毕业设计(论文)-油阻尼断路器的研究与设计.doc
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1、提供全套毕业设计,欢迎咨询 毕 业 论 文 题 目: 油阻尼断路器的研究与设计 系: 电气信息学院 专业:电气工程及其自动化班级:电气 学号: 学生姓名: 导师姓名: 完成日期: 诚 信 声 明本人声明:1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的研究成果,也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料;3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。作者签名: 日期: 年 月 日毕业设计(论文)任务书 题目: 油阻尼断路器的研究与设计 姓名 系 电气
2、信息学院 专业 电气工程及其自动化 班级 电 学号 指导老师 职称 副 教 授 教研室主任 一、 基本任务及要求:(1)查阅资料,熟悉相关知识,收集与论文相关的资料。 (2)完成油阻尼断路器各个系统的的计算和设计; 包括其总体结构,操作机构系统,电磁系统,灭弧系统,电接触系统和工艺等。 并了解其各部分作具体的研究和设计。 (3)油阻尼断路器设计的论文编写。 二、 进度安排及完成时间(1)2月27日至3月10日查阅相关资料,撰写开题报告和文献综述。 (2)3月11日至3月24日毕业实习,并撰写实习报告。 (3)3月25日至4月7日完成油阻尼断路器的总体结构和机构的设计。 (4)4月8日至4月21
3、日完成油阻尼断路器的电磁系统的设计。 (5)4月22日至5月12日完成完成断路器的灭弧系统和电接触系统的设计。 (6)5月13日至5月26日完成油阻尼断路器的工艺设计。 (7)5月27日至6月9日完成油阻尼断路器研究与设计的论文编写。 (8)6月10日至6月12日毕业论文答辩,提交电子文档。 目 录摘要:Abstract: 第1章 前 言11.1 课题研究的背景与意义11.2 油阻尼断路器的原理功能和特点21.2.1 油阻尼断路器的原理和功能21.2.2 油阻尼断路器的特点31.3 国内外油阻尼断路器的现状和发展前景31.3.1油阻尼断路器的现状31.3.2油阻尼断路器的发展前景41.4 课题
4、研究的总体思路和需要解决的主要问题51.4.1 课题研究的总体思路51.4.2 课题需要解决的主要问题6第2章 结构设计82.1 总体结构设计82.2 操作机构的设计112.2.1 传动轴112.2.2 主轴、脱扣轴112.2.3 油阻尼断路器操作机构的设计与分析12第3章 电磁系统设计及计算143.1 弹簧的设计与脱扣力的计算143.1.1 弹簧的设计与计算143.1.2 脱扣力计算163.2 油杯的结构设计183.3 电磁线圈的设计与计算193.3.1 理论上的设计与计算203.3.2 线圈参数校验233.4 电磁系统的温升校验25第4章 灭弧系统的设计274.1 电弧的产生和熄灭274.
5、2 油阻尼断路器的灭弧装置的设计284.2.1 灭弧室的设计284.2.2 灭弧室附件设计30第5章 电接触系统设计335.1 接触电阻的分析与计算335.2 可分断触头设计345.2.1 触头尺寸大小确定345.2.2 触头温升计算365.3 固定电接触设计38第6章 工艺设计406.1 国内外电器制造工艺介绍406.2 油阻尼断路器的工艺设计416.2.1 零件处理工艺设计416.2.2 油阻尼断路器的固定接触工艺设计42结束语44参考文献45致 谢46附录1 压簧计算公式与相关表格47附录2 脱扣曲线图49油阻尼断路器的研究与设计油阻尼断路器的研究与设计摘要:本文论述了油阻尼断路器的国内
6、外发展状况,指出以阻尼器研究和设计为核心的油阻尼断路器的发展趋势。与普通热磁式断路器相比较,油阻尼断路器具有功能强、适用范围广、低功耗、体积小等优点。 通过对目前国内外各种低压电器的功能和原理进行分析,确定了油阻尼断路器的总体设计方案。包括其操作系统、电磁系统和灭弧系统等。通过对目前机械行业使用较多的阻尼液进行研究,发现其卓越的耐热性、电绝缘性、和较小的表面张力、低的黏温系数和较高的抗压缩性非常适用于电气行业的断路器中。所以就设计了用阻尼液制成阻尼器而代替普通断路器中的铁芯和双金属片,实现了对电路进行短路瞬时和过载长延时的保护功能。由于其没有双金属片,所以油阻尼断路器对温度的适应范围比普通断路
7、器大很多。关键词:油阻尼断路器;阻尼器;阻尼液;设计The Research and Design of Oil-damping Circuit breakerAbstract: This paper discusses the damping oil circuit breaker development at home and abroad, points out the trend of the research and design as the core of the damping oil circuit breaker development .Compared with com
8、mon circuit breaker, damping oil circuit breaker has some advantages such as: strong functions, wide application range, low power consumption, small volume etc. Based on the analysis on the electrical function and principle of current domestic and foreign various low voltages, I determine the overal
9、l design schemes: the operating system, the electromagnetic system and arc extinguishing system including. By means of the study of the damping oil which the present mechanical industry uses often, I found that its excellent characteristics just as excellent heat resistance, electrical insulation, a
10、nd a smaller surface tension, low viscosity and temperature coefficient and high resistance are extremely fit to apply to the circuit breaker in electric industry. So the designed uses the damping oil cup instead of the core and a bimetallic strip in common circuit breaker, make the functions of the
11、 circuit instantaneous short-circuit and overload long-time delay protection come true. Because of the discard of double metal sheets, so the oil damping circuit breaker on temperature adaptation range is much larger than ordinary breaker.Key words: the oil-damping circuit-breaker, damper, damping f
12、luid;design第1章 前 言在现代社会、工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、金融、商业、旅游服务和人民生活等领域都离不开电能。电力产生后,其输送、使用配电是一个及其重要的环节。配电系统所用的电气器具包括变压器和各种高低压电气设备,而低压断路器则是一种使用中量最大的电器产品。但目前普通低压断路器有着体积大、分断低、对环境温度要求高等缺点,这样就应运产生的油阻尼断路器,也只本文研究的对象。下面对其意义,原理功能等基本情况做一个简单的介绍。1.1 课题研究的背景与意义 我国低压电器行业在经济形势不稳定、国际经济大环境复杂多变,低压电器主要原材料价格持续趋于高位并不断上涨,劳动力成本快速上升
13、等不利形势下艰难的度过了“十二五”开局之年。在众多企业家,各企业管理团队以及全行业员工共同努力下,我国低压电器行业在去年又取得了新的发展。全行业低压电器产品产量大约增长10%左右;低压电器行业总产值大约增长15%左右。我国低压电器行业以常熟、正泰、上海人民、德力西为代表的一批优秀企业继续处于快速增长发展态势。其中正泰、苏州法泰、上海良信、无锡新宏泰、常州新洛凯、凯隆等部分优秀企业去年销售增长率保持在30%左右。但是,随着原材料成本、劳动力成本、财务成本不断上涨,而低压电器产品价格竞争仍在持续,造成低压电器行业整体利润增长率处于下降态势。 虽然很艰难但总体来看我国低压电器面临的形势依然是机遇大于
14、挑战。按照我国电压电器“十二五”总体发展方向规定:(1)开发个性化,具有自主产权产品;(2)优秀企业考虑并开展适合自己企业特点的新一代低压电器研发工作。作为低压电器行业新一代低压电器应具备以下基本条件。新技术、新工艺、新材料应用有较大突破或重大创新。产品结构有重大创新。产品性能与功能有很大提高与扩展。研发与设计手段有重大突破。产品制造工艺与设备有较大提升对于不具备开发上述条件产品的企业,可以在现有第三代产品基础上改进、完善作为企业新一代产品。(3)由上海电科集团联合行业8家优秀企业开发的第一批四大系列新一代产品将从明年开始逐步推向市场。低压电器市场将重新分割:第一代产品将在“十二五”基本或完全
15、淘汰。第二代产品将成为低压电器市场低端产品并逐步退出市场。第三代产品将成为低压电器市场主导产品。新一代产品将成为低压电器市场高端产品和发展方向。按照国家提出的“十二五”的要求,我国低压电器要技术创新,要拥有自己的知识产权,要向高端市场发展,并且重要的是要绿色环保。所以油阻尼断路器便在这种情形下应运而生了。油阻尼断路器完全顺应国家提出的“十二五”规划中的要求加强经济发展方式转型,推动技术创新。油阻尼断路器的研制成功标志着我国的电压断路器突破了传统的热磁式断路器的设计方案,并且在适用范围上扩大,在工作性能上更稳定。在低压电器市场上占有绝对竞争优势。1.2 油阻尼断路器的原理功能和特点 由于油阻尼断
16、路器不同于普通断路器的特殊设计,其原理功能和特点与热磁式断路器的相比较有所不同,现分别介绍如下。1.2.1 油阻尼断路器的原理和功能油阻尼断路器的组成和热磁式断路器类似,也是由操作系统、电磁系统、灭弧系统、触头系统四部分组成。正常工作时各个系统之间相互紧密联系,相互配合以达到实现断路器的保护功能的目的。油阻尼断路器的电磁系统为电磁-液压式其脱扣机理如下: 图1.1 电磁铁额定运行状态 (1)当断路器处于额定运行状态的时候,如图1.1所示。磁路产生的电磁力不足以克服阻尼油和弹簧对铁芯的阻力。此时,由于铁芯离极靴较远,所以磁阻比较大,根据得出磁通量较小,根据麦克斯韦电磁力计算公式,得出电磁吸力F也
17、就比较小,所以铁芯不会向极靴处运动,此时无法吸动衔铁。 图1.3 电磁铁短路运行状态 图1.2 电磁铁过载运行状态 (2)如图1.2所示。当电路出现过载故障信号时,即电流大于断路器的额定值时。线圈产生的吸力能够克服弹簧对铁芯的阻力,由于阻尼液的阻尼作用阻尼器里面的铁芯只能缓慢的向极靴处移动,在移动过程中磁阻随着铁芯的移动慢慢减小。当铁芯运动到跟极靴无限接近时,磁阻变到最小,磁通量也就达到最大,电磁吸力F此时最大,吸动衔铁之后带动脱扣机构动作实现跳闸。跳闸后,铁芯在阻尼器弹簧的作用下又回到初始位置。阻尼器里面的铁芯从开始运动到与极靴无限接近的这段时间即为过载延时时间,其时间长短与过载电流大小成反
18、比。 (3)当电路出现短路故障时,如图1.3所示。电路中会出现较大的电流值,此时电磁能量的合力增加迅速。线圈产生足够大的磁通量,即使铁芯没有运动到极靴处,但产生的电磁力也足以马上吸引衔铁克服反力运动后带动机构脱扣。这样便实现了油阻尼断路器对电路的过载长延时保护和短路瞬时保护。 同时油阻尼断路器亦可作不频繁的接通和分断。可广泛用于计算机及其外围设备、工业自动控制系统、电讯设备、通用电源系统、UPS不间断电源设备、铁路机车、船用电气系统、航空航天、电梯控制系统和移动电源设备中。1.2.2 油阻尼断路器的特点油阻尼断路器和热磁式断路器相比较,由于它没有采用测量元件双金属片实现过载保护,而是采用阻尼器
19、内的阻尼液的阻尼作用实现过载保护和短路保护,所以它具有如下特点: (1)因为没有双金属制成的发热元件,所以产生的热量比热磁式断路器少,在满足发热条件的前提下可以尽量缩小体积,因此油阻尼断路器一般要比热磁式断路器要薄5mm左右。另外由于产生的热量比热磁式断路器少,油阻尼断路器的固有功耗比热磁式断路器的固有功耗少,所以油阻尼断路器比热磁式断路器更为环保。 (2)由于传统的铁芯被阻尼器取代,利用油的阻尼作用来实现两段保护,不再采用测量元件双金属片,因此油阻尼断路器对温度的适应范围增大(-4085),能在高温和低温场使用。由于双金属片的弯曲程度是由其本身的温度决定,所以传统的采用双金属片的断路器无法在
20、温度很高或很低的地方使用。这样油阻尼断路器的适用范围比热磁式断路器的广。另外当电路在过载故障信号消失后,阻尼器内的铁芯能在弹簧的反力作用下迅速复位,可以实现立即再合闸,而热磁式断路器由于采用的双金属片发热弯曲的过载保护原理,所以想要实现在合闸必须等待双金属片冷却。(3)由于油阻尼断路器的操作机构的特殊设计,在非人为分闸后必须将手柄沿合闸的反方向扳动,使跳扣卡住以后才能实现再次合闸,因此在油阻尼断路器脱扣后,能够轻易分辨出是故障脱扣还是人为脱扣,避免重合时再次出现事故。1.3 国内外油阻尼断路器的现状和发展前景 油阻尼断路器的生产技术虽然是很早就有了,但由于对关键技术的要求较高,发展空间不如热磁
21、式,所以其目前发展肯定不如热磁式断路器那么完善。比如功能没有热磁式断路器的完善,脱扣力不如热磁式断路器稳定等。但其发展前景却比热磁式短路器广阔,下面分别做一个简单的介绍。1.3.1油阻尼断路器的现状目前全球生产油阻尼断路器的国家并不是很多。现阶段生产油阻尼断路器的企业主要受到技术和材料的限制。以上海良信电器股份有限公司为代表有NDB5和NDB3两个系列。其中NDB5型的产品全球只有两个企业生产。上海良信是其中的一家。但目前良信电器的这两种产品在性能和功能方面也不是非常的稳定和完善。以NDB5为例,从工业上说目前上海良信对于这种产品还处于试制阶段,对于每一台组装好的产品都必须由人工调试脱扣力。而
22、不像其他的普通的热磁式断路器直接组装后就进行出厂检测,由于产品对脱扣力的范围要求较高,所以这样就造成产品的产量的降低,并且性能的不可靠。从技术上来说油阻尼断路器的电磁系统中的阻尼器是一个发展瓶颈。阻尼器主要由铁芯、阻尼液、阻尼管、反力弹簧、极靴组成。其中阻尼油的的配制是个难点。阻尼液过稀那阻尼液的阻尼作用太小可能会提前跳扣,阻尼液过浓阻力太大可能会造成不跳。所以对这个油的配制要求非常高,但目前国内电器行业从事这方面工作的人很少。所以对油阻尼的发展是个很大的阻力。另外还有一个就是目前油阻尼断路器脱扣力不稳定,NDB5油阻尼断路器的技术要求是上下偏差为0.06N精度较高。由于操作机构和弹簧的问题导
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