操作机构设计开题报告

操作机构设计开题报告 开题报告
一、课题的目的与意义
目前，国内外电力系统中使用的中压真空断路器品种繁多，型号众多，其特点各异，但概括起来，从绝缘角度来讲，有空气绝缘和复合绝缘，从总体结构上讲，有断路器和机构一体式和分体式(国内居多)，从操动机构上讲作为中压产品主要是电磁机构和弹簧机构。
目前国际上，真空断路器的设计、制造领域里逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别。西门子公司的产品有3AF、3AG及3AH等系列产品，其操动机构均为弹簧机构。从3AF到3AH，其操动机构在设计上日趋合理，调整环节减少，更有利于提高初分速度，机构也更加省力，但制造精度要求更高。ABB公司的代表产品有VD4，它采用复合绝缘方式，产品结构紧凑，其操动机构为弹簧储能式。
日本三菱电机VPR型真空断路器，其灭弧室由一浇注的支架绝缘，该支架将三相分开，相间距小，结构紧凑，采用弹簧机构驱动，其特点是结构简单，零部件比老式机构少，采用具有单向离合器的正齿轮机构使储能过程平稳，能耗低，噪声小。
国内生产的真空断路器归纳起来大致可分为三类：1)引进技术并国产化的产品。如ZN12-12，引进西门子3AF；ZN18-12，引进日本东芝公司VK系列产品；ZN21-12，引进比利时EIB公司的产品技术；ZN67-12，引进日本三菱电机VPR型真空断路器等。2)在借鉴国外同类产品的基础上开发的产品，如：ZN63-12和ZN65-12分别效仿ABB的VD4和西门子3AH，其操动机构为弹簧机构，机构与开关一体，无独立型号。3)自行设计的产品，如：ZN15-12，ZN28-12，ZN30-12等，其操动机构为电磁机构或弹簧机构，目前以CD17、CT17和CT19型机构较多，机构结构较为复杂，零件数量多，CD系列通常有约120个零件，CT系列有约200个零件，操动机构通过一套或几套四连杆与开关主轴相连(与油开关的驱动方式相似)，传动效率较低。
断路器的全部使命，归根到底是体现在触头的分、合动作上，而分、合动作又是通过操动机构来实现的，因此操动机构的工作性能和质量的优劣，对高压断路器的工作性能和可靠性起着极为重要的作用。开关设备的操动机构需要较多的机械零件配合组成，这不仅成本高，而且可靠性不足，因为故障率上升的可能性是和零件的数量成正比的。弹簧操动机构是利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构。弹簧储能通常是由电动机通过减速装置来完成。整个操动机构大致可分为弹簧储能、维持储能、合闸与合闸维持和分闸四个部分。弹簧操动机构的优点是不需要大功率的直流电源，电动机功率小，交直流两用，适宜交流操作；其缺点是结构比较复杂，零件数量多(约为200个)，且要求加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品的可靠性不易保证。靠电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构，电磁操动机构的优点是结构简单，零件数量少(约为120个)，工作可靠，制造成本低，但其缺点是合闸线圈消耗的功率太大，因而要求用户配备价格昂贵的蓄电池组，加上电磁机构的结构笨重，动作时间较长。
对此我们便是要认知操作机构在随着断路器在不断的发展，所以本课题的初衷是为让我们更好的了解操作机构的设计，对其加以改进，以达到设计出更能配合多种断路器的使用，同时要求操作机构结构更简单，功能更全面，操作更方便智能，工作更可靠安全，制造成本更底，以求达到更好。
那我们首先来认知直流电磁操作机构；它的基本特点：靠直流螺管电磁铁合闸，靠已储能的分闸弹簧分闸；合闸时间长，电源电压的变动对合闸速度影响大；可遥控操作与自动重合闸；结构较简单，制造工艺要求不高；机械输出力特性与本体反力特性配合较好；需大功率直流电源。一般情况下可用于110V及以下的断路器的使用场合。
二、课题发展现状和前景展望
真空断路器在我国已经得到广泛应用。特别是在中等电压领域里，真空断路器已占有明显优势。国内市场，ZN—28系列真空断路器以其领先的技术与高可靠性，已成为生产单位产量最大和系列最全的真空断路器。但还缺少大容量品种，对中等电压真空断路器的应用范围将受到一定限制，因此很有必要开发10kV系列真空断路器的大容量规格以进一步完善化。目前已完成额定电流4000A、额定开断电流50kA的真空断路器。今后将继续研究试制更大额定电流和更大额定开断电流的10kV电压等级的真空断路器。
真空断路器作为12kV断路器的主导产品，将继续朝着小型化、高可靠性、少维护的方向发展。在断路器的结构设计方面，有更多的产品采用本体与操动机构一体化的设计方案。在断路器本体极柱方面，目前大部分的极柱均为装配式。随着真空技术和嵌入技术的发展，ABB率先将免维修的真空灭弧室直接浇注在环氧树脂中，形成一个独立的断路器极柱。这种形式的断路器，使真空灭弧室和其他导件与外界环境完全隔离，避免外力和外界环境对灭弧室和其他导电件的影响，增强了外绝缘强度；而且浇铸式极柱大大减少手了工装配工作量，最大限度减少极柱装配过程中可能出现的误差，从而使断路器的安全可靠性得到进一步的提高，真正实现极柱的免维修。操动机构方面，在ABB率先推出永磁操动机构，但大部分客户对此持观望态度。
作为真空断路器的一个组成部件，操作机构正朝着更加配合断路器这个方向研制出新型的操作机构，从而更好的改进电网质量；这是因为普通的机械机构（气动、液压和弹簧式）在功能灵活性方面受到固定的限制。因此，ABB以电网设计为基础，开发研制出了新的操动机构技术，即电子控制电机驱动（Motor Drive）机构。机构原理是用一台电子控制的电机直接驱动断路器的操作轴，而电机的驱动由一些单元组成，由能量缓冲器通过充电；以微处理器为核心的控制单元负责速度的监控等；电机操作通过I/O接口来实现。电机为带永磁转子的三相无刷同步电机，带有求解器，可将转子角信息送入控制单元。从2002年开始，该机构已经在145kV的瓷柱GCB（LTB）、PASS（MO）、GIS等产品上使用，并在意大利、瑞典和澳大利亚等国家电网中应用。
先进的真空断路器及永磁机构ABB公司真空断路器VD4型发展到VM1型，主要有两点大的改变；VM1型的相柱为环氧树脂包封式；配用永磁机构。ABB公司真空断路器的发展还在于利用永磁式机构推出同步断路器。在2000年汉诺威博览会上，ABB公司展出了配永磁机构的12KV/50KA真空断路器。德国Alstom公司（原AEG公司萨克森厂）的真空断路器可配弹簧机构也可配永磁机构，西门子公司的真空断路器现仍配久经考验的弹簧机构。这些公司的真空断路器都向着智能化方向发展，如ABB公司的REF542型控制/保护/监视装置，Alstom公司的DCX型控制和保护装置，Siemens公司的Siprotec4型数字监控装置。
三、课题主要内容和要求
本课题内容主要是以给定的主要技术参数，以CD10操动机构为参照，设计一台电磁操作系统。
使用条件
周围空气温度：+40℃.-- 30℃
相对湿度：月平均值不大于90%
空气污秽程度：不超过GB5228中的Ⅱ级
海拔高度：不超过1000m
无经常性剧烈震动的场所
安装场所：户内或户外
主要技术参数
合闸电流99A.
分闸电流2A.
线圈电压220V.
基本任务及要求
电磁操作机构整体设计.
电磁铁有关参数设计.
电磁操作机构输出特性与断路器负载特性配合分析.
工作量：电磁操作机构总装配图，电磁铁零部件图.
编写说明书.
四、研究方法、步骤和措施
本课题的研究方法是以给定的主要技术参数，以CD10型操动机构为参照，设计一台电磁操作机构。以模型相关尺寸为蓝本，然后对其主要部分进行设计，包括合闸电磁铁、传动部分以及脱扣部分的设计，而设计的主要方法是对现有蓝本的尺寸进行演算，在其基础上加以改进，以达到设计的要求。在设计中还要用到AUTOCAD软件绘制图纸。因此必须要求我们熟练操作AUTOCAD软件，做到活学活用。
研究设计的步骤是设计直流电磁操动机构的几个主要组成部件。首先是它的合闸电磁铁，一般情况下，合闸电磁铁采用直流螺管式电磁铁，设计时主要研究它的吸力特性、输出的机械功、动作时间和合闸线圈等。而在这几天的安排是：
查阅资料、撰写文献综述、撰写开题报告；
毕业实习，并撰写实习报告；
三、确定整体方案
了触真空断路器电磁操作机构的特性，掌握其工作原理；
对电磁操作机构进行整体设计计算；
设计各部件并计算各性能参数；
四、各部件的具体设计和参数配合分析；
五、用AUTOCAD软件绘制装配图和各零件图；
六、编写并修改装订说明书；
七、毕业答辩。
毕业设计（论文）开题报

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2012-01-02 10:20:07【返回顶部】