低壓電器開關(guān)的案例
低壓電器電弧理論總結(jié)1
電弧過零后，溫度超過2000K-3000K，電弧還具有一定的導(dǎo)電性，隨后，當(dāng)電弧 輸入能量大于耗散能量，電弧溫度逐漸上升，逐漸點燃；
9. 20世紀(jì)50年代，人們發(fā)現(xiàn)開關(guān)電器開端呈現(xiàn)出電弧時，電弧有個短暫的停滯效應(yīng)；其原 因在于，金屬相電弧轉(zhuǎn)向氣相電弧有一定時間（原因之一）；
10. H.G,Stablein等人提出磁場吹弧的新機理，即橫向磁場能夠在弧柱內(nèi)產(chǎn)生流場，使冷氣流 從電弧前端進(jìn)入從后端流出，帶走熱量；
11. 在觸頭開斷過程，對應(yīng)于電弧停滯時間存在一個電弧開始運動的極限長度，若觸頭打開 長度小于這一間隙，則電弧停滯不動；這一氣隙值幾乎與觸頭開斷速度無關(guān)；
12. 影響觸頭停滯的因素有：1、觸頭區(qū)域的磁場；2、觸頭的開斷速度；3、觸頭材料；4、 滅弧室的結(jié)構(gòu)與器壁材料；5、觸頭形狀和表面情況；
13. 通過實驗，電弧停滯時間隨觸頭分?jǐn)嗨俣群痛磐芏鹊脑黾佣鴾p小；有外加磁場時，電 弧從金屬相電弧變成氣相電弧時間較短；
14. 對于觸頭材料，熔點高的材料，電弧停滯時間較熔點低的材料短；純金屬的電弧停止時 間較非均勻材料的短；
15. 電弧停滯時間也與觸頭表面狀態(tài)有關(guān)：電弧在擦干凈的，粗糙度和多次經(jīng)電弧燒蝕的表 面運動，停滯時間較短；而在光滑的，氧化的和污染的表面運動，停滯時間較長；
16.電弧停滯時間還受滅弧室尺寸的影響：滅弧室尺寸越小，滅弧壓力增加，使電弧運動速度變慢，電弧 停滯時間增長；
17. 產(chǎn)氣材料會冷卻電弧，使電弧變細(xì)，電弧停滯時間變短；
18. 電弧運動速度與磁場強度，電弧長度和直徑的關(guān)系為：增加吹弧磁場B可加速電弧運動，電弧運動速度 還隨電弧長度l的增加和直徑的減小而增大；
19. 引入氣吹后，滅弧柵片之間的距離減小，可增加滅弧柵片的數(shù)量；
20.
展開 SLS 3D打印低壓電器行業(yè)應(yīng)用
塑殼斷路器主要具備三個主要功能：短路瞬時保護(hù)、過載保護(hù)、短路短延時，它是保護(hù)類電器中最基礎(chǔ)的一種電器，使用量大，電氣設(shè)備和電網(wǎng)的運行是否良好取決于塑殼斷路器的可靠性，否則容易發(fā)生問題，導(dǎo)致供電不正常，甚至?xí)﹄娐坊蛴秒娫O(shè)備產(chǎn)生破壞，總成經(jīng)濟損失。
△某型塑殼斷路器
塑殼斷路器種類繁多，結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜，對于電器設(shè)計生產(chǎn)企業(yè)而言，在新型產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階段，往往要采用硅膠覆膜加工，或者CNC加工的方式制作原型件進(jìn)行裝配驗證和功能測試，這些方式周期較長且成本也不低，當(dāng)每年新品種類達(dá)到幾十、上百種時，這些問題將會尤為突出。下面通過分享盈普某終端客戶的使用案例，來說明SLS技術(shù)在低壓電器行業(yè)的部分應(yīng)用。
案例客戶簡介
客戶為全球知名智慧能源解決方案提供商，產(chǎn)品包括配電器、終端電器、電機控制與保護(hù)電器、工業(yè)自動化等，年銷售額超過800億元，業(yè)務(wù)遍及 140 多個國家和地區(qū)。該客戶使用盈普P360激光燒結(jié)系統(tǒng)，搭配PPS零件粉體全性能處理工作站，進(jìn)行各類低壓電器產(chǎn)品的研發(fā)與試制工作。
△客戶現(xiàn)場—盈普P360激光燒結(jié)系統(tǒng)+PPS
產(chǎn)品開發(fā)
該客戶每年新開發(fā)生產(chǎn)的各類電器產(chǎn)品超過1萬件，目前使用盈普P360打印的主要產(chǎn)品為塑殼斷路器外殼與其他結(jié)構(gòu)件。
△客戶使用SLS技術(shù)開發(fā)的某型號塑殼斷路器外殼
△客戶打印的其他結(jié)構(gòu)件
在塑殼斷路器外殼樣件打印完成后，客戶要進(jìn)行裝配驗證和功能測試。
展開 5/27 Ansys低壓電器設(shè)計解決方案
Ansys公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于低壓電器行業(yè)，涵蓋電磁場、結(jié)構(gòu)場、流體場及多物理場等，在整個行業(yè)中擁有眾多的成功案例，能夠幫助用戶實現(xiàn)產(chǎn)品整體設(shè)計優(yōu)化，提升產(chǎn)品品質(zhì)，提高行業(yè)競爭力。本次研討會將通過Ansys全面的解決方案對低壓電器如電磁閥、斷路器等設(shè)計難題做一系列的詳細(xì)講解，助力廣大低頻電磁用戶更好地實現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化，贏得更大市場。
低壓電器基礎(chǔ)知識，非常全面，趕緊收藏！
一、斷路器
低壓斷路器俗稱自動開關(guān)或空氣開關(guān)，用于低壓配電電路中不頻繁的通斷控制。在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分?jǐn)喙收想娐罚且环N控制兼保護(hù)電器。
斷路器的種類繁多，按其用途和結(jié)構(gòu)特點可分為DW型框架式斷路器、DZ型塑料外殼式斷路器、DS型直流快速斷路器和DWX型、DWZ型限流式斷路器等。框架式斷路器主要用作配電線路的保護(hù)開關(guān)，而塑料外殼式斷路器除可用作配電線路的保護(hù)開關(guān)外，還可用作電動機、照明電路及電熱電路的控制開關(guān)。
下面以塑殼斷路器為例簡單介紹斷路器的結(jié)構(gòu)、工作原理、使用與選用方法。
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斷路器的結(jié)構(gòu)和工作
斷路器主要由3個基本部分組成，即觸頭、滅弧系統(tǒng)和各種脫扣器，包括過電流脫扣器、失壓（欠電壓）脫扣器、熱脫扣器、分勵脫扣器和自由脫扣器。
圖1-8是斷路器工作原理示意圖及圖形符號。斷路器開關(guān)是靠操作機構(gòu)手動或電動合閘的，觸頭閉合后，自由脫扣機構(gòu)將觸頭鎖在合閘位置上。當(dāng)電路發(fā)生上述故障時，通過各自的脫扣器使自由脫扣機構(gòu)動作，自動跳閘以實現(xiàn)保護(hù)作用。分勵脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制分?jǐn)嚯娐分谩?過電流脫扣器用于線路的短路和過電流保護(hù)，當(dāng)線路的電流大于整定的電流值時，過電流脫扣器所產(chǎn)生的電磁力使掛鉤脫扣，動觸點在彈簧的拉力下迅速斷開，實現(xiàn)短路器的跳閘功能。
圖1-8 斷路器工作原理示意圖及圖形符號
熱脫扣器用于線路的過負(fù)荷保護(hù)，工作原理和熱繼電器相同。
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常用低壓電器元件基礎(chǔ)知識
時間繼電器也可以理解為定時器，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時間后，它的延時觸點會閉合或分開，常見的有晶體管式、數(shù)顯式、空氣阻尼式
控制變壓器是適用于50/60HZ的交流電路，比較常用的地方機床、機器設(shè)備等等一些電器。指示電源主要是用于控制電源，局部照明等等。變壓器有升壓變壓器、降壓變壓器，它的原理是利用電磁感應(yīng)，只能輸入交流電輸出交流電，不能交流電變直流電
斷路器又叫自動空氣開關(guān)或空開，按級數(shù)分為、單級（1P）、二級（2P）、三級（3P）、四級（4P）等。在電路中，作為電源接通的開關(guān)，接通和分?jǐn)嚯娐罚?dāng)電路發(fā)生短路、過載或失壓等故障時，它能自動跳閘切斷電路，從而保護(hù)線路和用電設(shè)備,斷路器在電網(wǎng)中是一種很重要的保護(hù)電器
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“
ANSYS低壓電器仿真解決方案獨有的、業(yè)界領(lǐng)先的競爭優(yōu)勢有利于企業(yè)便捷、高效、高精度、全面地預(yù)測和改進(jìn)低壓開關(guān)性能，實現(xiàn)從電磁到多物理場耦合設(shè)計、從部件到系統(tǒng)集成化設(shè)計。
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時間繼電器也可以理解為定時器，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時間后，它的延時觸點會閉合或分開，常見的有晶體管式、數(shù)顯式、空氣阻尼式
控制變壓器是適用于50/60HZ的交流電路，比較常用的地方機床、機器設(shè)備等等一些電器。指示電源主要是用于控制電源，局部照明等等。變壓器有升壓變壓器、降壓變壓器，它的原理是利用電磁感應(yīng)，只能輸入交流電輸出交流電，不能交流電變直流電
斷路器又叫自動空氣開關(guān)或空開，按級數(shù)分為、單級（1P）、二級（2P）、三級（3P）、四級（4P）等。在電路中，作為電源接通的開關(guān)，接通和分?jǐn)嚯娐罚?dāng)電路發(fā)生短路、過載或失壓等故障時，它能自動跳閘切斷電路，從而保護(hù)線路和用電設(shè)備,斷路器在電網(wǎng)中是一種很重要的保護(hù)電器
展開 低壓電器電路理論總結(jié)2
低壓斷路器的電弧壓降有兩部分組成，即電弧拉長后的弧柱壓降U1和近極壓降△U，近極壓降為保持電弧陰極電子發(fā)射和陽極帶電粒子收集所必需的電壓降，是陰極壓降Uc和陽極壓降Ua之和，即△U=Uc+Ua，一般為20-25V；
31. 一般小型斷路器采用的柵片數(shù)量為10-20片，小型斷路器常采用單相電路，且電弧電壓幅值為1.414*220V=311V；
32. 對于塑殼斷路器，為了讓電弧順利的進(jìn)入柵片，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)柵片間距需2mm左右，因而受結(jié)構(gòu)上的限制，柵片數(shù)取得較少，一般為6-10片；8片近極壓降為225V，塑殼斷路器用于開端三相電路，電網(wǎng)線電壓幅值可達(dá)1.414*380V=537V；
33. 框架斷路器的柵片數(shù)量一般為15-20片；
34. 對柵片滅弧的低壓塑殼斷路器來說，當(dāng)優(yōu)化設(shè)計滅弧室或選擇新的滅弧結(jié)構(gòu)，往往是同時提高弧柱電壓和短弧電壓；例如采用氣吹結(jié)構(gòu)，氣吹對電弧的冷卻作用，有助于提高弧柱電壓，而氣吹吹動電弧，使電弧能順利的進(jìn)入柵片，提高短弧的分割數(shù)，也提高了短弧電壓；
35. 單向低壓斥開，雙向高壓斥開；
36. 雙向斥開結(jié)構(gòu)的觸頭開距較單向斥開結(jié)構(gòu)有所增加，可以放置更多的柵片，電弧拉長各大，增加了弧柱電壓和短弧電壓；
37. 雙斷點開端的觸頭系統(tǒng)能獲得最佳的限流性能；有平行雙端點和旋轉(zhuǎn)雙端點觸頭系統(tǒng)，后者可降低空間；
38. 雙斷點觸頭系統(tǒng)與氣吹結(jié)合可獲得更佳的分?jǐn)嘈阅埽煌活愑|頭系統(tǒng)，有氣吹的電弧電壓和滅弧室壓力都較無氣吹的高，這說明氣吹使滅弧室壓力上升，促進(jìn)氣吹而冷卻驅(qū)動電弧；
39. 弧隙能否承受恢復(fù)電壓，決定于鞘層和弧柱在過零瞬間的電流密度J，根據(jù)實驗和分析，最大允許電流密度為1mA/cm2；隨著鞘層厚度的增加，擊穿電壓也增加；
40.
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一、斷路器
低壓斷路器俗稱自動開關(guān)或空氣開關(guān)，用于低壓配電電路中不頻繁的通斷控制。在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分?jǐn)喙收想娐罚且环N控制兼保護(hù)電器。
斷路器的種類繁多，按其用途和結(jié)構(gòu)特點可分為DW型框架式斷路器、DZ型塑料外殼式斷路器、DS型直流快速斷路器和DWX型、DWZ型限流式斷路器等。框架式斷路器主要用作配電線路的保護(hù)開關(guān)，而塑料外殼式斷路器除可用作配電線路的保護(hù)開關(guān)外，還可用作電動機、照明電路及電熱電路的控制開關(guān)。
下面以塑殼斷路器為例簡單介紹斷路器的結(jié)構(gòu)、工作原理、使用與選用方法。
>>>>斷路器的結(jié)構(gòu)和工作
斷路器主要由3個基本部分組成，即觸頭、滅弧系統(tǒng)和各種脫扣器，包括過電流脫扣器、失壓（欠電壓）脫扣器、熱脫扣器、分勵脫扣器和自由脫扣器。
下圖1-8是斷路器工作原理示意圖及圖形符號。斷路器開關(guān)是靠操作機構(gòu)手動或電動合閘的，觸頭閉合后，自由脫扣機構(gòu)將觸頭鎖在合閘位置上。當(dāng)電路發(fā)生上述故障時，通過各自的脫扣器使自由脫扣機構(gòu)動作，自動跳閘以實現(xiàn)保護(hù)作用。分勵脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制分?jǐn)嚯娐分谩?/span>
展開 中國低壓電器市場渠道結(jié)構(gòu)細(xì)分解析
未來隨著智能電網(wǎng)等投資建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，低壓電器市場整體規(guī)模將保持平穩(wěn)增長，在蓬勃發(fā)展大環(huán)境的帶動下，中國低壓電器市場的技術(shù)研究和發(fā)展，也會進(jìn)入一個快速通道和良性循環(huán)。
中國低壓電器市場應(yīng)用行業(yè)的細(xì)分模型
低壓電器市場進(jìn)入到一個高增長的正周期。在雙碳、數(shù)字化等趨勢的加持之下，新的電網(wǎng)投資、儲能、能源管理系統(tǒng)，更是為市場的長期成長增添了光環(huán)。
2020年中國低壓電器市場規(guī)模為862個億（僅小型斷路器、塑殼斷路器、接觸器組、框架斷路器、雙電源、隔離開關(guān)、浪涌、熔斷器、終端配電箱、附件）。其應(yīng)用場景非常廣泛，幾乎覆蓋所有的建筑和工業(yè)。按照客戶的大類別，可以劃分為建筑、工業(yè)項目、工業(yè)OEM、電網(wǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施、個人用戶等六大類。
圖4：中國低壓電器市場規(guī)模-用戶行業(yè)細(xì)分-2020（億元）
數(shù)據(jù)來源：格物致勝《中國低壓電器市場白皮書2021》
對于其廣泛的下游應(yīng)用，存在著不同的客戶需求、生意模式和競爭格局。
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一、斷路器
低壓斷路器俗稱自動開關(guān)或空氣開關(guān)，用于低壓配電電路中不頻繁的通斷控制。在電路發(fā)生短路、過載或欠電壓等故障時能自動分?jǐn)喙收想娐罚且环N控制兼保護(hù)電器。
斷路器的種類繁多，按其用途和結(jié)構(gòu)特點可分為DW型框架式斷路器、DZ型塑料外殼式斷路器、DS型直流快速斷路器和DWX型、DWZ型限流式斷路器等。框架式斷路器主要用作配電線路的保護(hù)開關(guān)，而塑料外殼式斷路器除可用作配電線路的保護(hù)開關(guān)外，還可用作電動機、照明電路及電熱電路的控制開關(guān)。
下面以塑殼斷路器為例簡單介紹斷路器的結(jié)構(gòu)、工作原理、使用與選用方法。
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五、 主令電器
主令電器用于在控制電路中以開關(guān)接點的通斷形式來發(fā)布控制命令，使控制電路執(zhí)行對應(yīng)的控制任務(wù)。主令電器應(yīng)用廣泛，種類繁多，常見的有按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)、主令控制器、選擇開關(guān)、足踏開關(guān)等。
>>>>按鈕
按鈕是一種最常用的的主令電器，其結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。
1. 按鈕的結(jié)構(gòu)、種類及常用型號
按鈕由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸點和外殼等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖及圖形符號如圖1-20所示。觸點采用橋式觸點，額定電流在5A以下。觸點又分常開觸點（動斷觸點）和常閉觸點（動合觸點）兩種。
按鈕從外形和操作方式上可以分為平鈕和急停按鈕，急停按鈕也叫蘑菇頭按鈕，如圖1-20（c）所示，除此之外還有鑰匙鈕、旋鈕、拉式鈕、萬向操縱桿式、帶燈式等多種類型。
圖1-20 按鈕結(jié)構(gòu)示意圖及圖形符號
從按鈕的觸點動作方式可以分為直動式和微動式兩種，圖1-20中所示的按鈕均為直動式，其觸點動作速度和手按下的速度有關(guān)。而微動式按鈕的觸點動作變換速度快，和手按下的速度無關(guān)，其動作原理如圖1-21所示。動觸點由變形簧 片組成，當(dāng)彎形簧 片受壓向下運動低于平形簧 片時，彎形簧 片迅速變形，將平形簧 片觸點彈向上方，實現(xiàn)觸點瞬間動作。
小型微動式按鈕也叫微動開關(guān)，微動開關(guān)還可以用于各種繼電器和限位開關(guān)中，如時間繼電器、壓力繼電器和限位開關(guān)等。
展開 電氣控制原理動圖之低壓電器、電動機及控制線路、傳感器
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今天從低壓電器、電動機及控制線路、傳感器及控制原理三部分來分享22張超贊的原理動圖。
MSC電器開關(guān)應(yīng)用案例
整體有限元模型
繼電器內(nèi)簧/片傳遞路徑中各零件的加速度頻率響應(yīng)
繼電器內(nèi)銜鐵傳遞路徑中各零件的加速度頻率響應(yīng)
1035.6Hz 銜鐵傳振路徑加速度
案例2：電器開關(guān)部門樣機費用過高問題
ADAMS 中建造全參數(shù)化的電氣開關(guān)模型，在第一年減低了 6%的研發(fā)費用。
全參數(shù)化電氣開關(guān)模型
設(shè)計模型
案例3：動力學(xué)分析降低高壓電器開關(guān)
反復(fù)設(shè)計投樣成本過高周期過長的問題
在 ADAMS 中對高壓開關(guān)進(jìn)行機構(gòu)動力學(xué)仿真分析，得出了影響開關(guān)使用性能參數(shù)之間的關(guān)系，并對關(guān)鍵參數(shù)、動觸頭的速度進(jìn)行了優(yōu)化，為確定最合理的分閘、合閘時間提供了依據(jù)，提出了一種對高壓開關(guān)進(jìn)行虛擬設(shè)計的有效方法。
虛擬樣機仿真計算結(jié)果
案例4：高壓斷路器操作機構(gòu)的動力學(xué)建模分析
為分析斷路操動機構(gòu)器的擋板位置、摩擦力、彈簧勁度系數(shù)等因素對高壓斷路器動態(tài)性能曲線的影響，建立動力學(xué)虛擬樣機，通過調(diào)教參數(shù)及實驗驗證虛擬樣機的正確性，為高壓斷路器的優(yōu)化設(shè)計、狀態(tài)監(jiān)測及其故障診斷提供理論依據(jù)。
彈簧操作機構(gòu)模型
幾種狀況下動觸頭加速度曲線圖
案例5：含多間隙副特高壓斷路器傳動機構(gòu)動力學(xué)特性研究
為研究間隙對特高壓斷路器傳動機構(gòu)動力學(xué)特性的影響，利用非線性彈簧－阻尼模型模擬了接觸碰撞中的法向力，利用修正的庫侖摩擦力模型模擬了接觸碰撞中的切向力，建立了該機構(gòu)含多間隙副的多體動力學(xué)模型。運用多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件ADAMS，在特定工況下對傳動機構(gòu)的合閘過程進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析。仿真結(jié)果表明，運動副間隙對傳動機構(gòu)位移影響較小，但對速度和加速度影響較大，且隨著間隙增大，這種影響越顯著，機構(gòu)的運動穩(wěn)定性越差。
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