隔离开关自动转换装置设计.pdf

第 卷 第 期 年 月天 津理工大学学报 .收稿日期:修订日期:基金项目:天津市市场监督管理委员会科技计划项目():/隔离开关自动转换装置设计张志宏张进水龚节维(天津市产品质量监督检测技术研究院 电工技术科学研究中心 天津)摘要:针对低压隔离开关试验中操作手柄力矩和行程时间的统一配合问题 对电感式接近开关进行了研究 隔离开关自动转换装置中的制动装置采用高可靠性的电感式接近开关 自动转换驱动是利用电容分相的原理控制电动机正向转动和反向转动 从而使被测隔离开关分合闸自动操作 依据国家标准/研制了隔离开关自动转换装置 提高了产品试验时的稳定性和可靠性 保障了试验操作人员的人身安全和试验线路的设备安全 为生产企业进行产品研发论证提供了参考关键词:低压隔离开关 接近开关 自动转换驱动 短路试验中图分类号:文献标识码:文章编号:()():./.:隔离开关在低压电器领域应用广泛 隔离开关需在断开时符合相应的隔离规定 针对低压隔离开关存在接触不良的问题 文献 通过导弧角设计解决了触头接触不良等问题 刘殷采用接近开关配合可编程逻辑控制器 对滚轴转角和滚轴线速度进行检测 根据/低压开关设备和控制设备 的要求 对隔离开关不同系列的电器产品特性进行试验时 需减少人力操作 保证试验人员人身安全和试验设备安全 同时确保试验能最大程度反映产品性能的目标 文中设计了一款实现隔离开关电器自动合分的操作机构 既能节约成本 又能保障安全 电感式接近开关 电感性接近开关是一种靠检测金属物体的靠近或远离来实现接通和分断电路的非接触性控制器 年 月张志宏 等:隔离开关自动转换装置设计件 其 原 理 为 通 过 电 感 电 容()振荡电路产生一定强度的磁场利用金属物体的距离远近产生感应电流 从而衰减振荡 再通过换能器转换为电能至电子测量电路输出开关量信号 电磁原理当电感式接近开关检测线圈通电后 当有目标金属物逐渐靠近时 内部的磁场变化会产生涡流效应 使其等效复阻抗产生变化从而输出相关信号 涡流效应等效电路如图 所示图 涡流效应等效电路图 图 中 电感式接近开关检测线圈的等效电感和电阻为 和 目标金属物等效电感和电阻为 和 二者间互感为 由基尔霍夫定律得出:()式中:为检测线圈电流 为目标金属物电流 为激励电压源 为角频率二者形成的激励线圈复阻抗为:()结合式()和式()可知:()随着检测线圈与目标金属物间的距离变化 二者互感也随之变化 其表达式为:()式中:()为二者间耦合系数 随着目标金属物的接近 逐渐增大 激励线圈复阻抗 也随之变化 反之 趋近于 激励线圈复阻抗无限趋近于检测线圈本身阻抗 根据上述分析可知 激励线圈复阻抗与接近距离呈函数关系 通过检测其变化可测得目标金属物的接近距离 工作原理电感式接近开关的结构如图 所示 其能量转换原理如图 所示图 电感式接近开关结构图 图 电感式接近开关原理图 对目标金属物的接近距离进行检测会改变检测线圈的电感量 使其固有的 振荡电路参数发生变化 且参数变化会通过电子测量线路中的高频起振器、幅值比较器和开关输出电路使电感式接近开关将磁场信号转换成电信号 输出模拟量和开关量信号从而控制电路通与断 其特点是能实现非接触控制 同时具有使用寿命长和可频繁操作等特点 且可移动性强 能满足被测隔离开关试品品种多样性的使用特点通过对电感式接近开关的研究 隔离开关自动转换装置中的制动装置采用高可靠性的电感式接近开关 自动转换驱动设计 自动转换驱动的原理自动转换驱动是利用电容分相的原理控制电动机正向和反向转动 从而使被测隔离开关闸自动分合 其电容分相的原理为:在所需电机的定子中增加启动绕组 并在启动绕组中串接一个电容 此电容容量应满足启动绕组和电动机主绕组电流相位差是 的要求 若改变电动机的转天津理工大学学报第 卷 第 期向 只需将任意一组绕组出线端反相连接即可图 为电容分相电动机的接线图 图 为电容分相向量图图 电容分相电动机接线图 图 电容分相向量图 经过原理分析和实际试验对比 最终采用金属化聚丙烯薄膜电容器 电压为交流 电容容量为 即可满足电动机转动要求又具有经济耐用的特点 设备应用元器件的选型 主回路控制器件工作环境为:用于交流 额定电压 工作电流 工作特点为:需提供可靠的远程和就地操作指令 具有能频繁操作接通和分断控制信号电流电气寿命 同时 需考虑最大承载能力 满足电动机启动电流大与负载类型不同 启动时间长短不定的复杂因素选择使用施耐德电气 交流接触器 具体性能指标如表 所示 其中 执行的国际标准为国际电工委员会()表 接触器性能指标 执行标准额定绝缘电压/防护等级环境温度/阻燃性能/符合 控制回路控制器件结合上述两种制动原件工作原理、使用特点及电机启动电流等因素和文中设计自动转换装置用于检测试验的专业特性 使用施耐德电气 瞬时辅助触点模块和 电磁式继电器 控制接近开关状态和指示灯状态 采用 /电感式接近开关作为制动 元 件 其 中 施 耐 德 电 气 性能指标如表 所示表 辅助触点性能指标 额定接通能力/额定绝缘电压/约定发热电流/额定短时耐受能力 自动模式时间控制器件根据试验设计要求 当装置实现连续自动转换时 需时间控制器件掌控转换时间次数 文中的设计使用时间继电器作为自动模式下连续转换的时间控制器件 参照辅助回路工作环境的参数要求 选用 型号时间继电器其性能指标如表 所示 其中 触点类型为常开触点()常闭触点()表 时间继电器性能标 额定工作电压/触点额定电流/延时范围触点类型数量 通过对参与试验的装置反复研究与测试 制作出基于开关电源和电机控制技术的操作电路 如图 和图 所示 设计中自动转换驱动是利用电容分相的原理控制电动机正向和反向转动 从而使被测隔离开关闸自动分合 年 月张志宏 等:隔离开关自动转换装置设计图 自动转换装置电控电路图 图 自动转换装置电控端子接线图 结论 通过对电感式接近开关的深入研究 隔离开关自动转换装置中的制动装置采用高可靠性的电感式接近开关 其自动转换驱动是利用电容分相的原理控制电动机正向和反向转动 从而达到使被测隔离开关分合闸的自动操作 依据国家标准/低压开关设备和控制设备 第 部分 研制了隔离开关自动转换装置 实际产品试验结果表明:所设计的隔离开关自动转换装置提高了试验的稳定性和可靠性 保障了试验操作人员的人身安全和试验线路的设备安全 为生产企业进行产品自我研发论证提供了参考参 考 文 献朱文灏 陈雷.低压终端隔离开关的可靠性改进.电气开关 ():.董文华.一种改进型低压隔离开关.山东工业技术 ():.刘殷.基于接近开关的马达旋转角度及速度测量研究.仪表技术 ():./低压开关设备和控制设备.赵玉银.远距离电感式接近开关的实现.扬州 扬州大学.张聘 陈小青.自动转换开关电器应用常见问题探讨.低压电器 ():.王仁彪 张祖峰 于晓.基于 自适应动态滤波的天津理工大学学报第 卷 第 期物料提升机定位系统设计.天津理工大学学报 ():.张志宏.浅析低压电器温升试验专用热电偶的制作/第 届、网络、电子信息技术、仪器仪表创新学术会议 天津:.刘教民 杜巍 王震洲 李永刚.隔离开关熄弧模型对特快速暂态过电压的影响.河北工业大学学报 ():.冯上朝.青连高铁 边坡滑坡稳定性预测研究.天津理工大学学报 ():./低压开关设备和控制设备 第 部分:接触器和电动机起动器 机电式接触器和电动机启动器(含电动机保护器).毛程倩 邓永坚 余新官.基于 磁阻传感器的车位检测装置.天津理工大学学报 ():.平振凤.电工产品认证用标准使用手册.北京:中国标准出版社.丁冰晓 肖霄 李杨民.大行程并联三自由度柔性微操作平台的设计.天津理工大学学报 ():.齐亚楠 张志宏 于宝生.数字相位计的量程自动转换系统设计.天津理工大学学报 ():.作者简介:张志宏()男 工程师 硕士 研究方向:低压电器 电气自动化检测等: