工程硕士学位论文开题报告02

1、学号：107044东南大学工程硕士学位论文开题报告及论文工作实施计划院（系、所）工程领域研究生姓名校内导师校外导师开题报告日期入学年月东南大学研究生院制、学位论文开题报告论文题目控制和保护开关电器动力底座模块的研制研究方向低压电器题目来源国家部委省市厂、矿自选有无合同经费数备注题目类型工程项目规划管理工程设计工程技术技术攻关改造推广使用基础性研究其它一、课题来源、选题依据、课题研究目的、工程使用价值低压配电线路、控制系统和用电设备在运行中应该安全可靠，为避免发生故障时对线路、设备和人身造成损伤，就需要在线路上安装各种低压保护电器，对其进行保护。在传统的低压配电及控制系统中，通常将“断路器(或熔

2、断器)+接触器+热继电器”组成一个控制单元，即将多种不同功能的元器件组装配套以达到特定的控制和保护的“功能组合”。但是，由于不同类产品水平参差不齐以及选用人员在技术参数使用上不够填密等方面的原因，使得成套装置的工作可靠性低、控制特性和保护特性配合不合理、经济性不咼。20世纪80年代末，国际上推出一种新型的模块式集成化低压电器一控制和保护开关电器(ControlandprotectiveSwitchingDevice，CPS)它集断路器、接触器、热继电器、启动器、熔断器为一体，实现了传统电器的功能组合，并解决了各电器之间的协调配合问题。这种模块式的CPS大多采用以接触器为主体、配以各种功能模块的

3、结构形式。由于没有脱离传统串联配置的基本结构，断路器、接触器、热继电器各自独立存在，所以CPS在结构、制造工艺和生产成本方面受到很大的局限，控制和保护特性无法充分发挥。并且，它的控制和保护功能多由热磁元件完成，其动作时间长、保护精度低、整定困难。因此，这种传统的CPS未能在低压配电及控制系统中得到广泛使用。随着计算机技术、电力电子技术及网络通信技术的迅速发展，自动化技术得到了空前发展。把这些技术使用于低压电器产品中，使得CPS逐渐朝着高性能、多功能化、模块化方向发展，从而出现了一种智能型控制和保护开关电器。智能型CPS采用新的原理和先进的电力电子技术以及信息技术，突破了传统的低压电控系统分立元

4、件串联组合的配置方式和模块式集成组合的配置方式，在单一电磁结构的电器上集成了断路器、接触器、热继电器、启动器、计数器等多种电器的综合功能。和传统的低压电控系统相比，智能型CPS减少了线路中所需电器元件的种类和数量，减小了体积和安装面积，其自配合特性克服了传统多种电器组合所带来的保护特性配合不合理、工作可靠性低等缺陷，解决了各电器之间的协调配合问题，丰富了保护功能，改善了保护性能，方便了用户的使用，减少了维修工作，提高了低压配电和控制系统的安全性、运行的可靠性和连续性，为低压配电和控制系统的简化提供了一种理想的基础元件。凭着一系列的优点，智能型CPS自问世以来就受到使用人员的普遍欢迎。用集控制、

5、保护、监测和管理功能于一体的控制保护开关代替传统的保护系统，已成为当今乃至今后的一个重要发展方向。研制和开发CPS有着广泛的使用前景和良好的经济效益。常熟开关制造有限公司作为国内著名的电气专业制造公司，主要生产高低压电器元件、电子产品及高低压成套开关设备。近年来，为了适应市场需求，公司成功开发了CB1系列控制和保护开关电器，但是，其额定电流范围仅局限在0.15A至32A本学位论文的主要研究工作结合公司实际情况，研制开发额定电流至63A的控制和保护开关电器，以更好的满足不同用户的需要。一、中外文献和资料阅读清单（要求30篇以上）篇数33其中外文文献和资料篇数3序号题目（及作者）出处（书籍及出版社

6、、期刊名及期刊卷期号等）1智能化控制和保护开关电器的现低压电器，2010,222状和发展（曾萍等）低压电器，2008,93控制和保护开关电器的进展（陈现代建筑电气，2011增刊4德桂）智能电网和先进电力设备学术交流会，20115KB0控制和保护开关电器技术在电气时代，2004,86奥运工程中的设计和使用（李华低压电器，2004,87民等）电工技术杂志，2002,9电动机控制和保护智能化创新进现代建筑电气，2011增刊8展（程玉标等）中国电工技术学会低压电器专业委员会第十四9智能化控制和保护开关电器届学术年会，200810CPS胡景泰）低压电器，2010,411可通信智能化控制和保护开关电电工技

7、术，2005,1212器的发展和使用（胡景泰等）制造业自动化，2000，22-413新型多功能集成电器的研究（胡低压电器，2011,1314景泰等）低压电器，2012,315控制和保护开关电器（CPS的特工程技术，2011,2916点及其在配电系统中的设计和使电工电气，2011,817用（李华民等）第三届电工产品可靠性和电接触国际会议，200918智能型集成化终端电器的典型使低压电器，2009,7192021222324252627282930313233用（何湘甫等）集成总线在控制和保护开关中的实现（蔡志远等）控制和保护开关电器CPS的特点分析（徐凤海等）人工智能型控制和保护开关电器CPS的

8、研究（陈丽安等）新型控制和保护开关操作机构零件应力分析（李甲等）智能控制和保护开关在农网配电系统中的使用（周敏跃等）KBO控制和保护开关电器使用简析（钟明）基于图像处理的控制和保护开关电器动态测试系统（林承志）短路情况下接触器的失效机理研究（王云峰等）永磁接触器的发展和研究综述（汪先兵等）新型电器多功能集成化的“KBO系列控制保护开关”（曾萍等）低压电控系统保护和控制的选择性和协调性分析（胡景泰等）电动机保护器的发展和使用（曾萍等）低压电动机保护器的现状及完善（陈培国）智能接触器在振动情况下的误动作现象仿真分析（刘洪武等）带反馈控制的智能交流接触器（申潭等）双断点塑壳断路器性能特点的试验研究（

9、刘洪武等）电气传动，2001,6电气传动，2005,35-12中国电工技术学会低压电器专业委员会第十二届学术年会，2005低压电器，2011,2低压电器，2010,11低压电器，2005,2电气开关，2009,3低压电器，2000,3低压电器，2000,4低压电器，2008,21低压电器，2002,4低压电器，2009,3IEEETransactionsonMagnetics,2007.10,43(10):3896-3903.IEEEInternationalInstrumentationandMeasurementTechnologyConference,Victoria,Vancouver

10、Island,Canada,2008.IEEETransactionsonPowerDelivery,vol.25,No3,July2010电气传动，2001,6电气传动，2005,35-12中国电工技术学会低压电器专业委员会第十二届学术年会，2005低压电器，2011,2低压电器，2010,11低压电器，2005,2电气开关，2009,3低压电器，2000,3低压电器，2000,4低压电器，2008,21低压电器，2002,4低压电器，2009,3IEEETransactionsonMagnetics,2007.10,43(10):3896-3903.IEEEInternationalIns

11、trumentationandMeasurementTechnologyConference,Victoria,VancouverIsland,Canada,2008.IEEETransactionsonPowerDelivery,vol.25,No3,July2010新型灭弧系统对背后击穿现象的抑制作用（陈旭等）低压断路器开断过程中背后击穿现象的研究（陈旭等）计及弧柱分割条件的限流断路器分断过程仿真（刘洪武等）低压断路器的器壁侵蚀和自动气吹灭弧新技术（陈德桂）讨论和分析近期低压电器的若干新技术（陈德桂等），J.R.R.Ruiz,J.Rosero,etal）ExperimentandSimul

12、ationResearchontheInflueneeofDifferentMainContactSystemontheInterruptionPerformaneeofControlandProtectiveSwitch（YingyiLiu,HaiwenYuan,DeguiChen,andHaibinYuan）三、文献综述：国内外研究现状、发展动态在现代工业中，工业装置和控制系统化的发展，要求不断采用更现代化的技术来优化工业过程，包括电器开关设备及各种电气机械设备，工业自动化的过程中需要使用各种各样的泵、风机、传送带和电动机械等现场设备，需要广泛使用各种大小不一的电动机，如何为这些设备提供完

13、善的控制和保护技术已引起人们极大的关注。上世纪90年代末国际上出现了一种集成化低压电器-控制和保护开关电器（ControlandprotectiveSwitchingDevice,CPS，对应IEC标准为IEC947-6-2,国家标准为GB14048.9国内在上世纪90年代中由上海电器研究所带头跟踪国外技术开发了KB0系列及派生的KB0（T）系列CPS品。进入21世纪后，法国施耐德公司又率先推出了TesysU系列第二代CPS品，常熟开关制造有限公司也在2008年推出了CB1系列CPS品，最近西门子公司推出了其3RA6系列CPS产品，苏州万龙推出了YSK2I系列的CPS品。目前，符合国家标准为G

14、B14048.9的第二代CPS产品主要集中在50A以下，50A以上产品还处于空白状态。由于CPS品解决了分离元件固有的缺陷和不足，使电动控制和保护更可靠、更集成、更智能，是未来产品发展必然趋势。四、研究基础2007年开始参和常熟开关制造有限公司立项开发的CB1控制和保护开关电器产品，主要负责该产品的整体结构及动力底座模块的设计，动力底座模块包括电磁铁系统、操作机构、触头灭弧系统、脱扣器以及外围的辅助触点。2008年样机出来后，进行了大量的试验验证，期间对样机不断地进行了设计改进，最终使样机的各种指标达到了设计要求，并顺利完成了新产品的鉴定工作。2009年开始进行小批试生产，期间对车间生产过程中

15、反馈的一些技术问题及时地进行了改进处理。目前，CB1系列控制和保护开关电器（12A、32A）已正常按订单进行生产销售。2012年公司开始立项CB1-63控制和保护开关电器的产品开发，目前，初步确定了总体方案和CB1-12/32控制和保护开关电器的结构类似。由于电流等级的提高，系统内部力特性的要求相应提高，各相关部件的特性需要进行重新设计或优化设计。五、主要内容及关键技术本学位论文的主要研究工作是设计CB1-63控制和保护开关电器的动力底座模块，其主体部分主要包括触头灭弧系统、电磁系统、操作机构、脱扣器、外围辅助触点。脱扣器、操作机构和触头灭弧系统配合动作，能够达到较高的短路分断指标；电磁系统和

16、触头灭弧系统配合动作，能够达到较高的电气操作寿命；外围辅助触点能够清晰的反映动力底座模块内部各部件的状态。其内部结构框图如图1所示。图1动力底座模块结构框图1、触头灭弧系统脱扣器控制和保护开关电器接入电气回路中后,来驱动触头灭弧系统的，在非正常情兄下灭弧系统的，因此，个触头其关键技术：触头系统籃程式I室参数的确灭弧系统、触头压必须兄下的合分闸动作是由电磁系统如短路）的分页承受来之电力、触头开距、闸是由操作机构来驱动触头路中的所有状况超程、触头大小、触头弹簧等参数的确定；灭引2、电磁系统定。电磁系统主要是和触头灭弧系统之间的力特性的勺匹配，使得触头动作平稳，得到较高的电寿命。其关键技术：电磁铁输

17、出力特性的改变，增加永磁体磁势、电磁铁复位弹簧力，提高线圈激磁磁势，增大电磁铁动铁芯截面尺寸。3、操作机构操作机构主要是动作时间要求短，在短路情况下，能够快速的分断触头灭弧系统。其关键技术：增加储能弹簧力，机构系统内的结构强度、动作匹配协调特性。4、脱扣器脱扣器是致动操作机构的关键部件，在短路情况下，其动作的可靠性要求高及动作时间同样也要求短。其关键技术：输出力增加后对磁系统的优化设计。5、外围辅助触点辅助触点主要反映了动力底座模块内部各部件的状态，其输出的真实程度给用户影响较大。其关键技术：辅助触点的可靠性。六、研究方向、实施方案及可行性分析本学位论文的主要研究工作是设计CB1-63控制和保

18、护开关电器的动力底座模块，主要包括触头灭弧系统、电磁系统、操作机构、脱扣器、外围辅助触点。考虑到其基本框架和CB1-12/32控制和保护开关电器的结构类似，同时参考目前市场上成熟的相同规格电流的断路器和接触器的部分参数，本学位论文的主要研究工作应该能够顺利完成动力底座模块的研制任务。下面分别介绍每一组成部分的实施方案：1、触头灭弧系统触头灭弧系统的基本结构特征继承了CB1-32的结构，依据市场上同样规格电流的分立器件的相关参数统计，可先拟定触头灭弧系统的设计参数，再结合理论计算分析、UG建模、ANSOF仿真分析，确定初步设计方案。2、电磁系统电磁系统基本结构特征也继承了CB1-32的结构，设计成带有永磁体且多气隙配合的结构。考虑到触头灭弧系统参数增强，主要以触头灭弧系统力特性的变化为主，对电磁系统的设计提出了更高的要求。在有限的空间内，满足电磁系统力特性的要求，通过UG建模，ANSOF仿真