对快速开关阀的其他部件造成破坏,故在动力转换装置的末端引进一个气动缓冲器。活塞杆在气动缓冲器的作用下减速至零,完成阀门的开启过程,同时消除过大的动能对装置造成的冲击损伤。缓冲器主要参数见表2。

1.气动缓冲器2.阀轴3.滑块4.螺母5.活塞杆6.气缸

3 双向气动快速开关阀实验测试与仿真分析

在使用ADAMS对快速开关阀进行仿真前,需要获取仿真所需双向冲击气缸的参数性能,即冲击气缸位移与速度之间的关系。 为此,采用实验测试的方法,通过Hotshot mega高速相机捕捉气缸位移-速度函数,如图4所示,图中,p为工作气源压力。

在0.7MPa工作气源压力下,将0.06s内双向冲击气缸活塞杆的运动情况以速度函数的形式输入到ADAMS中。

通过ADAMS对双向气动快速开关阀进行动力学仿真,将蝶阀(图5)的固定约束阀体省略,简化为阀轴,双向冲击气缸仅作为驱动设备,简化为活塞杆。 通过ADAMS提供的四种约束将开关阀构件组成一个机构系统,见图6。

快速开关阀为垂直板式结构,阀板两边受到的水流冲击力相等,相当于在无水流冲击下进行仿真。选取阀轴顶端垂直于动力转换装置的边缘点和滑块顶端圆面中心点为观察点。气动快速开关阀未安装缓冲装置时的动力仿真结果如图7所示。活塞杆的速度、位移曲线表明活塞杆在阀门开启过程中一直加速,在0.01s和0.015s时加速度发生突变,这与动力转换装置的结构有关,活塞杆最大速度达7m/s,最大位移为140mm;阀门在0.005s之后角速度快速上升,在0.03s达到角速度最高值78.5rad/s,并在0.034s时开始下降,阀门开启运动比较平缓;阀轴轴向速度始终不为零,由伯努利方程可知,阀轴转速过快,受到向上的升力。

使用PNJ011-双气室单杆插孔元件来模拟气动缓冲器,在活塞杆的作用下,通过缸体左侧缓冲腔内的气垫来吸收动能,从而达到缓冲的目的。安装缓冲器时需注意,安装位置离活塞杆太近会导致阀门不能完全开启,若太远则缓冲效果不明显,阀轴的部分残余冲击力会直接作用在密封面上,对其造成破坏。 所以缓冲器安装位置应计算准确,以保证当开关阀开度最大时,阀板的旋转速度为零并保持不动。阀门运动过程中缓冲器活塞杆应满足

式中,ps为缓冲器内部压力;S为缓冲器截面积;F为活塞杆对缓冲器的作用力;ds为缓冲器内部长度;Lx为缓冲器安装位置距动力转换装置左边顶点的距离;l为阀门有效转矩的力臂;M为阀轴有效转矩。

缓冲器安装在活塞杆轨迹线的末端,因缓冲器内部长度为30mm,所以双向冲击气缸的活塞杆在位移L为110~140mm范围内的速度取值范围为6.39~7m/s。缓冲器在运动过程中速度随着双向冲击气缸活塞杆速度的减小而减小,因为ds>L >0,所以存在一点使得Lx=L,此时,Lx即缓冲器安装的位置。 图8所示缓冲器的位移、速度、压力曲线表明,缓冲器活塞杆速度降为0时,位移最大值为20.5mm,缓冲时间为5ms,即气动缓冲装置的安装位置为活塞杆端部距动力转换装置初始顶点20.5mm处。由缓冲腔压力曲线可知,在开启过程中,内部压力逐渐增大至最大值2.48MPa。经计算,在内部缓冲压力取最大值时,缓冲器对双向冲击气缸活塞杆的反作用力远小于硬密封蝶阀的操作力矩与气源压力之和,即缓冲结束后双向冲击气缸不会回弹。

气动快速开关阀关闭时间不仅与双向冲击气缸节流孔设计、弹簧垫片缓冲设计有关,而且与气源回程压力和气动缓冲器的反作用力有关。由活塞杆位移曲线可知,123.5mm位移处所对应的时间为0.033s,因此可计算出双向快速开关阀开启时间为0.038s。由图9所示的阀门角度变化曲线可知,阀门关闭时间为0.036s,与阀门开启时间基本一致。

4 结论

(1)本文以自主研发的双向冲击气缸为执行机构,根据流量、响应速度、可靠性的要求,设计出内置气动缓冲装置的双向快速开关阀。

(2)在0.7MPa气源压力驱动下,双向气动快速开关阀启闭时间一致,耗时仅为0.038s。

(3)气动缓冲装置的安装位置为活塞杆端部距动力转换装置初始顶点20.5mm处,最大内腔压力达2.48MPa,且缓冲结束后不会导致双向冲击气缸回弹,有效避免了因冲击过快导致的阀板撞击阀座而引起的部件破坏。

(4)阀轴在开关启闭过程中转速过快,受到向上的升力,因此产生轴向175μm的位移,设计阀门时需注意。

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开关柜性能结构特点分析 篇3

1 开关柜的性能

作为开关柜, 首先由外线先进入柜内的主控开关, 然后进入分控开关, 各分路按其需要设置。如仪表、自控、电动机磁力开关、各种交流接触器等, 有的还设高压室与低压室开关柜, 设有高压母线, 如发电厂等, 有的还设有为保主要设备的低周减载。所以开关柜的性能好坏直接影响到设备的正常运作, 在设计制作产品时应考虑它的性能特点。

1.1 动热稳定性能

柜体动稳定性能是生产商考虑的首要问题。在大电流的情况下, 一旦出现短路故障, 柜体应具备承受短路电流的能力, 对柜体的结构强度要求很高, 作为柜体的设计人员, 首先应考虑主母线的固定方式及位置放置。注意铜排的搭接处、连接部位紧固螺栓的压力, 以及测量导体材料导电率是否满足要求, 其接触面积不能太小, 避免接触电阻太大发热而使温度过高。同时应在柜体上设计散热槽孔, 当柜内电器元件发热后, 可通过散热槽孔对流排出, 使密封的柜体形成一个自然通风道, 达到散热的目的。

1.2 绝缘性能

开关柜的绝缘配合是按照设备的使用环境条件, 安装于供电系统位置, 绝缘材料性能等因素决定最小电气间隙和爬电距离。良好的绝缘对于保证电气设备与线路的安全运行, 防止人身触电事故的发生是最基本的和最可靠的手段。柜内主母线绝缘采用比标准性能高的爬电距离和电气间隙, 用CTI值高的绝缘件等措施。

1.3 故障电弧的保护能力

电弧是一种气体游离放电现象, 也是一种等离子体。电弧的特点是温度很高, 电流很小, 持续时间短, 一旦出现击穿点则会频繁出现。电弧放电时, 会产生大量的热, 能引燃周围的易燃易爆品, 造成火灾甚至爆炸。线路上的电弧可分为两种, 一种是正常的操作弧, 称“好弧”;另一种是故障电弧, 称“坏弧”。故障电弧主要是由于电线等电气绝缘老化、破损, 空气潮湿引起的空气击穿, 或者电气连接松动等原因造成的。电弧放电时, 会产生大量的热, 能引燃周围的易燃易爆品, 造成火灾甚至爆炸。

1.4 抗腐蚀性能

通常板材通过酸洗、磷化等前处理工艺后, 再经过喷涂、烘烤或电镀等各道工序达到抗腐蚀性能;而一些有特殊要求的柜体则采用敷铝锌钢板, 以保证柜体的强度与耐用度。

1.5 温升

柜体的温升也是考查柜体结构设计的一个重要指标。柜内的温升与外壳安装形式、外壳的尺寸、是否带通风槽以及通风槽的大小等参数有关。

2 开关柜结构的特点

2.1 从结构的形式上分为固定式和抽出式

固定式:能满足各电器元件可靠地固定于柜体中确定的位置。柜体常规外形为立方体, 如屏式、箱式等, 也有棱台体如台式等, 但较少。

抽出式:这种结构是由固定的柜体和装有开关等主要电器元件的可移动抽屉组成。装在柜内的抽屉, 能满足电气及机械性能的要求, 发生故障维修、更换时较为方便, 移进去后定位较为可靠, 同时也满足了开关柜对五防联锁性能的要求, 且同类型及规格的抽屉也能彼此互换, 因此就此柜体而言, 其机械强度及精度要求比较高。

2.2 从加工形式上分为焊接式、紧固件拼装、焊接与紧固混合

焊接式是采用传统的焊接工艺, 把相互关联的零部件采用焊接的方式焊牢, 加工比较方便, 而且坚固可靠;但在这种加工方式误差大, 焊后固件之间容易变形, 不方便调整, 美观性也不够, 并且不方便后期修整, 较大的柜体喷涂时比较困难, 对焊接工艺及加工人员的技能要求较高。

紧固件拼装式适于工件预镀, 易变化调节, 易美化处理, 零部件可标准化设计, 并可预生产库存, 构架外形尺寸误差小。但不如焊接坚固, 要求零部件的精度高, 加工成本相对上升。紧固件一般都为标准件, 其种类主要有常规的螺钉、螺母和铆钉、拉铆钉, 以及预紧而可微调的卡箍螺母和预紧的拉固螺母, 还有自攻螺钉等。也有专用紧固螺钉 (如国外引进的低压柜大多用专用紧固螺钉) 。

焊接与紧固混合是将焊接与紧固二者优点融合在一起, 一般在柜体的衔接处采用电焊, 可变或可调部分则以紧固件连接。较大柜体因焊接后镀覆有困难, 表面多以涂漆处理, 户外柜体如以预镀材料为构件而又必须焊接时, 则焊接部分可用热喷镀金属来处理。

2.3 从构件取材分型材、板材

型材有角钢槽钢也有特型钢管、特型槽钢。角钢槽钢的构件多以焊接形式连接, 加工中对连接端必须吻合而少间隙, 否则将影响焊缝而增大变形量;对特型钢管构件的连接则既可采用焊接形式, 也可以紧固件连接, 一般在连接部分要配以专用联接件, 联接件必须坚固正确, 否则将影响柜体外形。选用统一的特型钢管在统一面上布以统一间距 (模数) 的孔, 配以统一通用的联结件, 按统一模数组合成柜体, 便于柜体设计, 便于备制构件和生产准备, 但加工孔量多而用的少, 而且空间利用受一定限制。

板材构件则完全可以按需要定形, 无预设成型条件限制。这类结构设计工作量大, 定型后变异少, 结构主要处多用焊接, 变异处或需调处多以紧固件连接 (如低压控制箱和控制台等) 。

3 开关柜的不足与改进措施

3.1 空气绝缘间隙不足

长时间以来, 部分生产开关柜的厂家对开关柜的制作技术上偷工减料。使一些在运行的配电设备柜体内带电体之间的绝缘间隙多在120mm左右 (如高压开关设备) , 这种情况很容易导致电力事故的发生, 造成一定的经济损失。

3.2 设备运行环境不差

部分开关设备运行环境差, 容易受到灰尘、烟雾、水蒸气的入侵, 吸附一定的导电介质, 令开关柜容易受到一定的侵蚀, 产生绝缘部件缺陷。再则在设备使用过程中, 缺乏对设备的检查、维护过于轻视, 导致不能及时发现和采取一定的措施去维护开关柜的绝缘缺陷, 最后造成开关柜绝缘事故的发生。

鉴于以上的缺陷, 笔者认为, 在开关柜制造部门的问题上, 应该严格地执行相应的相关标准, 准确把握设计尺度, 无论是在选材上还是在制作上, 均应做好严谨的质量审查。而对于开关柜的使用部门而言, 在设备投运前, 应做好产品质量的验收工作, 如若耐压试验不符合相关的规定, 则应做到退货或返修的处理。在设备运行时, 应做好设备的检查、维护工作, 尽可能改善设备的运行环境, 同时防范于未然, 避免事故的发生。

综上所述, 随着社会的发展, 对产品的性能、结构和品质的要求也在提升, 要与国际接轨, 必须在符合国家和行业标准前提下, 重视产品的结构设计, 保证产品的基本质量, 注重产品的细节, 精细产品的工艺。在提高效率和效益的同时, 提升产品的综合性能, 才能在成套开关行业, 打造真正的精品, 提升产品的品牌实力。

参考文献

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开关动态性能 篇4

1 开关电器智能化技术及其特点

1.1 开关电器智能化技术的含义

所谓的开关电器智能化技术指的是能够适应控制要求、外部环境和电网变化的电器, 能够始终保持最佳的运行工况。由于电力设备和电力系统的特理过程具有模糊性、不确定性和复杂性, 因此必须用计算机技术对其进行控制, 从而适应任何环境的变化, 使电力系统和电气设备能够达到最好的性能指标。该技术主要应用了大范围自适应、专家系统和模糊理论, 综合了新型开关制导技术、通信技术、网络技术、传感器技术、电子电力技术、数字信息技术和计算机技术。

1.2 开关电器智能化技术的具体特点

(1) 具有数字化和功能集成化。使用电磁式机械结构构成的传统二次电器无法适应现代电网的需求, 具有较差的性能, 也不能完成大规模的自动化系统构建。在开关电器智能化技术中, 智能电器的保护、计量和监控都由计算机技术来完成, 其不仅具备传统二次电器的所有功能, 而且还集合了记录、通信、保护、计量、控制等功能。

(2) 结构和产品形式具有标准化和模块化。在智能化电器产品中, 通过灵活组合各种模块和以软代硬的方式能够极大的提高其适应性。以南京某公司生产的PA100系列产品为例, 根据控制对象的不同, 该产品又分为高压电机、母联、电容器、变压器、线路等不同的单元, 每个单元都具有不同的保护和监测内容, 具有完全一致的硬件形式。因此在构成不同的测控单元时只需配备不同的软件即可, 极大的提高了生产形势的标准性, 产品的硬件成本得到了降低。

(3) 具有良好的可靠性。智能化电器产品具有良好的可靠性, 其主要原因有3个方面:首先, 其能够对各种电气元件的运动、机械、热、电进行有效的在线监测, 及时发现故障, 分析故障原因, 极大的提高了智能化电器的可靠性。其次, 智能化电器产品具备自诊断和自检功能。第三, 智能化产品的硬件设计相对简化, 具备功能一体化的特点, 能够降低单元故障率。

(4) 维护便利、二次设计简单。与传统的电器开关相比, 智能化电器产品的单元接线更加简单, 因此设计和安装工作也得到了进一步简化。

(5) 体积小型化。由于使用了超大规模集成电路和功能集成, 智能单元具有更小的体积。例如某市钢铁公司开展的旧站改造工作中, 原本的变电站二次控制保护屏占地面积超过了200平方米, 改造之后占地面积缩小到60平方米左右。

2 开关电器智能化技术的发展动态

在工业电子化推进的过程中, 上世纪30年代开始在电气工业实行无触点化和电子化, 并将半导体脱扣器设置在万能式断路器的内部。在断路器的内部可以将半导体脱扣器作为一个电子模块来替代双金属片, 从而实现了过载延时保护、短路延时保护、短路瞬时保护等功能。随着半导体脱扣器技术的日益成熟, 上世纪80年代初成功研制出了智能脱扣器。在智能断路器中以智能脱扣器为核心, 融合了计算机网络技术、数字通信技术、电力电子技术传感器技术、断路器技术, 使断路器的功能得到了极大的拓展, 能够对电网的电压和电流进行实时检测, 并保障重要的负荷电路不停电。通过融合控制和检测, 智能脱扣器发展成为了智能控制器, 并于90年代在我国开始大批量生产。

3 开关电器智能化技术的发展方向

在开关电器智能化技术的发展过程中, 主要有以下几个研究方向:网络化技术、配网自动化和电力调度自动化技术、变电站综合自动化技术、EMC技术、嵌入式系统软件设计技术-BOTS的应用、虚拟仪器技术、软装配技术、智能化元件的专用电路设计和在线编程技术、自动化系统的集成方法、智能控制技术等等。在未来的发展中, 开关电器智能化技术也在积极引进新的技术。例如新型传感器技术、以OPC为核心的系统集成技术、前置智能单元技术等等, 这些技术的开发和研究还处于初级阶段, 然而其是开关电器智能化技术未来的主要发展方向。

3.1 新型传感器技术

要保障智能化电器的正确运行就必须依靠传感器技术, 因此传感器技术也是开关智能化电气技术中的技术核心。然而与处理与控制技术相比, 检测传感器的技术还比较落后。通过结合智能化电器、通信技术和现代计算机技术, 实现了智能化电器的网络化、智能化、小型化和集成化, 传统的电压互感器和电流互感器已经不能满足技术发展的要求, 必须大力发展开关电器智能化技术中的智能化传感技术。

3.2 以OPC为核心的系统集成技术

该技术主要用于过程控制中的嵌入和对象联结, 从而连接了现场过程控制和windows7的应用程序, 能够成功的结合相对独立的应用程序。在OPC规范中具有助预定义的接口集合, 从而能够自动采集、分析和处理工业自动化系统中的各项数据, 使其成为独立的标准接口。该技术的优点在于具有更好的灵活性、适应性、可扩充性和集成性。

3.3 前置智能单元技术

该技术主要是在现代控制理论中引进开关电器智能化技术, 从而对电器构成中的控制设备和供用电系统进行模糊控制。当运行方式改变时, 该技术能够自动修正供电网络的保护定值, 并实现故障分析和防误操作功能。

4 结语

本文简要介绍了开关电器智能化技术及其特点、发展动态与发展方向, 在未来的研究中要对开关电气自动化技术进行进一步的创新和突破, 不断完善相关的智能化电器产品, 推动开关电器智能化技术的进步

摘要：开关电器智能化技术及其特点进行了简单的介绍, 并简要分析了开关电器智能化技术的发展历程, 对开关电器智能化技术未来的发展方向进行了展望。开关电器智能化技术经历了数十年的发展历程, 已经取得了一定的研究成果。未来应该继续开展开关电器智能化技术的研究。

关键词：开关电器,智能化技术,发展动态

参考文献

[1]林继志, 张向前.教学研究型高校科研评价体系理论分析[J].科技进步与对策, 2010 (18) .

[2]赵俊华, 文福拴, 薛禹胜等.云计算:构建未来电力系统的核心计算平台[J].电力系统自动化, 2010 (15) .

开关动态性能 篇5

触点发热将造成手柄体上的触头松脱或粘连,使组合开关发热、性能不稳定,甚至功能失效。所用组合开关外形及触点位置如图1所示,组合开关和手柄附加挡位接线如图2所示。

为使组合开关性能稳定,使用寿命延长,应降低触点通过电流,以减少触点的发热。而降低触点通过电流最便捷的方法是增加旁路开关,将电流分流。经研究确定,具体做法是给组合开关增加1个旁路辅助电磁继电器,续电器型号为HD4195A,触点容量为40A。

开关动态性能 篇6

一般情况下, 低压电器开关应用于1000V以下的电气设备, 截至目前为止, 得到广泛使用的低压电器开关主要包括有闸刀低压电器开关和磁力低压电器开关, 以及最近出现的自动空气低压电器开关。在进行低压电器开关设计过程中, 要充分地考虑低压电器开关的接触头部位的电阻情况以及低压电器开关本身使用的材料和低压电器开关的机械性能, 与此同时, 还要充分地考虑到低压电器开关所承受的工作状态 (主要包括所承受的电压数值和电流数值) 。在进行低压电器开关使用过程中, 要充分地考虑到低压电器开关在闭合时, 具有的电阻数值, 会产生一定的热量, 并且会对低压电气开关的性能产生一定影响。除此之外, 低压电气开关在关闭时, 往往会出现电弧, 也会影响低压电器开关的使用性能。

2 低压电气开关接触性能分析

在低压电器开关的施工过程中, 如果低压电器的触头压力处于正常的范围内, 可以通过对低压电器开关的截面面积测定的方法来进行低压电器开关的性能分析工作。具体来说, 在进行低压电器开关的性能分析过程中, 可以使用一张复写纸进行折叠操作, 并将折叠操作的复写纸放置在低压电器开关的动触头和动触头之间, 通过对低压电器开关的闭合使用, 在一段时间后, 就会在复写纸上面留下电流通过的痕迹。此时, 就可以对复写纸上出现的痕迹进行低压电器开关接触性能的分析工作, 通过运用合理地计算方式对出现的痕迹面积进行计算, 就可以分析计算出低压电器开关的接触性能情况, 下图是低压电器开关的检查分析图表:

通过实践研究工作, 低压电器开关出现接触问题的主要原因集中在以下几个方面:首先, 在进行低压电器开关设计过程中, 如果所保持的低压电器开关电阻数值长期处于一个稳定的状态, 还和热电阻的数值比较接近。在这样的情况下使用低压电器开关, 通过低压电器开关的电阻数值的快速增长, 会导致低压电器开关的温度上涨速度大幅度上升, 进而会导致低压电器开关的电阻数值增大, 进而导致低压电器开关的性能逐步下降;其次, 在进行低压电器开关的寿命试验过程中, 通过对低压电器开关的通电能力测定, 如果在运行过程中, 没有出现相应地电弧情况以及通过电弧所产生的高温情况, 就可以保证低压电器开关的使用性能。

3 低压电气开关设计

在进行低压电器开关设计过程中, 要充分地考虑低压电器开关的使用条件, 并在进行设计的过程中, 注重对低压电器线路的保护部分、控制部分以及调节部分的设计。与此同时, 由于在进行低压电器开关设计的过程中, 所涉及到的低压电器元件设备相对比较多, 进行控制的低压电器设备的类型也有所不同, 就需要在进行低压电器开关设计的过程中, 充分地考虑控制类电气设备的低压电器开关设计和配电类的低压电器设备的开关设计。

具体来说, 在进行配电类低压电器开关的设计过程中, 由于该类型的低压电气设备具有着相应地配电回路, 所构成的低压配电系统的安全性能也相对来说比较高。在这样的背景下进行低压电器设备开关的设计过程, 要充分地考虑到低压电器开关的稳定性设计和电动力性能, 在保证低压电器开关的稳定性的基础上, 可靠的完成低压电器开关的设计工作。在进行控制类的低压电器开关的设计时, 要充分地考虑到控制类的低压电器开关的接触电阻相对较小的实际情况, 同时, 要充分地保证低压电器开关的高压承受数值和电流数值, 保证低压电器开关的保护薄膜可以有效地保护低压电器开关, 并在进行薄膜的厚度设计时, 采用电击穿试验方法, 并在进行设计的过程中, 按照比例进行电压数值和电流数值的调节, 控制好电流数值和电压数值, 克服传统低压电器开关设计存在的问题, 进行对接触头的设计。与此同时, 在进行低压电器设备开关设计过程中, 要根据低压电器开关的独特性质进行设计, 采用相应地测量方法, 防止测量误差的产生, 保证低压电器开关正常性能的发挥。

4 结论

综上所述, 在进行低压电器开关的设计过程中, 要结合实际情况, 在充分地考虑到低压电器开关的使用范围以及低压电器开关的性能检测过程中体现出的性能基础上, 科学合理地对低压电器设备开关进行设计, 保证低压电气开关的使用性能。

参考文献

[1]王小平.低压电气开关接触性能分析与设计[J].科技风, 2013 (15) .

[2]李升国.低压电器技术的智能化、网络化发展[J].中国科技信息, 2006 (07) .

[3]肖雄亮.探究式教学法在低压电器控制技术教学中的应用[J].科技信息 (学术研究) , 2006 (07) .

[4]郭大祥, 何德佑.低压电气开关接触性能的简易鉴别[J].职业技术, 2009 (10) .

开关动态性能 篇7

在实际电力系统动态模拟实验室中,要求对模拟线路、模拟变压器的开关进行跳合闸操作[1],如做变压器保护的区外故障实验,要对模拟线路开关进行跳合闸操作,以模拟出和实际现场一致的开关动作行为,如果在模拟实验室安装线路保护装置,让线路保护装置去出口跳合模拟线路开关,这无疑是给实验室增加成本,而且不能模拟保护误动作或拒动作等情况,因此很有必要在电力系统动态模拟实验室中装一个开关跳合闸时间控制器,所有开关跳合闸时间全由人为控制,这样可以轻松解决这一问题。电力系统动态模拟实验室开关跳合闸时间控制器对保证实验室能够真实模拟实际电力系统具有较高的意义。

1 控制器设计目标

结合实际电力系统动态模拟实验室主接线图(见图1),能实现对4个线路开关、2个母联开关进行分相跳闸操作、三相合闸操作,对三绕组变压器3侧开关、双绕组变压器2侧开关进行三相跳闸操作(见表1)。以故障开关动作作为触发起始时间,对模拟线路开关、模拟变压器三侧开关的跳合闸各种时序控制操作,可实现如线路开关不同时的分相跳闸、合闸及重合后加速跳闸等多个不同时序的开关出口操作。实现对实验室三个交流系统的跨系统时序控制操作,实现由其他计算机对实验室的三套交流系统的各开关进行时序控制操作。

2 控制器的实现

2.1 设计框架

根据控制器的设计目标和实验室已有条件(已具备模拟开关操作回路),对控制器的框架设计如图2,实验室配有三台主机,每台对应一个系统,利用此三台主机的串口,控制器后台程序通过串口对控制器前置器发送操作时序和命令,前置器接收到信息后设置时间序列,等待中断到达后(故障开关动作引起中断)执行一系列模拟开关的跳合操作。另外,控制器前台程序利用局域网使用UDP协议,可以发送或接收命令,这样就实现了其他计算机对实验室三套系统模拟开关的控制(当多套系统连接在一起组成更大的系统时用到)[2,3,4,5]。

2.2 硬件部分的实现

控制器前置器需要利用一部分元器件加以实现,根据输出节点共有29个的设计目标和程序逻辑不复杂这一特点,选择最常用的89C51芯片。故障开关动作时节点触发51芯片的外部中断,以此中断作为起始时间开始计时,当计时达到所设定的各时间后,51芯片P口产生一所设脉冲宽度的低电平,经过反向器、光隔离放大器驱动继电器动作。实际原理图如图3。

2.3 软件部分的实现

2.3.1 控制器前置器软件部分

89C51有4个口,P0～P3口,本前置器除P3.0,P3.1管脚当作串口用,P3.2管脚当作外部中断外,其他管脚(共29个管脚)全部作为I/O输出口。89C51有128个字节内存,分为定值和变量,定值有1个脉冲宽度,13组时间,对应这13组时间的各开关跳合标志,其中脉冲宽度和时间分别为1个字,各占2个字节,每个线路开关和母联开关的跳全标志因为是分相跳开(有跳A,跳B,跳C)和合闸信号,需占4个位,0.5个字节,两变压器高低压侧5个跳闸标志占1个字节(有3个位不用)。表2是以1号系统为例的内存定值分配表。总共80个字节的定值,其余内存地址作为程序的变量使用。此方法把看似复杂的问题简单化。

软件主要实现过程为:外部中断后启动1 ms中断一次的定时器中断,在定时中断服务程序中,每中断一次,计数器加1,当计数器数值等于设定的时间时,判断各开关的跳合闸标志,当发现有标志时就置该开关相应的89C51管脚为0,从而启动继电器操作对应开关,再经过所设定的脉冲宽度后返回该管脚。当计数器计数到最大时间加脉冲宽度时,停止定时器中断。程序具体流程图见图4。

2.3.2 控制器后台软件部分

控制器后台程序采用vb编写,引用office2003的SpreadSheet控件,和Winsock控件和MSComm控件,SpreadSheet控件主要完成界面功能,能方便地实现对表格的排序和初始化界面的功能。Winsock控件主要完成多台机器之间的UDP协议的网络发送数据功能,MSComm控件主要完成上位机用串口发送数据给前置器的功能。图5为后台程序的主界面,能实现对时间定值及开关跳合标志定值的设置,在时间定值设置方面支持滚轮,方便易用。图6为对应图5在外部中断(故障启动)后的时序图。

控制器后台程序的界面可以通过修改Spread Sheet的属性很方便地设置,主程序为发送按钮的程序,图7为主程序流程图。

上位机与前置器的通信协议如表3,此通信协议为仿103规约的串口通信协议,简单可靠。

接收到“0x31”——发送的第1步出错(不是68H),应该重新发送;

“0x32”——发送的第2步出错(L1,L2不相等),应该重新发送;

“0x33”——发送的第3步出错(不是68H),应该重新发送;

“0x34”——发送的第4步出错(结束字符不是16H),应该重新发送;

“0x39”——发送的内容全部正确。

3 结论

本控制器已在南京南瑞继保电气有限公司动模实验室运行多年,输出时间精确,操作简单,性能良好,能精确模拟出故障后各个开关跳合时间,达到预期效果。是电力系统动模实验室必不可少的一个工具。另外,本控制器在使用方面不局限于电力系统动模实验室,也适用于其他控制领域。若把UDP协议改成TCP协议,分为服务端和客户端,则可适用于广义网的远程控制。

参考文献

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[2]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.LI Hua.MCS-51series MCU and practical interface technology[M].Beijing:Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press,1993.

[3]仵浩,齐燕杰,宋文超.VisualBasic串口通信工程开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2003.WU Hao,QI Yan-jie,SONG Wen-chao.VisualBasic example of serial communication engineering navigation[M].Beijing:People's Posts and Telecom Press,2003.

[4]徐尔贵.VISUAL BASIC教程[M].北京:北京交通大学,2003.XU Er-gui.VISUAL BASIC tutorial[M].Beijing:Beijing Jiaotong University,2003.