控制与保护开关电器（通用10篇）
控制与保护开关电器 篇1
0 引 言
低压开关电器在完成对线路的各种控制与保护功能的同时也须提供各种控制及报警信号以实现对电器本身及线路工作状态的指示及远程控制,因此辅助信号的正常工作值得关注。现有低压电器可靠性工作仅关注电器主体,而产品质量反馈数据显示辅助模块是故障较为多发的一个部件,开展辅助模块的可靠性研究也是十分重要的。在采用传动故障树方法进行定量分析时,一般将故障树各底事件发生概率视为精确值。但在实际工程情况中,对于高可靠性的系统相关概率值较难取得,并且故障的发生概率往往会因为随机事件、人为或环境因素的参与而存在一定程度的不确定性和模糊性。为避免上述问题,本文以控制与保护开关电器的辅助模块为例,结合模糊数完成故障树定量分析并求取重要度,完成对该模块的可靠性分析。
1 辅助模块组成及功能
控制与保护开关电器侧挂辅助模块以实现各种工作状态、故障信号的指示及电路控制功能,见图1。主要由以下四大信号模块组成:
(1) 辅助触头模块——由多对电气上分开的常开闭触头通过电路连接于主电路触头实现联动,通过触头从常开/闭状态转换为常闭/开状态实现对主电路的电气控制及指示功能,见图2。
(2) 故障信号模块——当主电路发生的过载、过流、断相及短路故障时,主体动作带动故障信号转轮使故障报警触头闭合连通故障信号灯线路,对故障做出警示,见图3。
(3) 短路信号模块——当主电路发生短路故障时,主体动作带动短路推杆使连通短路信号报警电路的触头闭合,实现对主电路发生短路故障的警示,见图4。
(4) 备妥信号触头——当主体内部线圈控制电路连通,即可通过远程自动控制的方法实现对主体工作状态控制时,带动备妥信号推杆使备妥信号触头闭合,见图4。
2 辅助模块的故障模式分析及故障树建立
2.1 辅助模块的故障模式及影响分析
故障模式及影响分析(Fault Mode Effect Analysis,简称FMEA),它以产品的元件、零件或系统为分析对象,通过对逻辑分析结构元件或零件在生产、装配及使用中可能发生的问题及各问题的潜在原因进行比较全面的定性分析,以求在设计阶段就消除可能导致严重后果的故障隐患,提高产品质量和可靠性。
结合辅助模块原理图、设计图纸及现场技术员的经验资料对模块进行FMEA分析后得到FMEA表,见表1～6。
2.2 辅助模块故障树建立
故障树分析方法(Fault Tree Analysis,简称FTA),是基于布尔代数和概率论的一种图形演绎可靠性分析方法。它将系统最不希望发生的顶事件形成的原因作为分析目标,采用从整体至局部按树枝状逐渐细化分析,找出故障与系统间的逻辑因果关系并用逻辑与或门进行连接建成树状图,形象直观的表达零部件或子系统故障对系统故障的影响关系。
通过上文中对辅助模块FMEA分析结果,以辅助模块的拒动故障作为顶事件建立故障树,如图3～6所示,并得其结构函数为:
T=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+ X17+X18+X19+X20
该故障树的最小割集即为20个底事件。当最小割集数较多时,顶事件故障率P(T)的项数往往较多,计算较复杂。因而在工程上计算时通常只采用前几项之和作为P(T)的近似结果。此结果通常称为故障概率上界,并记作P(T)sup,而实际系统的P(T)小于上界值,即各最小割集的故障率之和
3 模糊故障树分析
3.1 模糊数及模糊门算子[1.2.3]
传统故障树方法会采用各底事件概率的精确值通过逻辑门算子运算完成定量分析得到顶事件的发生概率。在实际工程应用中,当无法得到底事件的精确概率而又有一定量的现场使用数据及模糊信息时,引入模糊数能克服数据的片面性并允许结果存在一定误差范围。
本文选用L-R型的三角模糊数表示底事件发生概率。模糊数A的λ截集为
模糊或门算子表达式及其截集区间为
3.2 辅助模块的模糊故障树分析
对近2年产品实际工作情况及故障失效数据进行统计得到造成辅助模块拒动故障的各基本事件的故障率均值m。考虑影响失效发生的各种随机因素并对相关装配及检验操作人员进行信息搜集并模糊处理后划定置信限α、β,按对称分布处理,各基本事件数据见表8。
根据式(2)-(4),求得辅助模块拒动故障顶事件置信度为λ的截集区间为[0.0274+0.0038λ,0.035-0.0037λ]。当取不同的λ值时,得到故障树顶事件的发生概率区间,见表9。
由上述分析计算可知,当λ=1时,即不考虑各底事件发生概率的模糊性时,顶事件发生概率为[3.12%,3.13%];当λ=0时,顶事件概率区间为[2.74%,3.5%]。而根据传统故障树方法由式(2)求得该辅助模块的拒动故障发生概率为P(T)=3.362%。相比两种分析方法结果我们发现,模糊故障树方法将各底事件视为确定值时的定量结果仍比传统故障树方法的定量结果要小,这符合传统方法由于忽略部分复杂计算项的结果计算所得概率结果会比实际情况略大,但两种计算方法得到的结果在同一个数量级由此证明了计算结果的有效性[4,5]。
根据相关产品质量统计表,抽取2010年1月至8月辅助模块失效回退数据后计算得改模块拒动故障的概率为2.86%。该数据包含于λ=0时的计算结果,而其与传统故障树方法及λ=1时计算结果间的差距可能由于分析样本较小而导致数据存在片面性。因此采用模糊故障树对辅助模块进行可靠性分析时有效的,能反映数据本身的模糊性和随机性,同时又能将技术人员经验结合到分析过程中去以克服无法取得准确概率值的缺陷。
4 辅助模块底事件可靠性分析
故障树分析方法中定量分析各底事件的重要度有很多种方法,结合本文故障树由或门组成的特点并对数据运算分析后,在此选取以下两种重要度进行模糊计算[6]。
(1) 概率重要度
概率重要度指相应底事件发生概率变化对顶事件概率的影响程度。由IXi表示
若顶事件由或门组成,则相应底事件的重要度为
IXj=
以分析E1事件为顶事件的子故障树的各基本事件对整颗故障树顶事件重要度为例,对应各底事件重要度可由(7)式计算得到,取置信限λ=0.5,计算得相应各基本事件模糊概率重要度区间并按重要度依次排列,见表10。
(2) 临界重要度
临界重要度指相应底事件的概率相对变化对顶上事件概率相对变化的影响程度。由Cxi表示
由式(9)得对于或门结构有
Gxj=
结合表9及表11数据,计算得C11>C10>(C12=C7)>C2>(C1=C6=C13)。
由于结合现场人员的经验获取的模糊数据在一定程度上与实际情况存在误差,因此通过计算各底事件的模糊概率重要度就可以针对影响程度较大的基本事件进行着重的监测研究,对薄弱环节开展可靠性研究工作。继而计算得到整棵故障树重要度数值结果后就能对辅助模块乃至产品整体的优化设计与生产提供理论依据并提高控制与保护开关电器的可靠性。
5 结束语
本文以控制与保护开关电器的辅助模块为例,对低压开关电器的辅助模块进行可靠性分析。采用FMEA及FTA方法相结合,完成对该模块的模式分析及故障树的建造。将模糊数与故障树分析方法相结合,对辅助模块的拒动故障进行定量分析,与传统方法及现场数据对比后得到模糊故障树对该类电器进行可靠性分析是有效且更符合实际使用情况。最后对该模块各部件进行概率及临界重要度计算,该分析结果可为辅助模块故障诊断提供依据,使检测效率更高。根据模糊故障树的分析结果对模块进行优化设计,能更具针对性得提高产品可靠度。
参考文献
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控制与保护开关电器 篇2
■胡开桥淮阴工学院交通工程
苏宁电器公司物流成本管理与控制的策略浅析
宁电器公司物流过程实现的好坏，直接关系到整个组织的核心竞争能力和企业目标的完成，通过对苏宁电器公司物流系统及其物
制活动的分析，可探求降低物流成本的途径及提出改进的策略。宁电器物流成本
胡开桥，1968年10月出生，男，汉族，籍贯：安徽省全椒县，单位:淮阴工学院交通工程系，职称讲师，学位硕士。苏宁电器公司介绍 苏宁电器公司物流系统
电器连锁集团股份有限公司的前身 宁交家电有限公司，于1990年12月 于南京宁海路，当时专营空调，军综合电器经营。2001年经江苏省 批准整体变更为股份有限公司。
月21日，苏宁电器(002024)在深圳证 上市，2005年8月4日，苏宁电器股 革方案获公司股东大会通过，苏宁 进入G股时代。截止2005年12月 电器在中国27个省和直辖市，90多 有近300多家连锁店，员工人数 名。据商务部统计数据显示，宁电器销售额近400亿元。由于经 确、品牌管理独具特色，2005年8 品牌实验室评定“苏宁”品牌价值。
电器的经营结构包括：营销部、市 锁店、仓储中心、配送部、售后服 顾客投诉中心、信息中心等（见图 部、市场部这两个部属于高层管理 营部负责制定各种销售计划、采购 及整个渠道中的库存控制，等；市 市场的调查、宣传。连锁店是顾客 提供主要产品的地方，也是顾客与 交易的地方；配送部负责将顾客在 看中的产品按时、按地送到连锁 顾客家中的供应链过程；售后服务 安装、维修顾客所购买的产品；顾 心负责调查顾客的满意度、处理顾 ；而所有这些活动是建立在信息中 的系统平台上进行运作。）苏宁电器物流系统发展沿革 一阶段：空调客服管理系统
4年，苏宁为做好空调客户服务管理 先在空调业内建立了第一套完整的 管理系统，将客户购买空调的送货 装信息、维修记录存入数据库，并 机流程化管理，该系统的建立提高 理水平，使苏宁的服务品牌得到了 提升。
2．第二阶段：局域网络系统
1996年，为适应业务增长需求，苏宁先 后建立了商场、物流配送、仓库、售后服务 中心等局域网络系统，利用信息系统进行进 销存管理、配送管理、仓库管理及售后服务 管理。
3．第三阶段：全国连锁店ERP信息管理 系统
2000年，苏宁集团进入综合电器领域并 驶入连锁快车道，全面实施了由分布式到集 中式ERP信息管理系统。目前，各子公司、门 店不再设立服务器，全部通过ATM网与总部 直接相连，网络覆盖到各销售门店、仓库、售后服务中心及售后网点。
（二）苏宁电器物流配送体系机构及功 用
从苏宁电器公司的主营业务和发展方向 看来，苏宁电器首先是一个商业流通企业，是一个家电类产品的流通企业，而且是一个 以连锁为组织和销售形式的流通企业，所以 公司的物流部门是其基础的核心部门。因 此，现代化的物流中心是企业强化客户服务 体制、削减流通成本、战胜竞争对手的一个 重要手段，实现物流中心自身的效率化、按 照客户的要求建立进货体制以及保障物流中 心内部的合理化，进而降低成本是必不可少 的。物流过程实现的好坏，也直接关系到整 个组织的核心竞争能力和企业目标的完成。苏宁电器公司的物流管理体系按照“专 业化分工、标准化作业、模组化结构、层次 化管理”的原则设立和运行。苏宁电器物流 配送体系上下分为三级：总部物流管理中 心、区域配送中心、城市配送中心。公司以 南京物流中心为全国配送中心，杭州和北京 为2个区域配送中心，以满足公司在46个城市 设立的门店的配送需求。以一匹半空调挂机 为代表商品，公司物流配送体系具备如下作 业能力：日最高零售配送能力59000台，日实 际最高配送量35000台，日最高长途运输能力 为12000台；拥有自备营运车辆130辆，签约 外租车辆约为2500辆，日最高动用外租车辆近2200辆；配送场地作业面积为68000 m2； 总仓储面积98000m2。
（三）苏宁电器公司物流作业过程 对于苏宁电器公司的物流活动来说，在 产品采购阶段通过内部的供应链系统下订单 给供应商，供应商根据订单组织相应的货 源。会将产品直接送到苏宁电器公司指定的 仓库。因此，本文所考虑的物流作业流程是 从产品进入公司到送达门店这一过程。表1说 明了苏宁电器公司物流中心的核心功能业 务。
表1物流中心功能业务表
根据上表所述的物流中心核心功能
务，按照商品在整个物流中心的流动过程 置了相应的工作岗位以及与之配套的作业 程，苏宁电器公司物流中心具体的作业流 如下图所示：
图2正向物流流程图 图3反向物流流程
如图
2、图3所示，物流作业分为四个 段，分别是商品入库阶段，定单处理、拣 核对阶段，货物运输阶段以及产品退货 段。现分述如下：
1．入库阶段。产品送到库房后，由工 人员核对产品名称、清点数量、检查产品 质量，并开据相关的单据，将产品信息录 信息系统中；同时进行产品标签粘贴等 作，最后将产品放入相应的库位储存。
2．定单处理、拣货、核对阶段。专卖过以下几种方式：传真订货、电 上订货。物流中心在收到专卖店 将定单转录入内部的物流管理信，打印出内部单据，拣货单上产 位货架号顺序进行排序的，拣货 据上货品的名称、数量等到相应，全部拣货完成后，就将拣货单 物交给核货工作人员，核对人员 实物一致后，打印出商品的销售 作为专卖店收货确认的单据，单 标准的包装箱，交给发货作业。物运输。在苏宁电器连锁经营体系 责统一管理连锁经营体系，各地 有自己独立的物流配送和独立的 集团与连锁企业双方共同为终端 务。当从公司内部的供应链系统 店订单，兼顾距离和商品种类、作出决策由那边的物流配送中心 并将同一地域范围，同一时间段 的资料进行整合，确定最佳的配 时无误地送达。
品退回阶段。这实质是一个物流的 但是对于电器产品是必不可少的 于电器产品来说，面临着产品升 退换等问题。专卖店收回这些产 部来与生产厂商协商解决，因此 些货品发运回总部物流中心，总 了一个部门--退换货部，解决与 与生产厂商的产品退换、升级问 种情况是当新产品上市时，各专 产品在当地市场的销售预测有偏 场过于乐观时，就会产生过量定 而有的店可能比较保守，就产生 象。为了达到各地销售的平衡，卖店的压力，同时促进其它店的 情况就需要总部进行协调，进行 各地的调剂。在此阶段完成的是 物流过程。
采购成本管理与控制
本的高低对物流总成本的高低有。因此，应该想方设法降低商品 中的各项费用支出，主要措施如 强集中采购，发挥规模优势。苏宁 乃至整个家电经营商业新的采购 买断、包销。所谓“买断、包 苏宁通过大单一次性买下一款或 型，通过规模量获取优势价格。还会根据不同区域市场的特点，件、房屋结构等，向厂家专门为 者定制一批机型，充分满足该地 需求。这样争取供应商在价格上 的优惠，从而降低进货价格，降，提高商品的竞争力。
据市场状态，确定采购对象，建立 应伙伴关系。苏宁电器采用“定 模式进行采购。所谓“定制”，根据不同地区、不同消费者的需 工厂定制在功能、款式等方面符 求的产品。
入库商品编码管理
器公司经营的商品多达几千个品
种，涉及空调、黑色电器、白色电器、小家 电和通讯产品等不同种类，同一类产品又有 很多不同厂商出品的。为了管理好这些产 品，便于物流各项作业准确、迅速地进行，公司对产品进行了分类编码。
商品的编码规则充分考虑到了商品的特
性。商品编码由12位数字组成，前四位为年 份，中间四位为商品品种大类，最后商品品 种小类以及厂商编码。商品编码的唯一性，有效的保证了物流信息的顺畅和秩序，使得 各项物流活动的执行更加有针对性。能够很 好的管理起各种商品的库存状况，并有利于 物流资料统计与分析。在具体操作上，当一 种新产品进入苏宁销售系统中，入库时先分 配给其一个产品编码，再根据具体的商品价 格、品牌、型号等情况将该产品录入苏宁电 器信息管理的进销存系统中。新产品进入物 流中心库房，由入库人员打印出该产品的标 签，标签内容包括产品编码、产品名称、零 售价格，在理货过程中粘贴标签，已有编码 的产品入库，用扫描枪直接扫描产品，可获 得该产品的信息，方便地做出收货单据；发 货时，用扫描枪扫描发货商品，可将商品信 息直接从系统中读取，只须核对商品数量、检查质量，不用再录入商品名称，因此大大 减少了出错的可能性。通过在产品上粘贴编 码标签，在进行相关物流作业，尤其在拣、核货作业过程中，使用终端的扫描仪读取商 品的信息，在很大程度上降低了人工录入工 作所造成的错误，从而效率得到了大幅度的 提高，保证了配送商品检验、核对作业的合 理化，达到以较低的物流成本高效的完成物 流过程。
（三）库存商品管理与控制
苏宁电器公司所经营的商品多达上千 种，同一种商品还有不同的品牌，如此众 多的品种，管理起来相当复杂。过去，苏 宁电器以商品大类划分区域进行库存管 理，具体如空调区，彩电区等。通过对出 货资料的调查分析，在商品的库位管理 上，可根据各种商品的销售情况进行分 类，按照ABC的分类原则，将流动快，经 常出货和补货的商品放到离出口近的位 置，如空调，通讯产品等等；将一些滞销 的产品则存放到远离出口的库位，这样利 于拣货人员能够很顺利、便捷地拣出所要 配送的货品。我们将库房分为三个区域，即A区、B区、C区（图4）。A区主要为空 调、通讯等流通快的产品；B区为维持正常 流通量的产品，C区是流通慢的产品，主要 是将要过时、质量差的产品。苏宁电器公 司物流中心仓库的布置原则是利于拣货作 业，提高拣货效率。仓库的具体布置是商 品入库有一个入口，商品出库有一个出 口，入口只允许进，商品不能从入口流 出，而出口则紧邻核货工作区，出口只允 许商品流出而不能从此处进入库房，以此 来保证商品流动的顺序以及库房管理的科 学性。苏宁电器公司物流中心仓库的布置 原则是利于拣货作业，提高拣货效率。仓 库的具体布置是商品入库有一个入口，商 品出库有一个出口，入口只允许进，商品 不能从入口流出，而出口则紧邻核货工作 区，出口只允许商品流出而不能从此处进 入库房，以此来保证商品流动的顺序以及 库房管理的科学性。图4库房产品分区图
在库存管理过程中，当一种产品入
时，将之放到那一个区域很关键，因为入 时理货上货架是成批的一次性放置，而拣 时则是化整为零，根据门店的订单每次只 取较少数量。区域放置的不合理，则会给 货人员增加许多工作量。比如有两种电器 “200506011400海尔KFR空调机” “200511013Y00康佳29寸彩电”（以下 称甲、乙）各有1000套入库，拣货时平均 十套为一个订单单位，其中“甲”1000套 部出货，“乙”仅出货50套；库房出口距 A区平均20 m，距离C区50 m。若将甲、乙 存放到A区，固然很好，可以提高拣货效率 降低工作人员劳动强度，但是具体情况受 房空间等的影响，无法满足。若产品在库 中随机放置，也会影响到效率。现比较
甲、乙放置C区和将甲放A区、乙放到C区对 货工作量的影响，工作量用拣货人员所走 程衡量。
甲产品拣货次数：1000/10=100次，产品拣货次数：50/10=5次，甲乙均放C区 甲工作量：50×100=5000 m乙工作量：50 5=250 m总工作量：5000+250=5250 m 放A区，乙放C区：甲工作量：20 100=2000 m乙工作量：50×5=250 m总工 量：2000+250=2250 m。
由以上计算可见，分区管理后总工作 减少一倍，甲产品工作量可减少二倍。因 进行科学的库位管理，可以提高拣货工作 效率，达到物流活动的合理化，降低物流 本。
（四）配送成本管理与控制 1．配送成本控制思路
配送成本是指连锁企业的配送中心在 行分货、配货、送货过程中所发生的各项 用总和，包括包装费用、装卸费用及有关 作人员的工资等。配送成本的控制，应从 下三方面进行：
（1）加强配送的计划性。在配送活
中，临时配送、紧急配送或无计划的随时 送都会大幅度增加配送成本，因为这些配 会使车辆不满载，浪费里程。为了加强配 的计划性，需要建立分店的配送申报制度 在实际工作中，应针对商品的特性，制定 同的配送申请和配送制度。
（2）确定合理的配送路线。采用科学 方法确定合理的配送路线，是配送活动中 一项重要工作。确定配送路线的方法很多 既可采用方案评价法，拟定多种方案，以 用的车辆数、司机数、油量、行车的难 度、装卸车的难易度及送货的准时性等作 评价指标，对各个方案进行比较，从中选 最佳方案；又可以采用数学模型进行定量 析。无论采用何种方法，都必须考虑以下 件：第一，满足所有分店对商品品种、规 宁电器公司物流成本管理与控制 34 ·学术要论
sume Guide·Academe Elite 消费导刊要求；第二，满足所有分店对货物 范围的要求；第三，在交通管理部 行的时间内送货；第四，各配送路 量不得超过车辆容积及载重量；第 送中心现有运力的范围之内配送。进行合理的车辆配载。各分店的销 同，订货也就不大一致，一次配送 能有多个品种。这些商品不仅包装 运性质不一，而且密度差别较大。商品往往达到了车辆的载重量，但 很大，密度小的商品虽达到车辆的，但达不到载重量。实行轻重配 使车辆满载，又能充分利用车辆的，会大大降低运输费用。
宁电器配送管理状况及改善方法 消费者在苏宁电器任何一家门店购 由店铺直接送货。小家电及数码 类产品因为体积小，携带方便，大 客自提，货物实物直送门店仓库。为体积、重量大，在店面设立仓库，减少了营业面积，同时又增加了 中心运送到门店的运输配送，这样 货损、货差。，苏宁电器开始采用集中配送，即 围，销售者无论有多少零售点，其 物库存均保存在配送中心，各销售 机没有库存或仅有少量库存。销售 售点将购买者信息和售出商品信息 送中心，配送中心根据这些信息安 辆，送货的同时完成检验、安装、算等服务。从而使苏宁电器物流配 降，具体体现如下：
降低企业总库存。库存统一在配送 零售点没有库存，大大降低企业库 用。
增加营业面积，降低经营成本。零 原有库存可用于销售。而配送中心 市郊，租金要低于同等面积的市内 降低运输费用。大家电的运输费用 售额的1%-1.5%。采用集中配送方 减少由仓库到门店的运输，可以使 更为优化，提高车辆使用效率。降低残次率。减少搬运和装卸次 有效降低商品的残次率。对顾客的服务时间更灵活，顾客可 身需要预定送货时间。
电器物流成本主要由人工费，仓储 配送费等部分组成（见表2），因此 本管理过程中应该重点针对这几部 化，改善物流活动，以达到物流成 目标。
物流中心2006、2007年成本表（百 以上两年度物流费用资料的差异，如下结论：
（一）材料费用大幅度降低。苏宁电器 物流中心建成后，引进一批装卸搬运的叉 车，分拣机等，物流作业实现半自动化。减 轻了人员的劳动强度，大大地减少了包装材 料的破损，以及货损、货差。此项改善，使 得材料费用下降了5%。
（二）单位人工成本略有下降。通过对 物流流程的具体环节进行了改进，合并了一 些重复的工作作业，消除一些无附加值的作 业，从而精简人员使人工成本下降。
（三）储存费用上升的主要原因是：苏 宁电器公司经过长期以来的经营，多数店面 保有为数不少的库存，其中包括一些滞销产 品库存。目前，苏宁电器正处于门店迅速扩 张时期，为了满足各门店的需求，新建一批 新的物流管理中心、区域配送中心、城市配 送中心。这些物流中心建成后，带来了库存 固定成本的提高，但解决了新增的库存量，使店面的库存尽量减少，以能让出更多的空 间展放产品，门店的日常库存管理、盘点等 工作都更加轻松，集中精力作好销售。同时 公司物流部门开展了集中配送。
（四）信息费用的降低。苏宁电器企业
经营和内部管理全面启用基于Intranet的企业 资源管理系统和基于Internet的连锁客户、分 销客户以及终端用户的电子商务系统。在利 用信息化完善内部管理的同时，苏宁还将加 强整个产业链的信息化合作：对供应商，建 立完善的电子商务平台与现有的ERP系统完美 的结合，进行行业间B2B的对接，实现包括订 单、发货、入库和销售汇总等数据的实时传 递、交流，大幅度缩减业务沟通成本；对消 费者，建立更加完善的客户服务系统以及信 息数据采集、挖掘、分析、决策系统，分析 消费数据和消费习惯，并将研究结果直接反 馈到上游的生产和定单环节，实现以销定 产，从而有效地降低了信息费用。
（一）差异化策略
苏宁电器公司拥有商品多达上千种，同 一种商品还有不同的品牌，不同的商品特征 是不同的，顾客服务水平也不同。不能对所 有商品按同一标准的顾客服务水平来配送。而应按不同商品的特点，销售水平来设置不 同的库存，不同的运输方式以及不同的储存 地点，忽视商品的差异性会造成不必要的物 流成本。为降低物流成本，苏宁电器公司应 按各种产品的销售量比重进行分类：把销售 量占总销售量的70％以上的定义为A类商品，占20%左右为B类商品，占10%左右则为C类 商品，对A类商品，公司应重点管理，保证门 店供应充足，避免出现缺货现象，造成销售 损失。C类商品，则进行普通的管理，在区域 物流中心保有一定量就行。B类商品介于以上 两者之间。
（二）合并策略
企业在安排车辆完成配送任务时，充分 利用车辆的容积和载重量，做到满载满装，是降低成本的重要途径。苏宁电器公司由于 商品品种繁多，不仅包装形态、储运性能不 一，在容重方面，也往往相差甚远。车上如 果只装容重大的货物，往往是达到了载重 量，但容积空余很多；只装容重小的货物则 相反，看起来车装得满，实际上并未达到 辆载重量。这两种情况实际上都造成了 费。实行合理的轻重配装、容积大小不同 货物搭配装车，不但可以在载重方面达到 载，而且也充分利用车辆的有效容积，取 最优效果。所以应结合公司商品特点，并 助电脑计算最优的货物配车。
（三）物流服务与物流成本之间的平策略
物流成本的分析必须以一定的客户服 水平为前提。物流本身就是一种服务，物 服务水平与服务成本之间存在着“二律 反”的规律，分析和优化物流系统成本，能以牺牲物流服务水平为代价。提高物流 务水平势必造成物流成本的上升，而过低 物流成本又会导致服务水平下降，影响客 满意度，从而影响公司美誉度。因此，苏 电器公司应以服务水平为前提，在保证合 的物流服务水平的同时，制定恰当的物流 务标准，从而得到物流成本合理化。
（四）总成本策略
树立物流系统化的思想。物流系统中 各项业务活动，在物流过程中，苏宁电器 司应该通过系统化的管理，并将供货厂商 用户纳入系统之中，从整体出发，相互 调，对用户和企业内部提供最佳服务，并 大限度的降低物流成本。当把物流作为一 系统来研究，用系统的方法来管理物流成 时，物流系统化的目标是：较少的物流 本，用较好的物流服务水平为用户提供 品，同时，尽量减少外部环境中不经济因 的影响。2006、2007年苏宁电器物流成本分
五、苏宁电器公司物流成本管理与控制 策略 35 ·学术要论
Consume Guide·Academe Elite 2009.1消费导刊 参考文献
控制与保护开关电器 篇3
王英山
（黑龙江省海林林业局五十八经营林场 黑龙江 海林 157100）
【摘 要】保护电器在低压配电系统中具有非常重要的作用，如果选择选择不当则会给人们带来不可估计的损失甚至是造成严重事故。本文作者对低压配电系统中保护电气的选择进行了详细的介绍，并总结了低压配电系统中保护电气选择不当出现故障的解决建议。
【关键词】低压配电；保护电气；主要性能；保护特性；选择
0.概论
低压保护电器主要包括低压熔断器和低压断路器，是配电线路发生故障时切断故障电路的主要元件。如果保护电器的选择及整定设置不正确，将导致不能在要求的时间内切断故障电路，从而损坏电线、电缆，或者导致非选择性动作，扩大停电范围。为了正确选择和整定电器参数，要了解保护电器的主要性能，要熟知国家标准——《低压配电设计规范》（GB50054-95）的有关规定，要按照配电系统的状况和计算的故障电流值，正确整定保护电器的参数，以满足上述规范的要求，即在规定的时间内可靠切断故障，同时要有选择地切断故障。
1.保护电器组成与介绍
低压配电系统中的保护电气主要分为低压熔断器与低压断路器两种，具体内容为：
1.1低压熔断器
低压熔断器主要是靠熔断体对线路进行保护的，常用的主要包括以下几种：刀型触头熔断器、螺栓连接熔断器、圆筒帽形熔断器以及偏置触刀熔断器等类型。低压熔断器的熔断时间都是不同的，主要是根据故障电流的大小而决定，其电流特性是反时限特性曲线。一般情况下，熔断体都具有准确的分段能力，可以在一定的条件下，能够对预期电流值进行分段，只有有效值才能够进行交流分量。保护电器之间的配合很重要，所以要进行准确的选择。
1.2低压断路器
低压断路器主要是靠脱扣器来进行电气保护的，脱扣器是断路器进行分断电路的元件。脱扣器的形式主要有分励脱扣器，过电流脱扣器，欠电压脱扣器。过电流脱扣器主要有瞬时过电流脱扣器、定时限过电流脱扣器、反时限过电流脱扣器。
2.保护电器保护特性的选型
2.1选型说明
本文作者主要以典型低压配电系统来说明不同位置保护电器的选型，具体内容为：
（1）配电干线首端：应选用选择型断路器。当此干线供电范围不大，其计算负载电流较小（如300A 以下）时，也可选用熔断器。
（2）配电干线第二级：宜用熔断器。当此干线供电范围较大，负载较重要，计算负载电流较大（如400A 以上）时，可用选择型断路器。
（3）末端电路，即直接接至用电设备的线路保护电路，通常使用非选择型断路器。
（4）末端电路的上一级线路保护电器：使用熔断器为好。
（5）为保证选择性动作，多级配电线路的中间各级最好选用熔断器。
综上所述，配电线路各级保护电器比较合理的选型是：
选择型断路器（首端）→熔断器→断路器→非选择型断路器（末端）。
2.2断路器和熔断器的比较
这两种保护电器各有其特点，应根据需要选用。断路器具有遥控功能、完善的保护功能，调整方便、故障断开后可以恢复等诸多优点，特别是智能型断路器更是熔断器所不可比拟的。但熔断器却以它良好的选择、配合性能和较低廉的价格而占有自己的地位，适合于配电系统的中间各级。
3.保护电器的整定
在对低压配电系统中的保护电气进行选择之后，还要对保护电气进行整定，这样才能确保低压配电系统的正常工作，采用熔断器与使用短路器的过程中一定要严格按照相关规定进行，避免造成不必要的损失，具体包括以下机房面内容：
3.1短路保护
发生短路故障时，应该在达到导体允许的极限温度之前切断故障电路，并用相应公式进行热稳定校验。
（1）使用熔断器时，因为它具有反时限特性，可根据现场实验按导体截面和敷设方式得到熔体电流的最大允许值选取即可。
（2）使用断路器时，利用其瞬时或短延时脱扣器作短路保护。瞬时脱扣器的全分断时间极短，一般都能符合要求。
3.2过载保护
（1）用断路器的长延时作过载保护，只要长延时脱扣器的整定电流Izd1 小于或等于导体允许的载流量，即Izd1≤IZ。
（2）用熔断器保护时，熔体电流整定根据相关公式进行计算，即IB≤In≤IZ和I2≤1.45IZ。
3.3线路故障时，应有选择性切断电路
线路故障时，要保证可靠切断电路，又要尽可能缩小断电范围，即有选择性地切断，这就对配电设计提出了更高的要求，要求准确的计算数据，恰当的选择保护电器，正确整定保护电器的额定电流、动作电流和动作时间。
3.4配电线路保护要点
工业和民用建筑的低压配电每一段线路都要装设保护电器，设计时应从下而上逐段线路按短路保护、过负载保护、接地故障保护三种保护要求进行整定和校验。
3.5保护电器的选择性
（1）首级干线宜用选择型断路器（电流较小者可用熔断器）：
①短延时整定电流Izd2≥下级断路器Izd3 的1.2 倍。
②短延时时间应大于下级熔断体熔断时间0.15～0.2s。
（2）中间各级宜用熔断器，按1.6：1 选择。
（3）末端回路可用非选择断路器，对笼型电动机可用aM型熔断器。
4.低压配电系统中保护电器的选择建议
低压配电系统中的保护电气如果选择不当就会给其正常使用带来一定的影响，甚至会造成严重后果。所以，在实际生产的过程中一定要严格按照相关规定进行操作，一旦发生故障，可以根据以下建议进行及时的调整，具体内容为：
4.1重新计算与整定线路
在实际应用过程中，如果在出现故障后产生了大面积的停电状况，主要就是因为线路上的各级保护电气没有选择好，他们之间的配合不当。出现这种故障时应该对这一故障线路上的线路进行重新计算与整定，而不能盲目更换保护电气。
4.2合理选择漏电断路器
如果没有合理的选择漏电断路器，只是用普通的断路器来代替漏电断路器或者是出现接线错误的话，那么漏电断路器在发生故障后就很难正常工作，进行及时的断路，严重威胁着人们群众的生命安全。所以，一定要按照相关规定进行操作，并且运用科学的方法选择合适的漏电断路器。
4.3熔断器不能随意更换
在进行熔断器更换的过程中，有些人会选择用微型断路器代替熔断器。由于微型断路器一般为非选择性断路器，当线路发生故障时，起不到有选择切断故障的作用。所以在实际生产中，不能随意更换熔断器；微型断路器只适用于末端回路，不能用于线路中间。
5.结束语
综上所述，电气保护的选择在低压配电系统重视非常重要的，但其选择过程却是非常复杂的。所以一定要严格按照相关规定进行选择，避免造成不必要的损失，保证低压配电系统的安全、有效运行。
【参考文献】
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[3]任威荣，李晓东.低压电器的选择性配合[J].低温建筑技术，2008.01：11-13.
控制与保护开关电器 篇4
关键词：控制与保护开关电器,反时限特性,电流校准,三相电流,漏电,检测
0 引言
控制与保护开关电器是低压电器中的一种新型产品, 其英文缩写为CPS。控制与保护开关电器集成了传统的断路器、接触器、过载保护继电器、变压器、启动器、隔离器等的主要功能, 具有远程自动控制和就地直接人工控制功能、面板信号指示及声光信号报警功能、过压欠压保护功能、断相及缺相保护功能、过载反时限保护功能, 能够接通、承载并分断规定的非正常条件 (如短路) 下的电流[1,2,3]。目前, 市场上的控制与保护开关, 存在延时特性非线性、采样精度不高、校准方式单一、脱扣机制不完善、辅助功能不丰富等问题。
本研究提出一种新型控制与保护开关电器, 具备精确线性反时限特性、较高的采样精度, 提供多种电流电压校准方式且具备安全迅捷的脱扣方式以及用户可定制的辅助功能, 同时以其成本优势迅速打开市场。
1 系统设计图
系统设计图如图1所示。控制保护开关通用变压器输出电压大约为18 VAC, 经过整流滤波电路、得到22 V直流电压以驱动分励脱扣器以及继电器, 再经过DC-DC电路得到5 V电压给单片机等芯片供电。电压检测采用18 VAC电阻分压得到交流小信号直接采样, 电流检测采用3个电流互感器独立采样, 电压电流采样信号经过运算放大电路输入至单片机, 直接用单片机自带10位精度A/D进行采样, 同时将电流、电压值显示于数码管;数码管采用并-串转换芯片实现静态驱动, 获得稳定及高亮显示;脱扣电路分为继电器脱扣和分励脱扣, 采用继电器节能驱动电路实现继电器低功耗无源输出;采用大功率三极管驱动分励脱扣器切断控制与保护开关主电源, 实现瞬时分闸的目的。
2 电路原理
硬件原理图由采样电路 (电流和电压采样) 、电源电路、显示电路以及继电器输出和脱扣电路四部分构成, MCU采用ATMEL公司的ATMEGA32A型单片机, 自带8路10位A/D, 是目前该项目最具性价比的单片机之一。本研究将着重介绍电流电压采样电路、继电器输出电路。
2.1 采样电路
该放大电路通过滑动变阻器与电阻的串并联实现电流参数的微调, 电路图如图2所示, 用来修正由于互感器一致性产生的误差以及运放的误差。本研究采用“Microchip Technology Inc”的MCP6004通用运算放大器进行电流、电压信号的放大。该运放支持轨对轨输入和输出, 单电源供电情况下可以满幅输出, 工业级的芯片供电电压为1.8 V~5.5 V。在该放大电路中, 本研究通过一级放大以及二极管滤除负半周期波形, 再进行电压跟随, 最后利用单片机按周期采样 (采样频率与市电频率一致) 得到实时电流电压值。这种采样方式相比峰值检波采样, 具有更快的反应时间 (T=20 ms) , 而峰值检波电路需要较长的时间进行电容充电, 不适合该项目, 两种测量方法的比较情况如表1所示。
2.2 继电器输出电路
继电器驱动电路如图3所示, 当继电器吸合时, 其动作电压 (加载继电器驱动线圈两端的电压) 一般要在其工作电压的75%以上, 才能保证可靠动作。可靠吸合后, 其线圈两端的维持吸合电压一般只要达到其工作电压的30%~40%即可, 低功耗驱动就是根据继电器的这一特点实现的。当单片机控制信号TUOK为低时, 三极管Q2截止, 继电器不工作;当TUOK为高时, 对电容充电, 电阻R2相当于暂态短路, Q2工作在饱和导通状态, 继电器线圈两端电压约为VCC, 而当C1充电完成后, 由于R2的作用Q2基极电流减小, Q2工作于放大区, 调整R2的阻值可控制Q2集电极发射极电流的大小, 从而控制落在继电器线圈两端的电压, 达到降低继电器闭合时功耗的目的。其中, Q2:可选择通用NPN管, IC>继电器核定电流, VCEO>VCC;VI:控制端电压 (单片机输出) ;R3:Q2饱和导通时的限流电阻, 可按照如下公式取值:
式中:hFE (min) —继电器hFE最低值, Ik—继电器额定工作电流。
R2:电路在工作稳定后, 由于R2和R3的共同作用, Q2工作在放大区, 达到继电器闭合后低功耗保持的目的。
式中:Vk—继电器吸合维持电压, Rk—继电器直流电阻。
3 反时限算法分析
目前, 反时限[4,5,6,7,8,9]过流保护已广泛应用于发电机、变压器、电动机和配电网的保护之中。根据国家电力行业标准, 微机反时限过流保护曲线数学表达式为:
式中:C—反时限特性常数, 该项目中C=2;IB—基准电流;I—实际工作的等效电流;t—反时限过流保护动作时间;k—反时限常数。
在电力系统中, 故障电流的大小并不是恒定不变的。考虑到不同时刻实际电流的大小不同, 故控制与保护开关电器采用式 (3) 的积分形式进行反时限过流保护的判断。本研究将式 (3) 改写为:
其中, 等式右端的积分体现了过电流的热效应随时间的累积, 当该积分大于k时, 反时限过流保护动作。本研究取反时限特性常数C=2, 得到的反时限特性曲线如图4所示, x轴表示实际电流Ir1对额定电流In的倍数, y轴表示C=2时的反时限动作时间。
由于MCU只能处理离散数据, 只有将式 (4) 离散化后才能应用到控制与保护开关电器中。本研究将式 (4) 离散化后整理得:
式中:ΔT—两次反时限求和时间间隔, 一般取计算的间隔时间, 由于ΔT很小, 在这段时间内假设故障电流基本不发生变化。M—保护动作时的求和次数。
在反时限过流保护中, 在选定某一条反时限曲线后, k, C和ΔT均为常数。当I>IB时, 本研究启动反时限过流保护, 并对式 (5) 左端逐次累加求和。当求和达到临界值G (G=k/ΔT) 时, 反时限过电流保护动作, 动作时间为t=MΔT。
由于MCU进行A/D采样是离散的, 式 (5) 是符合该项目的反时限特性拟合公式, 本研究采用拟合曲线法进行计算, MCU在求和时间间隔内只需进行一次浮点运算, 对于该项目选用的ATMEGA32A单片机, 是完全可行的, 相比直接数据储存查表法更为精确。
4 测量结果分析
该项目过载反时限特性实际测量结果如表2所示, 其中取反时限特性常数C=2, 为极限反时限特性。
表2的数据客观体现了过载反时限特性, 反时限动作理论值通过公式 (3) 计算得到, 反时限动作实际值通过电动机保护器性能校验台测量得到, 其实际结果基本符合反时限理论曲线, 但是仍存在一定的误差。在国标要求下的最恶劣的电气环境中测量, 当Ir1≤4 In时存在10%以内的误差, 当Ir1增大到8.4In时, 误差范围也将扩大到15%。这是由于电网的不稳定, 在延时过程中电压和电流实时改变而导致的误差, 但是该误差范围仍在国标要求以内。在实际较为良好的电气环境中, 测量的反时限动作理想值误差控制在5%以内, 较好地验证了该项目的反时限算法[10]。
5 结束语
当前电气行业正由机械式朝电子式、智能化、模块化发展。本研究针对当前新兴的控制与保护开关电器的市场需求, 以及传统控制与保护开关操作和生产上的缺陷, 设计研发了基于反时限特性的控制与保护开关电器, 实现过载长延时反时限动作保护、短路瞬时保护、过欠压保护、三相不平衡保护、漏电保护等一系列功能。该研究成果已在市场应用, 得到生产厂家和客户的广泛认可。
参考文献
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控制与保护开关电器 篇5
关键词 汽车电器；教学；探讨
一、课程地位
汽车技术迅速发展，最突出、最主要的变化是电子技术在汽车上的广泛应用。据统计，当前生产的汽车平均每辆车上的电子装备占整车成本的20%—30%；高档车电子产品的费用占整车成本的50%以上。汽车上的革新70%来自汽车电子技术及产品[1]。现在电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术的快速发展和市场竞争的需要，又加快了汽车电器与电子控制系统的更新速度。为了适应市场对该类应用型人才知识结构的需要，独立学院汽车类相关专业均开设了《汽车电器与电子控制技术》课程，学生对该课程学习的好坏直接影响到就业前景和毕业后的实际工作能力。
二、课程安排
调研全国12所独立学院的汽车类专业，均开设有本课程，课程学时在48学时左右，其授课内容包括发动机电子控制系统、自动变速器电子控制系统、电控悬架、电控动力转向以及车身电器与电子控制装置等，授课内容多，涉及知识面广，但总学时不多，只有合理安排组织教学，才能达到理想的教学效果。
三、课程教学组织
依据独立学院的办学宗旨，在课程教学过程中，以科学发展观为指导，以学生为根本，以知识为基础，以能力为核心，以市场需求为导向，定期对《汽车电器与电子控制技术》课程的教学进行研究和讨论，优化教学内容，改革教学方法，加强实践教学，创新考核方式。
1.优化教学内容
在课堂内容选取上，开放教学内容，依托教材，但不局限于教材。与时俱进，与汽车电器与电子控制技术最新发展想结合，整合课程的教学体系，如删去“传统点火系”等淘汰的教学内容，弱化讲解过渡内容，加强汽车常用电子技术内容讲解，增加汽车新电器及电控的知识。针对每一个电子系统，引入不同车型的相关系统电路图，讲解其组成、工作原理、工作过程，针对不同的授课对象增加其使用与维护、故障诊断与排除的内容，满足不同专业对该知识的需求。
2.加强实践教学
在教学要求不变的前提下，压缩理论教学学时，增加综合教学环节，即将理论教学与各项实践环节相结合，形成“综合教学环节”，增强教学的互补性。同时，根据课程内容增设创新性实验，如汽车自动变光器制作，老师准备所需电子元件，由学生在实训环节完成制作，既能巩固学生的理论知识，又能增强实践动手能力，提高科技创新能力。另外，还可以根据不同学校的培养计划，设置汽车电子课程设计、课程实习以及设计性、综合性实验，保证理论教学与实践教学相互补充，协调发展，提高学生的综合素质。
3.改革教学方法
根据《汽车电器及电子控制技术》课程的特点，综合运用现代教育技术，制作涵盖课程全部教学内容的多媒体课件，充分发挥多媒体教学的优势，从教师授课影像、声音、文字、动画演示等方面，可以有声有影的将汽车电子技术展现在学生面前。如在介绍汽车传统电器设备时，采用直观教学的方法，大量采用视频，将汽车电器的结构直观的展现给学生，使教学达到事半功倍的效果；在介绍系统或部件工作过程时大量采用动画，形象生动地展现；在介绍汽车电子新技术时，采用案例分析法，增强学生感性认识，加深知识印象；在实践教学中采用“仿真训练”→“台架训练”→“实车训练”→“综合应用”循序渐进的教学方法。同时针对课程教学内容多，授课学时少的特点，要求授课老师除了课堂的讲授、提问、讨论以外，还要在学生课余时间组织讨论、辅导和答疑，并收集大量的课外参考资料和最新的电子技术成果与学生交流，为课堂讲授打下一定的基础。在这个过程中教师走近学生，和学生结成了融洽的师生关系，他们在指导中渗透着自己独到的科研感悟和研究成果，给予学生潜移默化的陶冶和启迪。
4.创新考核方式
本课程是一门实践性很强的课程，在授课过程中既应注重基础理论知识的培养，也应注重学生实践动手能力的提高。因而，在考试上改变原来的“一门课程由一份试卷闭卷考试定成绩”的传统考核方法，试用知识与技能相结合、闭卷与开卷相结合的多次、多样的“模块化”考核方法。课程考核的评价体系包括平时作业10%、课上课下表现10%，实训考核30%，试卷成绩50%，全方位考核学生，避免学生通过突击复习应付考试。实训考核重在考查学生的实践动手能力和创新能力。在试卷内容上，以考查学生能力为主，多考理解性内容，少考记忆性内容。建立《汽车电器与电子控制技术》试题库、实训技能考核规范、平时作业和课上课下表现评价指标体系，激励学生全程自觉培养自己的综合素质。
四、总结
随着电子技术在汽车上的广泛应用，汽车电器电子系统不断更新换代，电子技术含量越来越高，課程学时越来越少，课程的授课难度越来越大，只有不断地根据实际情况调整教学方法，合理地设计教学内容，，通过课上课下教学和实践环节，激发学生的学习兴趣，提高基础知识和实践动手能力，适应当今经济社会实际需要，达到理想培养效果。
参考文献：
[1]姚胜华.汽车电器与电子控制技术[M].广州：华南理工大学出版社，2010.
控制与保护开关电器 篇6
通过将计算机技术、电力技术、电子技术等融入到电控技术中, 研发的控制与保护开关电器CPS, 与传统的同类电器相比, 具有技术可靠、反应快速、安全节能等优点, CPS接点少, 降低了系统的故障率及电能耗, 并节约了材料。全球第一代CPS产品是1983年法国TE公司生产的LD系列产品。中国90年代研发了第一代CPS产品, 填补了国内空白, 是革命性的创新产品。
与隔离器相比, 主电路和控制电路可同时隔离;与断路器相比, CPS分断能力高, 具有高可靠性和连续运行的性能;与接触器相比, CPS具有寿命长、无维护、易操作等特性。
CPS产品技术发展趋势有以下七个特点。
1、控制保护一体化:控制与保护开关电器CPS将传统的断路器、隔离器、接触器、热继电器合为一体, 并解决了保护与控制特性匹配问题。
2、功能的多样化:既适用于配电场合, 也可用于电动机的控制场合。
3、产品的小型化:应用最优化的结构布局, 采用先进的材料、工艺和技术, 缩小产品的整体体积, 实现产品的小型化、模块化。
4、应用的节能化:应用优化电磁系统静态结构设计和智能动态控制技术, 进一步降低了电磁系统功耗;应用软硬件结合的智能电子技术, 进一步降低了电子系统功耗, 实现产品的节能。
5、维护的简易化:模块化的结构设计及多种可选的附件使产品的应用更方便灵活、接线更便捷、维护更简洁。
6、性能的可靠化:产品结构、抗干扰能力、检测判断精度、响应速度、软件运行的可靠性等方面全面提高, 使得CPS的产品使用更可靠, 操作更安全。
7、寿命的延长化:通过对触头灭弧系统的结构、气流场及磁场的优化设计, 可提高产品的短路分断性能。通过提高材料性能、优化零件结构、启动时引入动态控制技术来延长产品的机电寿命。
清华大学建筑设计研究院有限公司总工教授级高工徐华
控制保护开关电器具有控制与保护功能集成化、模块化、小型化的特点, 其防护等级高、保护功能齐全、分断短路电流能力高、电寿命长、安装使用及维修操作方便、设计选型方便, 克服了由于分立元器件 (通常是断路器或熔断器+接触器+热继电器) 选择不合理而引起的控制和保护配合不合理的种种问题, 是实施绿色建筑中节材的典范, 现在已经得到广泛应用。
对于CPS的推广使用, 建议注意以下几个问题。
1、随着马达控制及节能技术的发展, 软启动、变频启动的应用也越来越多, CPS能否结合软启动器、变频器生产一体化产品?
2、由于市场上出现了大量良莠不齐的CPS产品, 降低了产品可靠性, 会影响CPS的使用和推广, 应让大家能够快速区分优劣产品。
3、对电子式和电磁式产品选用混乱、市场混乱的现象提出选用原则。
4、对于消防型CPS产品, 能否结合消防巡检要求, 生产集成度更高的产品?对于直接启动大功率消防泵的CPS, 其电寿命和机械寿命有无影响?
温州大学物理与电子信息工程学院院长教授戴瑜兴
从三个层面谈一下我的想法。
1、制造层面:目前的CPS产品需要走精品制造的技术路线, 做专业产品。推进“机器代人”, 温州政府对此支持力度也很大, 很多环节都可以机器代人, 以提高工艺水平和效率, 降低成本。要切实提高制造业过程的自动化, 从产品设计、制造、检验与测试、工程应用以及产品报废处理的全生命周期实现信息化。
2、推广应用层面:假冒伪劣产品充斥市场, 要加大打假力度。目前产品的应用集中于民用建筑领域, 亦可向工业领域、军工领域拓展, 拓宽高科技产品的应用范围, 例如航空航天领域、船舶领域。产品上图方面, 尽量做到产品样本提供的线路图、典型方案可作为设计参考乃至设计依据。
3、企业发展层面:中凯已经成为上市企业, 温州的企业很多, 创造的GDP很高, 但遗憾的是温州的上市企业很少。参考国外先进经验, “百年老店”都是一种产品一代代做下来, 做成精品。中凯的三合一产品独具特色、技术先进, 市场需求很大, 要做专、做强、做成民族的品牌。
山东省建筑设计研究院总工研究员张钊
鉴于目前“控制与保护开关电器”的发展现状, 提以下两点建议。
1、建议用控制与保护开关KB0代替双电源切换装置ATS
实际上, KB0具有双电源转换开关的功能, 但没有得到真正的应用, 丧失了很大的市场。双电源均采用传统的自动转换开关ATS, 在民用建筑中, 双电源转换开关要比KB0用量大。应加大KB0双电源产品的市场推广, 提高市场占用率。在推广控制与保护开关的同时, 推广双电源功能, 其额外投入相对要小得多, 一定能得到事半功倍的效果。
2、建议增加功能模块, 完善产品功能
在民用建筑的电气设计中有很多系统, 如建筑物能耗监测系统、电气火灾监控系统、消防电源监控系统以及电气设备防雷保护SPD。目前这些系统都是各自独立, 起着单一的系统功能, 能耗的计量、漏电监测、电源监测、SPD保护都可以做成功能模块, 构成与控制与保护开关的灵活组合, 其网络的传输利用一套系统, 集中管理, 能够大大降低设备成本和管理维护费用。
上海现代建筑设计集团总工教授级高工陈众励
《民用建筑电气设计规范》 (JGJ 16-2008) 提到了消防泵直接启动的问题, 很多消防设备运行时由发电机供电, 采用小系统方式。如发生短路, 短路电流较小, 按市电系统来处理时短路保护灵敏度不够, 按发电机来处理时动作概率又偏高。接电网时短路电流大, 接发电机短路电流偏小。是否可以考虑产品设两个短路保护整定值, 分别对应电网和发电机。
另外, 消防状态下短路保护问题也值得研究。大部分综合体、超高层建筑都存在这样的问题。
北京市建筑设计研究院有限公司总工教授级高工孙成群
控制与保护开关电器与传统开关电器相比, 很好地解决了分立元件之间保护与控制特性匹配的问题, 下面就在实际工程中采用控制与保护开关电器的体会, 谈谈个人的看法。
1、与分立电器构成的系统相比
(1) KB0系列控制与保护开关电器集控制与保护功能于一体, 具有反时限、定时限和瞬时三段保护的特性。 (2) 具有无可比拟的运行可靠性和系统的连续运行性能, KB0在分断短路电流后无需维护即可投入使用。 (3) KBO具有体积小、安装面积少、无分离元件接点、减少线路发热、节约能源、节约材料等优点。
2、与塑壳断路器相比
(1) 具有分断能力高、飞弧距离短的特性, KB0在50k A预期短路电流下的分断时间仅为2ms~3ms。飞弧距离仅为20~30mm。 (2) 与塑壳断路器构成的保护系统相比具有保护整定电流均可调整的特性。
3、与接触器性能相比
KBO的机械寿命达500万~1 000万次, 电寿命AC-43为100万~120万次, 兼顾就地手动操作与远距离自动控制。采用触头与电磁系统分离式设计, 有效抑制触头的二次弹跳。
KB0系列控制与保护开关电器还具有智能化、模块化、多功能、小体积的优势, 安装灵活且防护等级高。
中国航天建设集团有限公司总工研究员王勇
CPS主要特点是集频繁动作与偶发保护于一体, 取代过去断路器、接触器和热继电器的功能, 结构紧凑、接线方便。电磁式过载保护采用双金属片热驱动, 由于故障电流直接驱动脱扣装置, 不需要控制电源, 因此可靠性高。
电子式CPS通过将CPU对采样电流的运算值与设定值进行比较, 发出指令进行脱扣。电子式可以采用各种先进的运算方法, 其控制精度和负载特性的匹配度、时间和幅值级差配合等智能化程度可以达到很高的水平。但由于电子控制器需要控制电源, 逻辑运算和保护曲线的设定需微电子器件通过程序来实现, 因此其抗干扰、耐压方面稍显不足。
CPS将保护与动作共用一套触头, 负载电路的每一次通断在触头上产生的电弧烧蚀和磨损又不可避免, 需要经常更换具有高分断能力的触头, 基本上就是整个CPS全部更换, 因此成本较高。
建议:KB0产品的外观设计、操作方式若能有新的突破将会有更大商机。
湖南省建筑设计院副总工教授级高工孟焕平
CPS的发展起源于上世纪60年代初, 由法国MG公司研制将电磁式瞬时脱扣器和热双金属片式延时过载脱扣器安装在转动式接触器上, 构成“Stangard”系列高分断能力的接触器。上世纪80年代初, 法国施耐德公司将“Intergral 32”系列CPS产品投入市场, 出现了应用微电子技术的第一代CPS产品。目前, 以节能、环保、智能为主题的新一代CPS已经问世, 代表产品有施耐德公司推出的Te Sys U系列和西门子公司推出的3RA6系列。
我国的CPS产品是从上世纪90年代开始起步, 到2000年左右开始迅猛发展。CPS能够解决以往使用分立电器组合所产生的协调配合问题, 在工程实践中得到了广泛认可和欢迎。国产的CPS产品提供了一些更丰富、实用的功能, 且与国际领先水平的产品性能指标基本相当, 个别指标甚至高于国外产品。目前, 国内利用CPS研制成适合各种需求的开关电器, 从技术发展角度看, CPS不但从功能和结构型式上呈现多样化, 且各种保护方式和表现型式也呈现出越来越多样化的特点。集成化、模块化、节能化、智能化将成为21世纪新型CPS研制的主流方向。
中信建筑设计研究总院有限公司总工教授级高工李蔚
1、三个元件分立可靠性低、接线复杂, 中凯抓住问题所在, 创新研发了KB0。几乎所有的电器厂商都有控制保护开关电器产品, 从设计角度出发, 有一个问题值得思考和改进, 就是一体化。
2、消防一体化, 我认为这是设计领域的一个问题所在。现在新的防火规范已颁布实施, 消防监控太多, 让设计人员无所适从, 如果可以集成会更好。
以下提出几个建议。
(1) 消防配电控制保护一体化, 将ATSE集成, 只需要外接总线。 (2) 模块化, 应包括二次控制模块、报警模块等。 (3) 市场化, 可细分为五级, 低、偏低、中、偏高、高。除了规范要求的必需模块外, 还有很多可选模块。 (4) 差异化, 在市场竞争中必须差异化。将核心优势发挥出来, 人无我有, 人有我优。有的厂家已经将二次线路控制集成, 受到设计师的欢迎。 (5) 精致化, 产品外观需要改进, 产品更美观, 辨识度更高。 (6) 国际化, 通过技术创新, 将产品推向国际化。另可以再斟酌一下品牌名称。
中国建筑西南设计研究院有限公司副总工教授级高工杜毅威
CPS为三合一 (断路器、接触器、热继电器) 的一体化产品, 具有体积小、分断能力强、控制与保护水平高的特点, 在控制与保护电气领域是革命性的产品。CPS符合模块化、小型化、智能化的要求, 具备了第四代低压电器产品特征, 属第四代低压电器产品, 在电动机控制与保护方面具有很高的水平。
在配电方面, 要求实现智能化、无人值守的变电所, 如设在避难层的超高层建筑变电所等, CPS可以取代断路器, 实现“四遥”功能。CPS比单纯的断路器更适合用于智能配电, 因此智能电网、智能配电技术是CPS下一步应用的发展方向。
对于大功率电动机柴油发电机不能直接启动的问题, 如在大功率消防泵启动时, 消防泵新规范要求采用机械应急启动装置, 正常市电下电源容量可能没有问题, 但柴油发电机供电时直接启动大功率消防泵, 容量就可能不够。采用CPS可以比较容易地解决这个问题, 建议制作专用的消防泵“星三角”启动方式的CPS成套消防泵专用控制器, 再加上机械应急启动装置, 这样就不会因为直接启泵而增加柴油发电机的容量。
在CPS节能方面, 热磁式CPS比电子式的能耗高, 另外电子式也是一个发展趋势, 可靠性高且能耗小, 设备都是长期运行的, 所以CPS的节能也很重要。
在CPS的生产自动化方面, 要提高生产、检测的自动化程度, 突出产品优势, 形成自动化、标准化的生产检测线, 提高产品质量和生产效率。
中国中元国际工程有限公司副总工教授级高工胡剑辉
现在设计院的技术水平参差不齐, 在控制方面的研究很欠缺, 很多人不知道CPS产品的功能可以这么强大, 所以企业要加强产品控制功能的宣传, 而不是让大家仅仅只知道“三合一”;要广泛与设计院沟通, 了解市场需求, 例如:单速兼用电机是否需要两套控制方案以便能在两种情况 (消防状态和正常状态) 下使用, 对于这类问题设计院人员是不太了解的。推广时要突出产品在消防状态下运行的细节问题。在产品现场的安装和维护方面, 企业宣传时要注意细节, 这关系到选型和口碑的问题, 要多和设计院进行沟通。
控制是很重要的一方面, 许多人对控制方面的认识存在盲点, 对应的控制模块原理要给出详细的配套资料。此外, 希望能够做到产品多样化, 使大家能够方便选型, 加强整个企业的宣传力度。
浙江省建筑设计研究院副总工教授级高工洪伟
对于产品优化方面可否做“减法”, 只具备断路器和接触器的功能, 就可以用于照明系统, 很多地下室只需要这两项功能, 这样做能够使材料减少且功能增加。
在节能方面, 具体是本体节能还是设备节能不是很明确。KB0是一个结构组合体, 跟分立元件相比, 它本体一定是节能的。希望能做出一个直观的对比。
在外观方面可以做一些改变, 比如用触摸屏或者按钮取代传统手柄, 缩小体积, 改进外观, 使其方便安装。
现在很多风机都要变频控制或软启动控制, 能起到较好的节能效果, 建议要在这方面考虑以便优化产品。
温州设计集团有限公司副总工高工丁式橫
对电气设计师来说, KB0的应用, 减轻了设计的工作量, 从而将对断路器、接触器、热继电器三种元器件的选择问题转换成对KB0这一个组合元器件的选择问题。根据负载类型、功率及用途就可选择相应CPS产品, 且该元器件比传统元器件体积小。
现阶段, 国家标准图集《常用电机控制电路图》 (10D303-2~3) 中, CPS只在非消防电机中运用。而实际上, 中凯KB0在消防系统中早已有其相对应的产品。所以, 建议中凯在下次国标图集修订时能积极与修订单位衔接, 补充完善这部分的内容。
CPS控制与保护开关电器集控制与保护功能于一体, 具有小型化、模块化、智能化、高分断的特点, 使保护与控制特性配合更完善合理, 极大地提高了系统运行的连续性和可靠性, 已在工业与民用建筑电气工程中得到广泛应用。
通过本次沙龙研讨, 专家们针对“控制与保护开关电器”的工程设计和应用提出了以下几点应注意的问题。
1、风机、水泵等电动机类负荷控制与保护宜选用CPS。
2、应根据负荷特性对CPS进行选择。
3、消防设备的控制与保护, 应选用热磁式CPS。
4、在高温、高湿度及电磁骚扰严重的场所, 宜选用热磁式CPS。
控制与保护开关电器 篇7
1.1 CPS的起源
20世纪80年代国际上出现了一种新型的集成化低压电器:控制与保护开关电器 (Control and Protective Switching Device) , 其产品代号为CPS, 相关的IEC标准为IEC 60947-6-2, 我国相应的国家标准为《低压开关设备和控制设备》 (GB 14048.9-2008) 。上海电器科学研究所于“八·五”期间组织研发的第一代CPS产品填补国内的空白, 国内以KB0系列产品为代表。
CPS作为一种具备控制与保护等多功能的电器, 将断路器、接触器、热继电器 (或电子式过载继电器) 以及隔离器的控制与保护功能融合于一体, 很好地解决了分立元件不能或很难解决的器件之间的保护与控制特性进行匹配这一关键问题, 只需要根据负载功率和工况, 就可选用单一的CPS产品, 完成其电控与保护功能。
CPS具有连续工作性能, 即在分断短路电流后无需维护即可投入使用, 也就是具有分断短路故障后的连续运行性能, 为低压配电与控制系统提供了一种新型、理想的小型化、多功能基础元件, 为电气控制设备的小型化、一体化创造了条件。其构成与传统的低压电控系统的比较如图1所示。
1.2 CPS的发展现状
近年来, 上海电器科研所研发了应用现代通信技术、微电子技术、新材料技术的新一代CPS产品, 国内生产商以浙江中凯科技股份有限公司的CPS2系列产品为代表, 国外以施耐德公司的Te Sys-U系列产品和西门子公司的3RA6系列产品为代表。
1.3 新一代CPS技术特点
相比于上一代CPS, 新一代CPS具有以下技术特点。
1) 运行可靠性和连续性能大大提高
新一代CPS的机械寿命达500万~1 000万次, AC3电寿命为120万~150万次, 远超过空气断路器和接触器, 即可就地手动操作, 也可实现远距离控制功能, 其智能型产品还具有各种自动控制功能。
新一代CPS的协调配合性能好。在接触器里根据工程需要对产品的协调配合性有一定要求, 分为“1”型配合及“2”型配合。标准规定及试验情况表明, 新一代CPS具有超“2”型配合的性能, 其切换容量大, 可12In接通, 10In分断, 满足AC-44要求, 完全可以取代各种工况下应用的接触器。
2) 综合分断能力大大提高
Ics程序试验表明了新一代CPS产品具有极高的额定运行短路分断功能, 例如中凯的CPS2系列产品, B、C、D框架 (控制电流0.16A~125A) 的Ics (AC380V) 达到50k A, F框架 (控制电流100A~225A) 的Ics (AC380V) 达到100k A, 能在大容量低压供电网络中得到更广泛地应用。
新一代CPS在进行了分断短路电流试验后, 仍具有不小于连续可靠的1 500次的AC-44电寿命。根据执照标准, 断路器不进行试前和试后的AC-44电寿命, 因为由断路器等分立器件构成的系统难以达到此类技术指标, 因此不作专门要求。新一代CPS的这一特性极大地提高了系统的运行可靠性和连续运行性。
中凯KB02系列产品, 更有在AC690V标称电压下运行额定工作电流不降容的技术特点, 为在国外不同电压序列条件下推广其产品创造了条件。
3) 结构更加紧凑、精密
新一代CPS采用多种新材料, 综合应用最新的节能节材技术, 使得电器本体体积更小、主回路及控制回路损耗更小 (自身发热更小) , 为新一代CPS在工业配电控制及智能配电控制终端网络的应用创造了条件。
例如KB02系列产品, 额定电流45A及以下的壳架能在1/2和1/4抽屉的MCC柜中直接应用且不降容, 这是分立元件组成的电控回路很难做到的。
由于新一代CPS功能紧凑、防护等级高, 能方便地实现电控设备的小型化、现场化, 适用于潮湿场所、地下室、泵房、矿山、码头、船舶及石化等领域。
4) 产品系列化、功能集成模块化
新一代CPS产品已形成系列化, 额定工作电流0.16A~225A, 在AC380V系统里, 能满足150k VA容量的智能配电, 以及AC-44工况下110k W鼠笼电机的直接控制。
新一代CPS采用模块集成化设计, 可根据不同的工程设计要求选择不同功能模块的组合, 而且满足不同功能需求的不同模块其结构尺寸是一致的, 大大提高了互换性。以中凯公司的CPS2系列产品为例, 为满足高端用户的需求, 除了常规的热磁式模块产品 (分为频繁启动型、不频繁启动型两种) 外, 还具有B (数字化控制基本型) 、R (数字化数显型) 、E (数字化高级型) 、T (数字化智能型) 四个系列的智能模块化产品, 不同系列的产品外形基本一致, 互换性好。
新一代CPS将过载、过流、断相漏电、欠压及过压根据不同需求集成在不同型号的过载脱扣器中;电磁系统倒装式结构使电磁铁的体积可设计得最小化, 使得整个开关集成模块化得以实现。
5) 智能化功能大幅提升
新一代CPS通过采用现代通信技术、微电子技术, 其智能化功能得到大幅提高, 有进一步整合 (或取代) 多功能仪表、PLC、DDC等的趋势, 实现强、弱电的一体化。
以CPS2为例, 4个系列的智能化、模块化产品分别具备的功能如表1所示。
注:短路保护通过主回路独立实现。
从表1得知, 新一代的CPS, 其测量、智能保护、通信、辅助输入/输出、故障记录功能整合了流行的多功能仪表、PLC、DDC等的功能, 当其进一步完善CPU处理能力和模拟量输入/输出功能后, 完全可以取代PLC、DDC等流行的控制方案, 由于其实现了强、弱电一体化, 其取代将更有优势。
2 智能配电控制终端网
2.1 智能电网与“互联网+”
智能电网就是电网的智能化, 2004年美国电科院提出此概念时也被称为“电网2.0”, 现在称“互联网+电网”。智能电网是建立在集成、高速双向通信网络的基础上, 通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用, 实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标, 其主要特征包括自愈、激励和保护用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、允许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
“智能电网”的概念通常包括“智能发输电网”、“智能配电网”、“智能用户网”三部分。从发电厂到110k V网络的智能电网称为“智能发输电网”, 从110k V到用户的智能电网称为“智能配电网”, 用户内部的配电及控制网络则称为“智能用户网”。
2.2 智能配电控制终端网的特点
对占用电量40%的市政及民用用户, 其用电器具中90%不大于110k W, 而对占用电量60%的工业用户, 其用电器具中70%不大于110k W, 这些用电设备配电、控制智能化对整个智能电网的高效、安全、经济运行起着关键作用, 因此“智能用户网”也被称作“智能配电控制终端网”。
“智能发输电网”、“智能配电网”属于电力系统, 在“智能电网”的研发和应用中得到足够重视, 近些年来均取得了相当的成果。但“智能配电控制终端网”却仍是“智能电网”发展的瓶颈。其主要原因有两个方面。
1) 用户需求多且杂
智能配电控制终端网的用电对象繁杂。按用户领域分, 有工业、市政、民用几大领域, 分属不同用户群体, 仅在工业一个领域内又有矿山、石化、船舶等几十个细分客户, 没有一个组织来从事归纳需求、提供统一的服务。即使对一个简单的民用建筑内的普通风机而言, 我国南北、东西的需求和习惯做法也不一样, 将其需求统一起来也是一个颇为繁琐的工作。
2) 技术方案难得统一
智能配电控制终端网的各类技术方案源远流长, 有起源于工控的PLC方案、起源于楼控的DDC方案、起源于电力自动化系统的综合继保方案、起源于遥测的多功能仪表方案以及基于“预制式控制柜”的智能一体化控制柜方案, 由于这些方案都是交叉技术应用层面的融合, 或多或少地受到原有技术应用的限制, 并没有在智能配电控制终端网应用中击败其他方案而独占市场。
2.3 智能电网的技术基础与智能配电控制终端网技术的实现
智能电网的快速发展基于数据通信网络技术、先进的传感测量技术、先进的保护控制技术、高级配电自动化技术、高级测量 (Advanced Metering Architecture, AMA) 技术、分布式电源 (DER) 并网技术、分布式柔性交流输电 (DFACTS) 技术、故障电流限制技术等的综合应用。
但上述技术在智能电网中的“智能发输电网”、“智能配电网”中的应用是通过附加的系统和装置来实现的, 如果同样的方式应用于“智能配电控制终端网”, 则由于其单个控制对象的低价值、造价的限制以及现场条件的限制, 使其技术先进性与经济性无法达到平衡而验证以以实现。
新一代CPS产品, 将智能电网的各项技术有选择地集成在电器 (强电装置) 自身, 突破了经济性和现场条件的障碍, 笔者认为是实现智能配电控制终端网最有前途的技术方案。
3 智能配电控制终端网应用方案比较
3.1 应用PLC技术的智能配电控制终端网方案
由PLC构成的智能配电控制终端网如图2所示。
3.2 应用DDC技术的智能配电控制终端网方案
由DDC构成的智能配电控制终端网如图3所示。
3.3应用综合继电保护单元技术的智能配电控制终端网方案
由综合继电保护单元构成的智能配电控制终端网如图4所示。
3.4应用多功能仪表技术的智能配电控制终端网方案
由多功能仪表单元构成的智能配电控制终端网如图5所示。
3.5应用一体化控制柜技术的智能配电控制终端网方案
由一体化控制柜构成的智能配电控制终端网如图6所示。
3.6 应用第二代CPS技术的智能配电控制终端网方案
由第二代CPS构成的智能配电控制终端网如图7所示。
3.7 比较
综合分析和比较上述实现智能控制终端网的各种技术方案的概念图, 可得出如表2的初步结果。
4 结束语
通过以上分析可以得出结论, 新一代CPS是实现智能配电控制终端网的最有前途的技术方案, 值得大力推广和采用。
摘要：智能电网中的“智能配电控制终端网”的需求区别于与智能电网其他部分, 其技术方案一直未得到有效地统一, 通过分析采用通信、微电子、新材料等最新技术的新一代CPS产品特点, 提出新一代CPS是实现智能配电控制终端网的最有前途的技术方案。
超高温控制自动保护开关电源 篇8
基于以上原因开发出一款可以长时间承受大电流不损坏开关电源承时自动保护电路停止输出的同时可以保护负载电路, 不至于次级电路出现器件烧毁等危险。
1 开关电源的原理与主要技术
开关电源是指以功率开关器件工作与开关模式的DC/AC或者AC/DC, 再经过DC/DC变换, 具有闭环控制和安全保护机制, 并且满足相应的负载的具体要求的电源系统。常见的通信用的开关电源模块组成框图如图1所示。
开关电源系统输入为工频交流, 经前端整流电路整流为单向脉动直流, 为提高功率因数和减小谐波电流, 需要将单向脉动直流进行功率因数校正。使交流输入电流与输入电压保持同相, 同时通过相应控制策略和滤波电路, 得到稳定的直流电压。直流电压经过DC/DC功率变化电路, 经控制和滤波。最终输出所需的电压和电流, 同时满足电磁兼容要求和具备电路高温环境下工作的保护机制, 此外, 还有过流输出保护、启动电流冲击保护等。
2 开关管电路的过热保护
开关电源的高集成化和轻量小体积使其单位体积内的功率密度大大提高, 电源装置内部的元器件对其工作环境温度的要求也相应提高。否则, 会使电路性能变坏, 导致元器件以及后续电路烧毁。因此, 在大功率开关电源中应该设高温下过热保护。采用新型材料半导体温度继电器电路来检测开关电源内部元器件及环境的温度, 当电源装置过热时, 温度继电器就动作, 使整体电路处于发光报警状态即不输出电压状态停止工作, 温度恢复到设定温度阈值即重新开始工作, 实现对电源的超高温过热保护。可将电磁继电器置于开关管电路旁, 一般大功率开光管, 允许的最高管壳壁温度为70℃, 温度调节设定值为55℃。当管壳温度超过温度阈值后, 继电器就切断负载输出电流, 对开关管次级电路进行保护, 热敏开关半导体器件热晶闸管, 在超温保护方面有重要作用。
如图2所示的电路中, 根据P型控制栅热晶闸管TT102, (如图2中虚线框内所示) 由热敏电阻RT值确定该器件的导通温度。RT越大, 导通温度就越低。当将其放置功率开关三极管附近, 或电源装置内时, 它就能起到温度指示作用。当功率管的管壳温度或装置内部的温度超过允许值时, 热晶闸管就导通, 使发光二极管发光报警状态, 配合光电耦合器动作电路, 使整体电路更迅速报警, 保护保险管次级转换电路的稳定而不导致核心电路的烧毁。
3 高性能软开关PFC电路
开关电源的多数PFC电路都包括升压拓扑结构, 它能在连续或不连续电感电流模式下工作, 其开关频率既可以是固定的, 也可以是变化的。其中包含脉冲宽度调制 (PWM) ;脉冲频率调制 (PFM) ;脉冲宽度频率调制 (PWM-PFM) 。固定频率连续电感-电流模式适合于高功率应用, 使峰值功率降至最低。
电路采用控制开通时间的零电流开关技术, 为进行功率因数校正有效, 零开关电源严格限制了峰值电流, 周期不超过整体电源和负载频率变化, 平均电感电流值的两倍, 在没有整流恢复升压及功率损耗情况下, 负载电路能实现高效的运行。 (图3)
电感L值的计算。功率因数校正的前提条件是使输入电感中电流保持连续状态, 即纹波电流ΔI要小于最小输入交流电流峰值的两倍。则取电感L≥L min临界电感。
式中:V min (p) 为最小输入正弦波电压的峰值 (V) 。
4 结论
本文以新型开关电源新材料为前提, 充分发挥了开关电源在电力电子技术和生活中的实用性, 采用新型材料半导体温度继电器电路来检测开关电源内部元器件及环境的温度, 结合光电耦合器动作电路, 使整体电路能迅速报警, 保护次级电路的稳定, 在生产生活中有着广泛的应用。
参考文献
[1]张海燕.开关电源的保护电路设计[D].重庆:重庆文理学院 (自然科学版) , 2007, 10.
[2]奚临晓.直流开关稳压电源保护技术及其应用[J].科技信息 (科学研究) , 2007, 8.
控制与保护开关电器 篇9
控制电路板变得日益精密和复杂,保护这种电路板,防止因为接错电源、电压突然升高或者短路而造成损坏,是设备制造商特别关心的问题。虽然电器设备中的变压器、变压器的外壳和连接线路能够承受较高的瞬变电压,但是,由于电路板上有容易因高电压而损坏的固体器件,需要改善对电流过大、温度过高及电压过高等问题的控制。
过流和过压协同保护还能够帮助设计人员达到安全机构的要求,尽量减少元件数量,并且提高设备的可靠性。在协同电路保护技术中使用的金属氧化物压敏变阻器(MOV)过压保护器件,与额定电压为电网电压的PPTC过流保护器件的配合,可以帮助制造商达到国际电工委员会IEC 6100-4-5标准的要求。这项标准是连接到交流电网上的设备的全球性电压和电流测试标准。
各种过流电路保护技术的比较
当变压器或者供电电路出现故障时,有些元件会过热。有几种电路保护方案可以防止故障以及由此引起的过热而造成损坏,其中包括热熔断器、电流熔断器和断路保护器。常用的办法是在变压器的初级电路中使用热熔断器,而在变压器的次级电路中使用过电流熔断器。
但是,在许多电器中,最好是使用自复式保护器件,例如PPTC器件、陶瓷正温度系数(CPTC)器件和双金属断路器,这些是首选的保护元件。在发生故障后,这些元件一般不需要更换,在切断电源和/或过流状况消除后,电路会回到正常的工作状态。
就变压器的保护而言,熔断器也许是最简单、成本最低的办法,但是,大多数设备制造商发现,自复式保护能够防止短路、电路过载或者使用者误用引起电流过大而造成的损坏,能够减少设备退回保修,所以使用自复式保护是有道理的。
泰科电子公司最近在各种变压器上对旗下的Raychem电路保护部的PolySwitch LVR器件进行了对比测试。这种器件在各种变压器中作为初级电路的保护元件。在试验中比较了PolySwitch LVR PPTC器件和热熔断器的性能和特性。
有的供电电源设计使用了一次性使用的热熔断器作为初级电路的保护元件。图1示出过热对这种变压器的影响。在这个试验中,变压器的次级短路,导致绕组的温度超过200℃。热熔断器的额定温度是115℃,安装在靠近铁芯中间的地方,它未能断开,结果绕组的绝缘层熔化,最后变压器损坏。
图2是一项试验的结果,其中用一个类似的变压器进行试验,使用PPTC器件作为初级电路的保护元件。加在变压器初级绕组上的输入电压是交流253 V,对次级绕组短路进行模拟。测量了初级绕组的表面温度(T初级)、次级绕组的表面温度(T次级)以及PPTC器件的表面温度(T-PPTC)。当PPTC器件的外部温度达到大约95℃时,初级绕组的温度大约是95℃,这时PPTC器件的电阻开始从低电阻转变为高电阻。一旦PPTC器件的电阻转变为高电阻,便限止了电流,绕组开始冷却。
在一个交流120 V变压器上进行了类似的试验,将次级绕组短路,比较了PPTC器件和热熔断器的性能,试验结果列在表1中。这些数据表明,PPTC器的优点是转变到高阻状态比较快,因而能够限止绕组的最高温度,从而保护变压器绕组,并且保护接在变压器次级的电路。
CPTC器件是自复式保护元件;不过,由于这种器件的工作温度相对较高,电阻大以及尺寸大,它们的应用可能会受到限制。CPTC器件的材料往往是脆性的,容易因为冲击、振动和热应力(许多电器在使用中因发热或者冷却会产生热应力)而损坏。
传统的双金属断路器虽然广泛地用于保护电器设备中的电动机,但是它们不能保持在自锁状态,需要另外采取措施防止它交替地接通和断开。双金属片是用两种不同的金属粘结在一起。当电流超过双金属断路器的额定电流时,过大的电流所产生的热量会引起双金属片弯曲,带动一组触点断开,于是电流不能流过。一旦电流停止流过,温度下降,双金属片便回到正常状态,于是触点闭合,电流又会在电路中流过。当电动机发生故障停止转动时,双金属片断路器就会交替地接通和断开,一直到把电源切断。
双金属断路器的触点会交替地断开和接通,这有几个缺点,其中包括材料疲劳、触点容易损坏、出现火花或者触点熔化在一起。如果双金属断路器触点"不能断开",就会因为电流过大而损坏电动机以及接在后面的容易损坏的电子电路。双金属断路器还可能会因为噪音或者“颤振”和电磁干扰(EMI)不能用于先进的电子控制系统。
交流电源的协同保护
从小型的厨房用具到专业高温炉,都变得越来越复杂,功能越来越多,推动着这个产业走向电路集成,减少电路板的面积。保护敏感的电子元件,防止瞬变电压、短路和使用者误用而造成损坏,是制造厂商十分关心的问题。
例如,过去在设计控制电路板时,变压器的初级电路和次级电路往往没有使用过流保护,在发生故障的情况下,依靠变压器把热量散发出去,防止控制电路板受到损坏。然而,现在电路板上越来越多地使用容易损坏的固体器件,需要对电压加以限制。
雷击或电力站的负荷在切换时的瞬变过程会产生很高的电压或者很大的瞬变功率,加在电气设备的交流电压输入端,可能会造成损坏。
在接到交流电网的输入电路中使用过流和过压协同保护,可以帮助设计人员达到安全机构的要求,并且减少元件数量,降低成本。
图3说明了MOV如何与PPTC器件结合起来使用,在苛刻的交流环境下提高设备的可靠性,从而达到国际电工委员会I E C-61000标准的测试要求。
MOV器件可以流过很大的电流,吸收能量的能力很强,响应速度快,成本低,由于这些,适合于保护供电电路、控制电路板、变压器和电动机。PPTC过流保护器件的额定交流电压也是240伏,允许的最高间歇电压为交流265伏,可以与MOV器件一起,安装在交流电压输入电路中。
自复式PPTC器件和一次性使用的电流熔断器不同,自复式PPTC器件可以帮助保护由于略微增加的故障电流而引起温度上升的场合。当PPTC元件安装在变压器的初级电路中,靠近可能产生热量的元件,例如磁性元件、场效应晶体管(FET),或者大功率电阻器,那么只需要用一个PPTC器件,就可以实现过流和过热保护。
在一些情况下,电网超负荷可能会引起MOV器件处在钳位状态,这时电流会继续在它里面流过,最终可能会因为温度过高而导致器件不能工作。把PPTC器件装在靠近MOV器件附近,可以保护MOV器件长时间工作于过载状态—这是由于把热量传送给PPTC器件,PPTC器件较快转变到高阻状态,从而限制了MOV器件中流过的电流,保护了MOV器件,从而能够通过IEC 61000-4-5测试。
这样使用PPTC器件时,设计人员可以充份利用它的温度响应,并且用它取代电路中的其他热保护器件。在这种情况下,PPTC器件起这两个作用,而且还是一种完全可以自复的办法。在把故障排除并把电源切断之后,器件会恢复到正常状态,一般不需要维修或者更换元件。这有利于降低保修和服务成本,并提高客户的满意程度。
在选择PPTC器件和MOV器件时,要根据国际电工委员会的IEC61000-4-5标准,按照设备的要求和设备本身的工作条件来进行。在选择PPTC器件时,要考虑的主要问题是,在正常环境下运作时,器件的保持电流额定值要和电子设备变压器的初级电流配合。
结语
利用过流、过热和过压协同保护,可以帮助设计师尽量减少元件数量,减少电动机和控制电路板的变压器损坏而造成的返修。PPTC器件的电阻小,转换到高阻状态的速度很快,也很薄,它的功能可以自动恢复,因而可以帮助电路设计人员设计出安全可靠的产品,并且达到监管机构的要求。Raychem的PolySwitch器件可以广泛用于设计电器设备,它符合UL 1434标准,得到CSA和TUV认可,符合RoHS条例的要求,并且可以使用无铅焊料,可以使用进行大批量生产的组装工艺。
摘要：自复式电路保护器件可以用来进行过热、过电流及过电压保护,用于先进设备中的电动机和风扇、控制器、触按元件、显示器和接口电路的保护。
关键词：家用电器保护,协同电路保护技术,PPTC,MOV
参考文献
[1]. Faraz Hasan,‘用于家用电器的综合电路保护’,电子产品世界,2008.2
控制与保护开关电器 篇10
1 范围
本文作为确定低压开关设备和控制设备过电流保护装置之间的选择性的应用指南,汇总了有关名词术语的定义,提供了应用范例。
本文涉及下列标准:
IEC 60255-3、IEC 60255-6、IEC 60255-8、I E C 60255-12;I E C 60269-1、I E C 60269-2、I E C 60269-3、I E C 60269-4;I E C60898-1;IEC 60947系列标准;IEC 61008-1;IEC 61009-1。
本文不涉及其它保护形式,诸如逆功率保护、正向保护、电弧保护系统等。
2 参考标准
参考标准见参考文献[1-16]。
3 术语和定义及缩写
3.1 术语按英文字母排序
3.2 术语和定义
3.2.1 过电流保护装置的配合
串联的两个或多个过电流保护装置的配合,以保证选择性和(或)后备保护。
3.2.2 过电流选择性
两个或多个过电流保护电器之间的动作特性的配合。在给定范围内出现过电流时,指定在这个范围动作的电器动作,而其它电器不动作(IEV 441-17-15)。
注:串联选择性和网络选择性是有区别的,串联选择性包含不同的过电流保护电器同时通过同一电流;网络选择性包含同一保护电器通过不同大小的过电流。
3.2.3 保护的选择性
识别电力系统中发生故障段和(或)相的保护能力(IEV 448-11-06)。
3.2.4 选择性极限电流
上级(IEC中称上游,下同)过电流保护装置的最大断开时间-电流特性与下级(IEC中称下游)过电流保护装置的弧前(对熔断器)或脱扣(对断路器)时间-电流特性之间交叉点的电流(Is)(IEV 442-05-60修正了的)。
注1:对无人为延时断路器组合情况,在短路区域内选择性极限电流不是一个简单的时间函数,必须根据试验数据确定。
注2:对熔断器组合情况,在短路区域内选择性极限电流是允通能量I2t的函数。
3.2.5 过电流保护装置(OCPD)
OCPD是电路电流超过预先确定的规定延时情况下用于断开电路的装置(IEV 826-14-14修正了的)。
注:术语OCPD包括一过电流保护继电器与一单独的开关电器组合的用途。
3.2.6 后备保护
后备保护指两个串联的过电流保护电器的一种过电流配合。电源侧保护电器(一般是电源侧,但并非一定是电源侧)在有(无)另一保护电器的帮助下实现过电流保护,并防止另一个保护电器的过负荷。
3.2.7 上级(上游)电器UD
考虑两个OCPD之间的选择性时,连接到最靠近电源电路中的OCPD。
3.2.8 下级(下游)电器DD
考虑两个OCPD之间的选择性时,连接到上级电器之后至负载中间电路的OCPD。
3.2.9 过载区域(过电流的)
过载区域指超过OCPD额定电流的电流范围,在电路中无故障时由电路负载而引起的。
注1:OCPD动作的过载区域,根据反时限电流-时间特性在几秒至4 h的范围内。
注2:在配电电路情况下,过载区域没有严格规定,因为它取决于负载承受过电流的能力,它可按OCPD的特性规定如下:
(1)在断路器情况下,过载区域是脱扣特性反时限变化起点至实际上是瞬动之间的区域,实际瞬动水平在0.2 s以内动作。典型的情况发生在10倍标称全负载的范围,取决于整定值。
(2)微型断路器MCB按IEC 60898-1瞬动脱扣极限中有的规定,在该标准表J中规定有三种型式:B、C和D。
(3)在熔断器情况下,过电流区域可考虑造成熔断器在0.1 s以上动作的过电流值。典型的在10～20倍额定电流以下。
注3:在一条电路供一单独电动机的情况,过载区域限制在电动机的堵转电流。典型的6～15倍电动机满载电流(Ie),特殊情况可见更高值。
注4:在过载区域内可能出现瞬变条件,例如变压器冲击电流,时间仅为数毫秒。
3.2.1 0 故障电流区域(过电流的)
故障电流区域指由电路故障产生的超过过载电流的电流范围。
4 选择性要求的范围
4.1 概述
表1示出考虑的OCPD的范围,并列出了每种选择性的符号和相应的条款。如果过电流保护电器装有由电源线电压供电的欠电压脱扣器时,可能由于上级电器的动作(因短路引起电压降低)而影响选择性。为了提高选择性,欠电压脱扣器应有一定的延时。
表中代号:
C B—断路器;M C B—微型断路器,符合IEC 60898-1;C PS—控制与保护的开关电器,符合IEC 60947-6-2;MOR—电动机过载继电器;RC D—剩余电流装置,符合IEC 61008-1、IEC 61009-1;FU—熔断器,符合IEC 60269系列。
4.2 电动机保护断路器和手动电动机起动器
这些电器没有独立的IEC标准覆盖,但是其中断路器特性包括在IEC 60947-2中,电动机过载继电器的特性包括在IEC 60947-4-1中,为了讨论上级电器选择性目的,可用对待断路器同样的方式对待。
5 选择性的确定
本条讨论确定两个串联OCPD在系统中任何一点的选择性的方法。完善的协调研究要求把一些方法应用到所有的OCPD中,从电源到负载。在确定选择性极限电流时必须考虑动作特性的应用误差。
为简化起见,在后面的图中用没有误差的特性带表示。在利用公布的时间-电流特性时,对下级电器(DD)需考虑最大动作时间曲线,对上级电器(UD)需考虑最小动作时间曲线。
注:为精确严格起见,热式过载装置应考虑动作温度,考虑冷、热二种特性。实际上在多数情况下比较二条冷态特性或二条热态特性足以得到满意的解决。
5.1 断路器作为上级电器(UD)
由断路器MCB、MCCB、ACB提供过电流保护特性:
内部——热/磁式、电子式,仅MCCB、ACB;
外部遥控——由MCCB或ACB组合的过电流保护继电器。
5.1.1 断路器之间的选择性
5.1.1. 1 断路器——在过载区域的选择性
在过载区域内的选择性用比较时间-电流特性验证,见图1a)和图1b)(图1b)仅适用于MCCB和ACB)。在过载区域内,特性的时间轴和电流轴离开,就能保证DD对相应的UD选择性动作。应考虑应用误差,按产品标准要求,制造商的数据应表示成误差带或用其它方式表示应用误差。
5.1.1. 2 断路器——在故障电流区域内的选择性
断路器之间的选择性在产品标准IEC 60947-2附录A和IEC 60898-1附录D中有详尽描述,并规定了确定在故障区域内的选择性的试验方法。这些适用的方法在5.1.1.2.1和5.1.1.2.2中再加详述。
注:由于基本结构原因,符合IEC 60898-1的MCB一般对符合IEC 60947-2的MCCB有高度选择性。
5.1.1. 2. 1 断路器——用比较特性曲线法确定在故障区域内的选择性
根据特性曲线确定两台断路器在故障区域内的选择性仅限于有电子脱扣器提供的短延时功能的情况,见图2,使UD瞬时脱扣的故障电流时的选择性,对电子式和电磁式脱扣器二者均须按制造商提供的试验数据确定(见5.1.1.2.2)。
在UD是热/磁式断路器的情况,如果没有专门的试验数据,两台断路器在故障电流区域的选择性的最低水平可如下确定:
当DD的允通电流峰值低于UD的相应瞬时脱扣值的峰值,就认为在故障电流区域有选择性。
例:UD=800 A MCCB;I瞬时=(8～12)k A;DD=125 A MCCB(即整定值(10±0.2)k A)。
UD的最小脱扣水平为8×1.414=11.3 k A峰值;由于DD的限流效应,从工厂数据得知DD在15 kA的预期允通电流为11 kA峰值,因此系统至少在15 kA预期电流时有选择性。
注:按此方法得到的选择性极限电流在低端会有误差,按试验确定的实际选择性极限在多数情况下有明显提高。
5.1.1. 2. 2 断路器在发生瞬时脱扣的故障电流区域内由试验确定选择性
对每种断路器组合,选择性极限电流由试验确定,制造商必须提供试验数据,一般用特性曲线形式提供,对不同情况,选择性可能是全选择性或局部选择性:
(1)全选择性。意即在短路分断能力以下的全部过电流,只有DD动作(至脱扣位置),在DD是限流断路器的情况下,由于电动斥力触头动作,可达到高于DD短路分断能力的全选择性。电动斥力触头动作指触头在电动力作用瞬间斥开一会(典型的为<10 ms),见注3。
(2)局部选择性。意即在过电流低于DD的短路分断能力时的选择性。选择性极限电流由比较时间-电流特性得到,或在UD为瞬时脱扣情况下,由制造商提供的试验数据得到。在UD是限流断路器的情况下,可能发生电动斥力触头动作。
适于断路器应用的选择性等级举例给于附录A中。
在某些应用中,电动斥力触头瞬间斥开一会可能不适用。在此情况下选用不会发生触头斥开的断路器或把断路器整定在不发生触头斥开的水平,即上级电器须采用短延时,但是要正确估计由于短路故障造成的电压降低,与SCPD(熔断器或断路器)无关,即与故障电流大小和至故障点电路的感抗有关。
注1:在引起断路器瞬时脱扣的故障电流区域内的选择性极限电流数据由试验得到,并需对每种装置的型式作规定,不同制造商的电器替换无判别方法。
注2:处理各个制造商提供的时间-电流数据,可利用确定选择性的专利软件系统。
注3:在故障电流大于DD的短路分断能力时,取决于后备保护的电动斥力触头动作,不适用于DD输入侧有感应负载(例如电动机)反馈巨大短路电流的情况。
5.1.2 断路器(UD)与熔断器(符合IEC269-1)(DD)之间的选择性
5.1.2. 1 断路器和熔断器——在过载区域内的选择性
在过载区域内的选择性由比较时间-电流特性曲线确定,见图3。
5.1.2. 2 断路器和熔断器——在故障区域内的选择性
在断路器带短路延时脱扣器情况下由比较时间-电流特性曲线可确定故障区域内的选择性。在断路器不带短路延时脱扣器情况下,在瞬时脱扣区域内,选择性极限电流必须由制造商提供的试验数据确定。
当UD是热/磁式断路器又没有专门试验数据时,断路器和熔断器在故障电流区域内的选择性按下述确定之:DD在故障电流的峰值允通电流低于相应于UD瞬时脱扣水平的峰值时认为有选择性。
注:用此方法确定的选择性极限在低端会有误差,在多数情况下按试验确定的实际水平有明显提高。
5.1.3 断路器(UD)和控制与保护电器(DD)(符合IEC 60947-6-2)之间的选择性
一般控制与保护电器(符合IEC 60947-6-2)是一种终端电器,即电动机控制器,由于它有内置过电流继电器,又有高短路分断能力,所以可用像断路器同样的方法确定选择性(见5.1.1)。