工程碩士學位論文開題報告02

1、學號：107044東南大學工程碩士學位論文開題報告及論文工作實施計劃院（系、所）工程領域研究生姓名校內導師校外導師開題報告日期入學年月東南大學研究生院制、學位論文開題報告論文題目控制和保護開關電器動力底座模塊的研制研究方向低壓電器題目來源國家部委省市廠、礦自選有無合同經費數(shù)備注題目類型工程項目規(guī)劃管理工程設計工程技術技術攻關改造推廣使用基礎性研究其它一、課題來源、選題依據、課題研究目的、工程使用價值低壓配電線路、控制系統(tǒng)和用電設備在運行中應該安全可靠，為避免發(fā)生故障時對線路、設備和人身造成損傷，就需要在線路上安裝各種低壓保護電器，對其進行保護。在傳統(tǒng)的低壓配電及控制系統(tǒng)中，通常將“斷路器(或熔

2、斷器)+接觸器+熱繼電器”組成一個控制單元，即將多種不同功能的元器件組裝配套以達到特定的控制和保護的“功能組合”。但是，由于不同類產品水平參差不齊以及選用人員在技術參數(shù)使用上不夠填密等方面的原因，使得成套裝置的工作可靠性低、控制特性和保護特性配合不合理、經濟性不咼。20世紀80年代末，國際上推出一種新型的模塊式集成化低壓電器一控制和保護開關電器(ControlandprotectiveSwitchingDevice，CPS)它集斷路器、接觸器、熱繼電器、啟動器、熔斷器為一體，實現(xiàn)了傳統(tǒng)電器的功能組合，并解決了各電器之間的協(xié)調配合問題。這種模塊式的CPS大多采用以接觸器為主體、配以各種功能模塊的

3、結構形式。由于沒有脫離傳統(tǒng)串聯(lián)配置的基本結構，斷路器、接觸器、熱繼電器各自獨立存在，所以CPS在結構、制造工藝和生產成本方面受到很大的局限，控制和保護特性無法充分發(fā)揮。并且，它的控制和保護功能多由熱磁元件完成，其動作時間長、保護精度低、整定困難。因此，這種傳統(tǒng)的CPS未能在低壓配電及控制系統(tǒng)中得到廣泛使用。隨著計算機技術、電力電子技術及網絡通信技術的迅速發(fā)展，自動化技術得到了空前發(fā)展。把這些技術使用于低壓電器產品中，使得CPS逐漸朝著高性能、多功能化、模塊化方向發(fā)展，從而出現(xiàn)了一種智能型控制和保護開關電器。智能型CPS采用新的原理和先進的電力電子技術以及信息技術，突破了傳統(tǒng)的低壓電控系統(tǒng)分立元

4、件串聯(lián)組合的配置方式和模塊式集成組合的配置方式，在單一電磁結構的電器上集成了斷路器、接觸器、熱繼電器、啟動器、計數(shù)器等多種電器的綜合功能。和傳統(tǒng)的低壓電控系統(tǒng)相比，智能型CPS減少了線路中所需電器元件的種類和數(shù)量，減小了體積和安裝面積，其自配合特性克服了傳統(tǒng)多種電器組合所帶來的保護特性配合不合理、工作可靠性低等缺陷，解決了各電器之間的協(xié)調配合問題，豐富了保護功能，改善了保護性能，方便了用戶的使用，減少了維修工作，提高了低壓配電和控制系統(tǒng)的安全性、運行的可靠性和連續(xù)性，為低壓配電和控制系統(tǒng)的簡化提供了一種理想的基礎元件。憑著一系列的優(yōu)點，智能型CPS自問世以來就受到使用人員的普遍歡迎。用集控制、

5、保護、監(jiān)測和管理功能于一體的控制保護開關代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保護系統(tǒng)，已成為當今乃至今后的一個重要發(fā)展方向。研制和開發(fā)CPS有著廣泛的使用前景和良好的經濟效益。常熟開關制造有限公司作為國內著名的電氣專業(yè)制造公司，主要生產高低壓電器元件、電子產品及高低壓成套開關設備。近年來，為了適應市場需求，公司成功開發(fā)了CB1系列控制和保護開關電器，但是，其額定電流范圍僅局限在0.15A至32A本學位論文的主要研究工作結合公司實際情況，研制開發(fā)額定電流至63A的控制和保護開關電器，以更好的滿足不同用戶的需要。一、中外文獻和資料閱讀清單（要求30篇以上）篇數(shù)33其中外文文獻和資料篇數(shù)3序號題目（及作者）出處（書籍及出版社

6、、期刊名及期刊卷期號等）1智能化控制和保護開關電器的現(xiàn)低壓電器，2010,222狀和發(fā)展（曾萍等）低壓電器，2008,93控制和保護開關電器的進展（陳現(xiàn)代建筑電氣，2011增刊4德桂）智能電網和先進電力設備學術交流會，20115KB0控制和保護開關電器技術在電氣時代，2004,86奧運工程中的設計和使用（李華低壓電器，2004,87民等）電工技術雜志，2002,9電動機控制和保護智能化創(chuàng)新進現(xiàn)代建筑電氣，2011增刊8展（程玉標等）中國電工技術學會低壓電器專業(yè)委員會第十四9智能化控制和保護開關電器屆學術年會，200810CPS胡景泰）低壓電器，2010,411可通信智能化控制和保護開關電電工技

7、術，2005,1212器的發(fā)展和使用（胡景泰等）制造業(yè)自動化，2000，22-413新型多功能集成電器的研究（胡低壓電器，2011,1314景泰等）低壓電器，2012,315控制和保護開關電器（CPS的特工程技術，2011,2916點及其在配電系統(tǒng)中的設計和使電工電氣，2011,817用（李華民等）第三屆電工產品可靠性和電接觸國際會議，200918智能型集成化終端電器的典型使低壓電器，2009,7192021222324252627282930313233用（何湘甫等）集成總線在控制和保護開關中的實現(xiàn)（蔡志遠等）控制和保護開關電器CPS的特點分析（徐鳳海等）人工智能型控制和保護開關電器CPS的

8、研究（陳麗安等）新型控制和保護開關操作機構零件應力分析（李甲等）智能控制和保護開關在農網配電系統(tǒng)中的使用（周敏躍等）KBO控制和保護開關電器使用簡析（鐘明）基于圖像處理的控制和保護開關電器動態(tài)測試系統(tǒng)（林承志）短路情況下接觸器的失效機理研究（王云峰等）永磁接觸器的發(fā)展和研究綜述（汪先兵等）新型電器多功能集成化的“KBO系列控制保護開關”（曾萍等）低壓電控系統(tǒng)保護和控制的選擇性和協(xié)調性分析（胡景泰等）電動機保護器的發(fā)展和使用（曾萍等）低壓電動機保護器的現(xiàn)狀及完善（陳培國）智能接觸器在振動情況下的誤動作現(xiàn)象仿真分析（劉洪武等）帶反饋控制的智能交流接觸器（申潭等）雙斷點塑殼斷路器性能特點的試驗研究（

9、劉洪武等）電氣傳動，2001,6電氣傳動，2005,35-12中國電工技術學會低壓電器專業(yè)委員會第十二屆學術年會，2005低壓電器，2011,2低壓電器，2010,11低壓電器，2005,2電氣開關，2009,3低壓電器，2000,3低壓電器，2000,4低壓電器，2008,21低壓電器，2002,4低壓電器，2009,3IEEETransactionsonMagnetics,2007.10,43(10):3896-3903.IEEEInternationalInstrumentationandMeasurementTechnologyConference,Victoria,Vancouver

10、Island,Canada,2008.IEEETransactionsonPowerDelivery,vol.25,No3,July2010電氣傳動，2001,6電氣傳動，2005,35-12中國電工技術學會低壓電器專業(yè)委員會第十二屆學術年會，2005低壓電器，2011,2低壓電器，2010,11低壓電器，2005,2電氣開關，2009,3低壓電器，2000,3低壓電器，2000,4低壓電器，2008,21低壓電器，2002,4低壓電器，2009,3IEEETransactionsonMagnetics,2007.10,43(10):3896-3903.IEEEInternationalIns

11、trumentationandMeasurementTechnologyConference,Victoria,VancouverIsland,Canada,2008.IEEETransactionsonPowerDelivery,vol.25,No3,July2010新型滅弧系統(tǒng)對背后擊穿現(xiàn)象的抑制作用（陳旭等）低壓斷路器開斷過程中背后擊穿現(xiàn)象的研究（陳旭等）計及弧柱分割條件的限流斷路器分斷過程仿真（劉洪武等）低壓斷路器的器壁侵蝕和自動氣吹滅弧新技術（陳德桂）討論和分析近期低壓電器的若干新技術（陳德桂等），J.R.R.Ruiz,J.Rosero,etal）ExperimentandSimul

12、ationResearchontheInflueneeofDifferentMainContactSystemontheInterruptionPerformaneeofControlandProtectiveSwitch（YingyiLiu,HaiwenYuan,DeguiChen,andHaibinYuan）三、文獻綜述：國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)在現(xiàn)代工業(yè)中，工業(yè)裝置和控制系統(tǒng)化的發(fā)展，要求不斷采用更現(xiàn)代化的技術來優(yōu)化工業(yè)過程，包括電器開關設備及各種電氣機械設備，工業(yè)自動化的過程中需要使用各種各樣的泵、風機、傳送帶和電動機械等現(xiàn)場設備，需要廣泛使用各種大小不一的電動機，如何為這些設備提供完

13、善的控制和保護技術已引起人們極大的關注。上世紀90年代末國際上出現(xiàn)了一種集成化低壓電器-控制和保護開關電器（ControlandprotectiveSwitchingDevice,CPS，對應IEC標準為IEC947-6-2,國家標準為GB14048.9國內在上世紀90年代中由上海電器研究所帶頭跟蹤國外技術開發(fā)了KB0系列及派生的KB0（T）系列CPS品。進入21世紀后，法國施耐德公司又率先推出了TesysU系列第二代CPS品，常熟開關制造有限公司也在2008年推出了CB1系列CPS品，最近西門子公司推出了其3RA6系列CPS產品，蘇州萬龍推出了YSK2I系列的CPS品。目前，符合國家標準為G

14、B14048.9的第二代CPS產品主要集中在50A以下，50A以上產品還處于空白狀態(tài)。由于CPS品解決了分離元件固有的缺陷和不足，使電動控制和保護更可靠、更集成、更智能，是未來產品發(fā)展必然趨勢。四、研究基礎2007年開始參和常熟開關制造有限公司立項開發(fā)的CB1控制和保護開關電器產品，主要負責該產品的整體結構及動力底座模塊的設計，動力底座模塊包括電磁鐵系統(tǒng)、操作機構、觸頭滅弧系統(tǒng)、脫扣器以及外圍的輔助觸點。2008年樣機出來后，進行了大量的試驗驗證，期間對樣機不斷地進行了設計改進，最終使樣機的各種指標達到了設計要求，并順利完成了新產品的鑒定工作。2009年開始進行小批試生產，期間對車間生產過程中

15、反饋的一些技術問題及時地進行了改進處理。目前，CB1系列控制和保護開關電器（12A、32A）已正常按訂單進行生產銷售。2012年公司開始立項CB1-63控制和保護開關電器的產品開發(fā)，目前，初步確定了總體方案和CB1-12/32控制和保護開關電器的結構類似。由于電流等級的提高，系統(tǒng)內部力特性的要求相應提高，各相關部件的特性需要進行重新設計或優(yōu)化設計。五、主要內容及關鍵技術本學位論文的主要研究工作是設計CB1-63控制和保護開關電器的動力底座模塊，其主體部分主要包括觸頭滅弧系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、操作機構、脫扣器、外圍輔助觸點。脫扣器、操作機構和觸頭滅弧系統(tǒng)配合動作，能夠達到較高的短路分斷指標；電磁系統(tǒng)和

16、觸頭滅弧系統(tǒng)配合動作，能夠達到較高的電氣操作壽命；外圍輔助觸點能夠清晰的反映動力底座模塊內部各部件的狀態(tài)。其內部結構框圖如圖1所示。圖1動力底座模塊結構框圖1、觸頭滅弧系統(tǒng)脫扣器控制和保護開關電器接入電氣回路中后,來驅動觸頭滅弧系統(tǒng)的，在非正常情兄下滅弧系統(tǒng)的，因此，個觸頭其關鍵技術：觸頭系統(tǒng)籃程式I室參數(shù)的確滅弧系統(tǒng)、觸頭壓必須兄下的合分閘動作是由電磁系統(tǒng)如短路）的分頁承受來之電力、觸頭開距、閘是由操作機構來驅動觸頭路中的所有狀況超程、觸頭大小、觸頭彈簧等參數(shù)的確定；滅引2、電磁系統(tǒng)定。電磁系統(tǒng)主要是和觸頭滅弧系統(tǒng)之間的力特性的勺匹配，使得觸頭動作平穩(wěn)，得到較高的電壽命。其關鍵技術：電磁鐵輸

17、出力特性的改變，增加永磁體磁勢、電磁鐵復位彈簧力，提高線圈激磁磁勢，增大電磁鐵動鐵芯截面尺寸。3、操作機構操作機構主要是動作時間要求短，在短路情況下，能夠快速的分斷觸頭滅弧系統(tǒng)。其關鍵技術：增加儲能彈簧力，機構系統(tǒng)內的結構強度、動作匹配協(xié)調特性。4、脫扣器脫扣器是致動操作機構的關鍵部件，在短路情況下，其動作的可靠性要求高及動作時間同樣也要求短。其關鍵技術：輸出力增加后對磁系統(tǒng)的優(yōu)化設計。5、外圍輔助觸點輔助觸點主要反映了動力底座模塊內部各部件的狀態(tài)，其輸出的真實程度給用戶影響較大。其關鍵技術：輔助觸點的可靠性。六、研究方向、實施方案及可行性分析本學位論文的主要研究工作是設計CB1-63控制和保

18、護開關電器的動力底座模塊，主要包括觸頭滅弧系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)、操作機構、脫扣器、外圍輔助觸點?？紤]到其基本框架和CB1-12/32控制和保護開關電器的結構類似，同時參考目前市場上成熟的相同規(guī)格電流的斷路器和接觸器的部分參數(shù)，本學位論文的主要研究工作應該能夠順利完成動力底座模塊的研制任務。下面分別介紹每一組成部分的實施方案：1、觸頭滅弧系統(tǒng)觸頭滅弧系統(tǒng)的基本結構特征繼承了CB1-32的結構，依據市場上同樣規(guī)格電流的分立器件的相關參數(shù)統(tǒng)計，可先擬定觸頭滅弧系統(tǒng)的設計參數(shù)，再結合理論計算分析、UG建模、ANSOF仿真分析，確定初步設計方案。2、電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng)基本結構特征也繼承了CB1-32的結構，設計成帶有永磁體且多氣隙配合的結構?？紤]到觸頭滅弧系統(tǒng)參數(shù)增強，主要以觸頭滅弧系統(tǒng)力特性的變化為主，對電磁系統(tǒng)的設計提出了更高的要求。在有限的空間內，滿足電磁系統(tǒng)力特性的要求，通過UG建模，ANSOF仿真