低压电器的发展动向

低压电器的发展动向

2现代控制产品随着电子技术的发展，控制装置的发展越来越快。特别是电子执行器（cps）、电子执行器控制器、软启动装置和电源的发展最为迅速。在过去10年中，一些主要公司开发了两次产品。2.1动器结构形式CPS的重点对象是电动机的控制与保护。传统的CPS主要是以接触器、热继电器及电动机保护断路器为主的元器件及其组成的控制与保护单元,大部分是分散的平面布置,体积较大,组装接线繁琐。近年来,各大公司将整体解决方案的概念引入到电动机CPS中,将电动机保护断路器、接触器、保护继电器直接组装成紧凑型的电动机起动器,即组合式控制与保护电器,如Moeller公司的Xstart系列等(见图3)。目前,整体式的CPS也已出现,如施耐德公司的TesysU系列,其结构更紧凑、合理,功能更强大。许多公司都基于原来的产品开发出组合式CPS,为保证产品能方便地组装在一起并外观协调,对原产品的外形宽度、接线端子间距等都进行了改进设计,使构成的组合式CPS宽度一致,相互之间可直接连接(不通过铜排)。组合式CPS不仅外形协调,而且元器件的选择也充分考虑性能匹配性,如Xstart系列中PKZ电动机保护断路器和ZB过载继电器的组合,Tesys系列中GV2电动机保护断路器和LR2热过载继电器的组合等,选择最佳性能匹配的元件使构成的CPS具有更为完善的控制与保护性能。整体式CPS以施耐德公司的TesysU系列产品(见图4)为代表,高度集成,不仅使其体积比组合式大大减小,而且保护性能更完善、功能更强大。通过基本、控制和附加功能模块多样化的组合,可满足更广泛的工业控制要求。因此,整体式CPS极有可能成为今后CPS发展的主流。2.2电子保护主要功能电子式电动机保护器是专业用于电动机等保护的电器,根据保护要求的高低分成高、中、低端产品系列,高端的如GE公司的MM2、Rockwell公司的SMM;中端的如Rockwell公司的E3Plus;低端的如Rockwell公司的E1Plus。典型产品主要技术参数如表3所示。高端电动机保护器功能非常强大,如MM2是GEMultilin品牌下的一个主要产品,主要应用于低压电动机控制中心。其外形如图5所示,主要功能有:控制和保护功能(过载、不平衡、接触器故障、转子卡死/堵转、接地、热电耦保护);低电压自起动;监视和计量功能(显示三相电流、接地电流、热容量、模拟量输入、功率、能量等,脱扣记录和故障值,维护信息);本地显示及操作界面;附加功能20×2文字(英文字符)显示;8附加可编程输入;2附加继电器;4～20mA模拟量输入;可编程低电压重起动;故障诊断分析(包括脱扣前值和历史数据统计);2接触器控制(星-三角、双速、反转等),包括计时器、继电器和控制输入;单相电压输入,可计算kW和kWh;热感应输入(包括PTC或NTC、过压和欠压保护);起动方式(正转、反转、双速、滑环、电阻降压、变极、自耦降压、部分绕组、Y/△、工作/待命起动);电压检测;输入/输出增强功能;支持多总线的通信接口等。由于高端电子式电动机保护器功能强大,成本也较高,主要应用在电动机控制中心、自动化控制系统及重要的电动机负载的控制与保护。电子式电动机保护器功能扩展也呈现出方案的多样化,保护范围不仅是电动机,还扩展到其他设备,如变电站、变压器等。如SchneiderSepam公司的同一类保护产品有多种型号:S40、S42变电站保护;T40、T41变压器保护;M20、M40电动机保护;B21、B22母排保护。同一型号有多种配置:输入/输出扩展、通信、模拟量输出、温度检测模块等。可组成多种保护方案及不同的模块配置,适应各种自动化系统保护的需要。低、中档的电子式电动机保护器的机械结构和功能与传统的热保护继电器类似,可直接与同等级的接触器组装成紧凑型电动机起动器,但功能比热继电器更强大,如E1Plus和E3Plus均可与接触器组成的紧凑型电动机起动器。随着制造成本逐渐降低,低档电子式电动机保护器在功能、可靠性及成本方面完全可与热继电器竞争,将逐步替代热继电器。2.3软起动器的发展方向软起动器现已基本取代了原来的降压和自耦减压起动器,成为一种重要的电动机起动器,各大公司均有软起动器产品,总的特点是,系列齐全、功能完善、结构新颖,可与多种现场总线连接,控制功率可从几千瓦至上兆瓦。其中以ABB、施耐德、西门子和Moeller等公司的产品技术较为先进,代表了软起动器发展的方向。这些公司一般均有经济型和高级型两个系列软起动器。经济型软起动器一般功能简单,如ABB公司的PSS系列、西门子公司的3RW30/31、Moeller公司的DS4等,仅具有软起动功能,无其他保护功能,但成本较低、结构紧凑、体积小巧,有的经济型软起动器还可兼作半导体接触器。高级型软起动器,如ABB公司的PST(见图6)、施耐德公司的ATS48、西门子公司的3RW44、Moeller公司的DM4等,除了具有软起动功能外,还具有其他保护功能,如LCD显示;可调功能,如升压/降压时间、冲击起动、电动、级落电压及顺序起动等;可编程信号继电器;高级电动机保护功能,如可编程过载、大电流及PTC、堵转、欠载、相不平衡及反相、晶闸管过载保护功能以及旁路检测、现场总线通信功能等。综观软起动器,在今后一个时期将有较大的发展空间,经济型产品将得到普及应用;高级型产品将随着性价比的上升,市场需求将日益增加。2.4变压器高级及性能评价变频器可通过改变电源输出频率任意调节电动机转速,实现无级调速,在需要调速的工业控制中得到了广泛的应用,因此,各公司均非常重视变频器的发展。新一代产品采用了直接转矩控制(DTC)技术,可从零速开始实现电动机速度和转矩的精确控制,是目前变频器控制的核心技术。新一代变频器总的特点是,高性能、易用性强、安装及初始化设置进一步简单化、具有很宽的功率范围及优良的速度控制和转矩控制特性、功率结构与控制单元模块化及控制单元能支持即插即用功能、智能化及支持多总线通信和提供开放的现场可编程结构、高功率密度和体积紧凑、受EMI/RFI/谐波的影响较小。随着控制技术的发展,变频器高级型产品不仅能控制交流异步电动机,而且能控制交流永磁同步电动机,控制性能达到了通用伺服控制器水平,如英国CT公司的UnidriveSPservo,Danfoss公司的高端控制器DriveFC300。西门子公司新推出的SINAMICSS120变频器也具备了从V/F到矢量控制、高性能伺服控制的选择。变频器发展动向表明,原先由昂贵的伺服控制器占据的某些工业领域,已被高性能变频器所代替。电动机一体化和组件式变频器得到了快速的发展。前者是指可以安装在电动机上与之构成一体的变频器,其外形如图7所示,功率0.4～3.7kW,防护等级IP65,主要产品有ABB公司的ACS160。后者是指小型的变频器,体积小、功能简单、调试方便,可像接触器或开关一样配置在控制柜中。典型的产品有ABB公司的ACS50、ACS150系列变频器,Lenze公司的smd系列变频器等,这类变频器将成为小型变频器的发展主流。3终端家电企业终端电器经历了上世纪90年代的快速发展,近年来已发展平稳,几乎所有的低压电器的大公司(如西门子、ABB、施耐德等)都生产终端电器,主要产品如微型断路器(MCB)、剩余电流断路器(RCCB和RCBO)等,还有一些专业制造商如Hager、Legrand等,其产品系列规格齐全、技术性能指标高、尺寸模数化、安装轨道化。3.1mcbabb公司作为终端电器中的主要产品,MCB始终主导着终端电器的发展,其典型产品有施耐德公司的C65、DPN系列、ABB公司的S700、S800、S200系列、西门子公司的5SP3系列、Hager公司的HT系列、Legrand公司DX系列等,这些产品的主要技术参数如表4所示。终端配电系统的选择性保护过去一直无法实现,带选择性保护的MCB如ABB公司的S700(见图8)等的诞生,彻底解决了终端配电系统上下级的选择性保护问题,使用电的安全性、可靠性大大提高。带选择性保护的MCB将成为MCB家族中待需发展的重要产品。P+N结构的快速发展使MCB向大容量、高分断能力发展,更小体积(预计单极12mm宽)的MCB也将会面世,迎来MCB又一发展高峰。同一MCB具有多种脱扣特性,可符合多种标准,满足不同配电系统要求,适应全球化贸易需要,如ABB公司的S800,具有B、C、D、K等脱扣特性,符合EN60898-1、IEC60947-2、UL489等标准。除了自身技术发展外,MCB配套附件更趋齐全,欠压、分励、电动操作、辅助触头、报警触头等附件使MCB的使用性能得以延伸,附件安装位置灵活多样,也可相应减少成套安装时占用的空间。目前,MCB的安装方式又有新突破,从螺钉安装到轨道安装,使安装更方便(不用螺丝刀可拆装)。母排连接与安装一体技术已越来越多地用于MCB,在将MCB安装于母排的同时,实现了MCB与进线端的连接,既减少了MCB成套安装的体积,又使母排连接一气呵成,提高生产效率。3.2rccb剩余电流检测RCCB与RCBO的发展主要集中在B型带自检功能的RCCB,新技术的引入和不断突破,不仅使RCCB的保护性能更完善、功能更齐全,且体积也缩小了。B型RCCB不仅能检测交流和脉动的剩余电流,还能检测平滑和缓慢变化的剩余直流电流。B型RCCB采用了新的直流故障电流检测技术,缩小了体积,如Moeller公司的4PRCCB-63A宽度为90mm(见图9),仅为原来的60%。带自检功能的RCCB(见图10)是RCCB家属中又一发展亮点。传统的RCCB正常运行时要求定期操作试验按钮,以确认剩余电流功能是否正常,这样操作受人为的因素影响较大。而具有自检测功能的RCCB可自动定期检测剩余电流,有故障时可发出报警信号。该技术的应用将极大地提高RCCB的安全性和可靠性。3.3模数化表面抗混合布经过近20年的发展,终端组合电器的防护外壳大多采用高强度工程塑料,结构新颖、外形美观、色调明快,外壳防护等级不断提高,从IP30、IP40发展到IP55、IP65。模数化的外形尺寸,使其既能单独使用,又可组合拼装使用。终端组合电器安装与母排连接越来越多地采用母排连接与安装一体技术,即将终端电器元件直接安装于固定在终端组合电器防护外壳的母排上(无需安装轨),在安装的同时,完成了母排连接,既方便了安装连接,又节省了安装连接空间,简化了内部结构,将成为防护外壳的主流结构。4级spd的应用随着电子技术的发展,防雷技术及产品正越来越受到各国的重视,各大公司(如Phoenix、Obo、Dehn、ABB、西门子等)都推出了完整的系列产品。用于配电系统保护的SPD已形成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级完整系列,I级SPD冲击放电试验电流Iimp可达到100kA(10/350μs),Obo公司的MCD125-B/NPE的Iimp可达到125kA(10/350μs)。Ⅰ级SPD普遍采用插入式的模块化结构,基座采用整体式结构,模块更换方便,机械结构可靠性高。除了分级产品外,为方便用户,许多公司推出了Ⅰ+Ⅱ级组合式结构SPD,可直接用于LPZ0至LPZ2区的保护,简化了安装和接线,降低了成本。其响应速度快,可直接用于保护用电设备。如Phoenix公司开发的FLASHTRABFLT-CP-3C-350Ⅰ+Ⅱ级组合式SPD(见图11)采用整体式基座、插入式结构。Uc=350V,Iimp=100kA(10/350μs),Up≤1.5kV,响应时间ta≤25ns。SPD一般均有劣化指示,但劣化指示只有在SPD故障时才能发出。为了能预先知道SPD状态,并在故障前就能更换SPD,避免系统故障运行,一些公司开发出了能显示寿命的SPD。如Dehn公司新开发的TH275L1“预作用热控制”SPD,用户能“观察”到SPD状态,并在损坏前及时更换。SPD有“绿-黄-红”三色指示器,其浮动的转换触头可发出遥控信号指示SPD工作状态。正常时,指示器显示绿色;若由于热负载使压敏电阻结构有不可逆转的损坏危险,则显示黄色并驱动遥控信号触头,建议用户在装置失去保护前更换SPD模块;SPD故障时显示红色。专用SPD(如用于信号系统的直流过电压保护器和专门用于总线系统的SPD等)有了较大的发展,它的响应速度快,能显著地抑制电涌对所保护专用设备的影响,既能抑制雷电干扰,也能抑制静电放电和开闭操作过电压干扰的影响。5母排连接技术母排连接与安装一体技术近年来得到了快速发展和普及,成套配电装置普遍采用了母排连接与安装一体化技术,其中以Rittal公司和Wohner公司的成套装置母排连接与安装一体技术最为突出。该技术可应用于大到开关柜(见图12)小到终端箱,具有显著特点和优势:减少导电连接环节,使导电连接可靠性得以提高;极大地方便安装与导电连接,维护更为简便;大大减小所占空间,使成套柜体体积成倍缩小;节省材料,降低成本。因此,电器产品母排连接与安装一体技术将成为电器安装及母排连接的新方式,可能逐步替代传统母排连接及电器安装分离的方式。6智能低压电器和可通信技术随着信息技术的飞速发展,工业自动化和楼宇自动化技术有了极大的提高、新产品层出不穷,这些技术已快速地渗入到低压电器、工业过程控制等领域,使得智能化低压电器和可通信技术也得到了快速发展。随着不同专业领域对通信内容、开放性、实时控制提出更高的要求,工业以太网技术应运而生,并有望成为下一代系统设备通信和控制技术发展的主流技术。6.1现场总线技术的发展工业现场总线技术在低压电器中的应用越来越广泛,一方面新一代低压电器元件都具有内置或外置的通信接口,能与工业现场总线相连接;另一方面嵌入现场总线系统的低压配电和控制成套装置也逐渐推出,嵌入现场总线技术将成为新一代低压电器元件和成套装置的一个重要标志。工业现场总线的发展越来越注重系统的开放性,一方面各总线组织通过设备描述规范设备在网络上的特性,使不同厂商的设备在网络上有相同的表现,可互连互换;另一方面系统提供方便的非标第3方设备的接入。同时支持连接不同的总线,可使用户在配置系统时有更大的灵活性。开放总线的发展既使设备制造商看到支持总线的设备具有更好的市场前景;而且越来越多支持总线产品的出现也方便了用户选用。因此,系统开放性和支持多总线将是工业现场总线的发展潮流。6.2设备层的总线现代网络技术同样渗入建筑电气领域,由于建筑电气领域通信与控制因使用环境、连接对象和信号传递的要求不同于工业自动化领域,因此,形成了专门的建筑电气总线。目前,主要的建筑电气总线有:BACNet、LonWorks、EIB等,LonWorks和EIB是设备层的总线,BACNet是管理层的总线。建筑电气三大总线技术发展迅速,各自协会均有近百家会员,在相当长一段时间里将引领建筑电气总线技术的发展。随着楼宇自动化要求日益增多,不同的建筑电气总线在一段时间内会并存和不断完善,并将相互渗透,趋于统一、混合、重组,不久的将来有望出现统一的楼宇自动化系统。我国对建筑电气总线技术的研究与应用还刚刚起步,随着建筑业的蓬勃发展,尤其是智能楼宇需求日益增多,建筑电气总线技术在我国的应用与发展将驶入快速通道,具有美好前景。6