08陈德桂:低压电器研发新技术及应用.ppt
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,西安交通大学低压电器研制组陈德桂2011/8/14,低压电器研发新技术及应用产学研的创新实践,中国电工技术学会,2/40,2023/11/15,经济和电力事业的发展,开发高性能、小尺寸、智能化和节能型产品,自主知识产权的低压电器新一代产品,两种开发技术,传统的方法,主要依靠经验和估算,需要反复制作样机和试验来确定设计方案,使开发周期很长,样机制作和试验都要花费很高的成本,并且设计的方案达不到最佳的目标。
新的方法,开发周期短,成本低,节能,能达到最佳目标。
它由两部分组成:
虚拟样机技术和灭弧室的现代测试技术。
1前言,3/40,2023/11/15,低压振荡回路现代测试技术电弧运动的压力、温度、光谱,开关电弧现象与新型灭弧室,现代研发方法,节省开发投资和环保设计创新设计和优化设计加开研发速度,商品可视化仿真软件功能各公司二次开发微机速度和内存,虚拟样机,虚拟样机与灭弧系统研发新技术,4/40,2023/11/15,基于现代测试技术的低压电器灭弧室设计,现代测试手段,低压振荡回路,可折式灭弧室,确定灭弧室结构形式和参数,5/40,2023/11/15,振荡回路与介质恢复强度测试系统二维光纤测试系统瞬态光谱分析仪彩色CCD各类测试用传感器,测试设备,6/40,2023/11/15,低压振荡回路,7/40,2023/11/15,介质恢复强度测试系统,8/40,2023/11/15,二维光纤测试系统,发明专利ZL200410026040.X,9/40,2023/11/15,光纤测试系统,模拟通道测试电弧电流、电压和压力随时间的变化过程;电弧运动和模拟量的变化可同步测量;利用DXF接口可以将其他软件生成的灭弧室图形导入专用软件;带聚焦透镜,10/40,2023/11/15,与国际上同类测试技术对比,11/40,2023/11/15,测试技术推广,低压振荡回路,常熟开关厂上海电器科学研究所德力西电气有限公司,光纤测试系统,国内常熟开关厂大全电气集团德力西电气有限公司厦门士林电机有限公司,国外韩国公司韩国现代重工业公司,12/40,2023/11/15,2用新的研发技术开发CM2塑壳断路器,首次与常熟开关厂科研合作2003,用新的开发技术对国外同类型先进产品进行仿真和室验分析后,提出设计方案,並对方案的各个部件进行优化,瞬时脱扣器(磁通变换器)优化设计,操作机构结构和参数优化,触头和导电回路设计和分析,灭弧室实验分折,63和125A,13/40,2023/11/15,三维机构模型的平面图,给定触头参数条件下的塑壳断路器操作机构设计,给定触头参数(约束条件),结构方案优选,动态优化与实验验证,几个MCCB在短路电流8kA时的机构动作时间表,实验验证,14/40,2023/11/15,瞬时脱扣器优化设计,磁场分布,15/40,2023/11/15,磁吹力分折,电动斥力计算,温度场仿真,提高开断性能,改善发热,16/40,2023/11/15,17/40,2023/11/15,17/57,灭弧室压力与应力分折,通过厂校合作,不但使开发产品性能指标大幅提高,並使新技术在共同努力下向生产实践中推广打下基础,常熟厂产品目录,18/40,2023/11/15,根据GB14048.2规定,当短路电流大于50kA时,功率因素取0.2,3提高框架断路器短耐与开断性能的新技术及其应用,短时耐受过程中动热稳定性分析,19/40,2023/11/15,提高框架断路器短耐的方法,利用补偿力移轴或采用特殊结构改变动触头并联片数传动部分的应力应变触头和阾近部分材料和尺寸的合理选择,动、热稳定性的仿真分析,20/40,2023/11/15,ACB短耐仿真,21/40,2023/11/15,计算模型,动稳定,热稳定,22/40,2023/11/15,短时耐受电流下触头电动力和温升计算方法,数学摸型,动稳定:
热稳定:
电流随时间变化,在集肤效应和邻近效应的影响下,通过各并联触头片的电流并不相等,不能利用Holm公式计算Holm力,而必须采用触头间的导电桥模型。
触头电动力的变化改变触头压力和接触面积,会影响触点和触头温升,而导电桥的半径也取决于触头电动力。
考虑电动力作用下的温度场计算,用瞬态电磁场计算导体中电流分布和研究区域中的磁场,23/40,2023/11/15,4000A框架动稳定的提高(由65kA提高到85kA),24/40,2023/11/15,最高温度为867,4000A框架热稳定的提高,改进前,改进后,25/40,2023/11/15,短路电流下双断口框架断路器的机构主轴应力分析,轴A,轴B,轴C,26/40,2023/11/15,短耐计算的实验验证,20kA,27/40,2023/11/15,ACB开断性能的提高,1塑料外壳;2灭弧栅片;3动引弧片;4、5、6POM产气材料;7静触头;8动触头;,28/40,2023/11/15,熄弧和重燃,熄弧,重燃,放置产气材料,29/40,2023/11/15,ACB灭弧室专利,30/40,2023/11/15,HNW3系列1600A低压断路器产品与国外同类产品主要技术指标对比,786,395,810,396.5,754,395,CW3系列6300A低压断路器产品与国外同类产品主要技术指标对比,31/40,2023/11/15,4低压断路器新的灭弧技术及其应用,一种带产气材料夹层的栅片灭弧室,电弧激波反射板,32/40,2023/11/15,一种带产气材料夹层的栅片灭弧室,背后击穿现象,33/40,2023/11/15,34/40,2023/11/15,电弧背后击穿现象的抑制,带产气材料夹层的实验结果,一种带产气材料夹层的栅片灭弧室,不带产气材料的实验结果,带产气材料,电弧燃烧时间明显缩短新型灭弧室可有效抑制电弧背后击穿现象,发明专利ZL200410025844.8,35/40,2023/11/15,电弧激波反射板,实验研究,36/40,2023/11/15,(a)气压波波动过程(b)电弧运动形态,0.03ms,0.06ms,0.09ms,0.1ms,0.17ms,0.65ms,37/40,2023/11/15,动触头上带电弧激波反射板,电弧激波反射,38/40,2023/11/15,带与不带反射板的微型断路器开断性能对比,预期电流为6kA,39/40,2023/11/15,富士电机的评价,厦门士林的评价,40/40,2023/11/15,5交流接触器新型灭弧室及其应用,判断660VAC4交流接触器灭弧室性能电寿命试验:
几万至十几万次试验现代测试技术:
测量过零后重燃几率与电弧停滞时间;观察电弧运动图象;介质恢复强度测试几次试验研究对象:
CJ-20交流接触器,41/40,2023/11/15,Ip=600A,不同类型灭弧室介质恢复强度的测量,AB,C,D,Ip=600A,结构C和D电弧能进入栅片,并使其拉长,而结构D介质恢复最好.,42/40,2023/11/15,4种灭弧室结构,(a)StructureA(b)StructureB,(c)StructureC(d)StructureD,光纤观测孔的位置,交流接触器不同结构的灭弧室电弧运动情况研究,43/40,2023/11/15,(a)t=3.3ms,(b)t=8.0ms,(c)t=11.3ms,(e)t=17.3ms,结构A,电弧电流、电压、电弧运动过程实验结果,(a)t=2ms,(b)t=6ms,(c)t=9.3ms,结构D,电弧电流,电压,电弧运动过程实验结果,交流接触器不同结构的灭弧室电弧运动情况研究,44/40,2023/11/15,K值,重燃几率值,K和重燃几率实验结果,K值描述了电弧进入栅片的情况,K值越大,电弧进入栅片情况越好,45/40,2023/11/15,交流接触器新型灭弧室的专利,该新型灭弧室已用于中国人民电器集团的各种规格产品上,46/40,2023/11/15,非对称线圈式永磁机构原理图、及与对称线圈式永磁机构实物对比图,6永磁真空断路器研究及其应用,非对称线圈式永磁机构与西高所合作,发明专利ZL200310105896.1,北京科锐电器公司;厦门协成电器厂;西安高压电器研究所;西安思源电器公司,47/40,2023/11/15,国内:
常熟开关厂;上海电器科学研究所低压分所和船电分所;德力西电器公司;正泰电器公司;中国人民电器公司;厦门士林电气公司;无锡台安电气公司;杭州芝江开关厂;大全集团;江苏辉能电器公司;北京科锐电器公司;厦门协成电器厂;西安高压电器研究所;西安思源电器公司;ABB新会低压电器公司国外:
由方我们提出的新技术也得到国际上的重视,从九十年代初至今,已接受荷兰Holec公司、韩国电气研究所、美国GE公司、韩国LG公司、法国Schneider公司、日本富士电机公司、美国Eaton公司、韩国Hyundai重工业公司等,7推广情况,新增产值13余亿元、利税4余亿元。
本项目理论成果在国际知名期刊上发表被SCI收录论文34篇,EI47篇,被他引453次;出版专著两部;,48/40,2023/11/15,两本著作,49/40,2023/11/15,承担国外公司与研究所科研任务荷兰爱茵霍文技术大学与HOLEC公司(1993-1994)DevelopmentofauserfriendlyPCprogramtocalculatethemagneticfieldbetweenarcrunner,includingtheeffectofthecoiloftheopeningmechanismExperimentaldeterminationofmethodstoreducethereignitionsintheareabehindmovingarcs韩国电气技术研究所(1996-1997)Developmentofaprogramforthedesignofamoldedcasecircuitbreaker(MCCB)Analysisofthedynamiccharacteristicsofmagneticrelease,mechanismmotionprocess,calculationofelectrodynamicsrepulsionforce波兰葛旦斯克技术大学(1998-1999)CurrentlimitingtechnologyImprovethecurrentlimitingperformanceofminiaturecircuitbreaker(MCB)byaddinggassingmaterialsinarcchamber美国GE公司(2000-2001)Developingthesoftwaretosimulatetheinterruptingprocessformoldedcasecircuitbreaker(MCCB)usingthechainarcmodel韩国LG公司(2002-2004)TechnicalresearchonthedesignofnewquenchingchamberTransferof2-Dfiberarraymeasuringsystemtechnology,50/40,2023/11/15,法国施耐德电气公司(2006-now)SyntheticallyanalyzeandsolvecurrentexistentbreakingcapacityproblemofonetypeMCCBResearchonthemainfactorsthataffectthebreakingperformanceoflowvoltagecircuitBreakersDevelopingtheimprovingsoftwaretosimulatetheinterruptingprocessformoldedcasecircuitbreaker(MCCB)usingthechainarcmodelDevelopingthesoftwaretosimulatethestaticanddynamiccharacteristicsofmagneticreleaseofMCCB日本富士电机(2007-now)ImprovingtheinterruptioncapabilityofMCCB(400A,600Aand800A)DevelopmentofnewtypeMCCBwithhighcurrentlimitingperformance美国伊登公司(2008-now)InvestigationandanalysisoftheinterruptionperformanceoftheMCCB(630A)DevelopmentofnewtypeMCBwithhighcurrentlimitingperformance韩国现代重工业公司(2010-now)Transferof2-DfiberarraymeasuringsystemtechnologyDevelopingthesoftwaretosimulatethepressureofquenchingchamberofLow-voltageCircuitBreaking,51/40,2023/11/15,.,西安交通大学低压电器研制组陈德桂2011/8/14,_,
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