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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于摩西效應(yīng)的新型雙流體斷路器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本裝置由主體和副體兩部分組成，其中主體部分包括由固態(tài)電極和封裝外殼構(gòu)成的密閉腔體，腔體內(nèi)分層次的充有導(dǎo)電流體和磁性流體。副體部分由磁場(chǎng)發(fā)生裝置和輔助裝置組成。 電路正常情況下，導(dǎo)電流體與固態(tài)電極連通，電路正常導(dǎo)通。當(dāng)電路故障發(fā)生時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置被觸發(fā)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁性流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體與固態(tài)電極分離，實(shí)現(xiàn)斷路作用。當(dāng)故障排除后，通過(guò)遠(yuǎn)程控制裝置可以遠(yuǎn)程恢復(fù)電路。
- 詳細(xì)介紹：
- 本發(fā)明涉及一種利用導(dǎo)電流體和磁性流體的新型雙流體斷路器，其利用在外部磁場(chǎng)中兩種流體密度、磁化率的不同，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制外部磁場(chǎng)達(dá)到控制二元流體的界面形變的效果，即通過(guò)控制外部磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路接通與斷開(kāi)的控制。 本裝置由主體和副體兩部分組成，其中主體部分包括由固態(tài)電極和封裝外殼構(gòu)成的密閉腔體，腔體內(nèi)分層次的充有導(dǎo)電流體和磁性流體，其中磁性流體在上部，導(dǎo)電流體在下部。副體部分由磁場(chǎng)發(fā)生裝置和輔助裝置（副體部分包括故障檢測(cè)裝置、磁場(chǎng)觸發(fā)裝置、操動(dòng)裝置以及遠(yuǎn)程控制裝置等）組成。 將本裝置的主體部分接入受控電路，電路正常情況下，導(dǎo)電流體與固態(tài)電極連通，電路正常導(dǎo)通。當(dāng)電路故障發(fā)生時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置被觸發(fā)產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，磁性流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體與固態(tài)電極分離，實(shí)現(xiàn)斷路作用，起到了對(duì)電氣設(shè)備的有效保護(hù)。當(dāng)電路故障排除后，可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程恢復(fù)電路的功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究目的： 傳統(tǒng)斷路器采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和觸點(diǎn)構(gòu)成的固相接觸，此類接觸形式易導(dǎo)致接觸表面發(fā)生熔焊、侵蝕等問(wèn)題，甚至可能造成觸點(diǎn)被燒死粘結(jié)，導(dǎo)致斷路器在電路故障發(fā)生時(shí)不跳閘，這使電力系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的安全隱患。為解決上述問(wèn)題，本作品提出一種利用導(dǎo)電流體與磁性流體的新型斷路器，此種斷路器采用導(dǎo)電流體與固態(tài)電極的固液接觸形式取代傳統(tǒng)斷路器中的固相接觸形式。 基本思路： 增強(qiáng)摩西效應(yīng)是基于二元弱磁性物質(zhì)在強(qiáng)磁場(chǎng)下產(chǎn)生明顯形變的現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)磁性物質(zhì)在弱磁場(chǎng)下也可以發(fā)生明顯的形變。本裝置正是基于此原理，充分利用磁性流體和導(dǎo)電流體在密度、磁性等方面的差異，通過(guò)磁場(chǎng)有效控制磁性流體及導(dǎo)電流體的形狀和位置變化。當(dāng)電路正常工作時(shí)，導(dǎo)電流體與固態(tài)電極連通。當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，從而吸引磁性流體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使磁性流體驅(qū)動(dòng)導(dǎo)電流體與固態(tài)電極分離，實(shí)現(xiàn)斷開(kāi)故障電路的目的，起到了對(duì)電氣設(shè)備的有效保護(hù)。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.采用導(dǎo)電流體與固態(tài)電極的固液接觸形式，通過(guò)磁場(chǎng)控制磁性流體的形變從而實(shí)現(xiàn)利用磁性流體控制導(dǎo)電流體與固態(tài)電極的連通與斷開(kāi)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電路連通與斷開(kāi)的目的。 2.將本裝置合理地與遠(yuǎn)程控制裝置組配使用，從而使本裝置具備遠(yuǎn)程控制功能，提高了裝置的智能化程度。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.導(dǎo)電流體與磁性流體的物性參數(shù)以及兩種流體具體的體積比例安排。 2.磁場(chǎng)發(fā)生裝置所產(chǎn)生的梯度磁場(chǎng)的具體參數(shù)。 3.所采用的各電路元件的具體參數(shù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 1.采用導(dǎo)電流體與固態(tài)電極的固液接觸形式，取代了傳統(tǒng)斷路器中的固相接觸，因此能有效地避免了觸頭熔焊、侵蝕等問(wèn)題。 2.采用電磁場(chǎng)耦合自動(dòng)控制技術(shù)，將增強(qiáng)摩西效應(yīng)原理應(yīng)用于電流控制領(lǐng)域，并將磁性流體應(yīng)用于電路控制。 先進(jìn)性： 1.多點(diǎn)分?jǐn)嚯娐罚岣吡藬嗦返目煽啃?，而且將可能出現(xiàn)的電弧分割為多段，利于快速熄滅電?。? 2.適配性：易于與其他裝置組配形成集成化裝置，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能； 3.對(duì)受控線路電信號(hào)反應(yīng)靈敏，分?jǐn)嗫焖?；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低，造價(jià)低廉，操作方便，可反復(fù)使用，使用壽命長(zhǎng)，易于批量化生產(chǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 暫無(wú)
作品所處階段
- 目前已研制出產(chǎn)品原型，現(xiàn)已與相關(guān)電氣公司進(jìn)行本裝置的共同研發(fā)，即將投入批量化生產(chǎn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫未定。
作品可展示的形式
- 1.實(shí)物產(chǎn)品；2.現(xiàn)場(chǎng)演示；3.圖片；4.錄像。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 將本裝置接入受控電路中，使用方法如下： 1.通過(guò)施加磁場(chǎng)來(lái)遠(yuǎn)程控制該裝置，實(shí)現(xiàn)受控線路的通斷； 2.受控線路電流發(fā)生過(guò)載或短路時(shí)，觸發(fā)本裝置動(dòng)作，快速切斷受控線路，實(shí)現(xiàn)過(guò)載和短路保護(hù)功能。 本裝置所用磁場(chǎng)的控制信號(hào)與受控線路電流信號(hào)直接聯(lián)系，通過(guò)控制磁性流體和液態(tài)金屬的形變來(lái)控制電路的開(kāi)斷，具備對(duì)線路的過(guò)載和短路的實(shí)時(shí)保護(hù)功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作、反應(yīng)靈敏、功耗低，對(duì)固態(tài)電極侵蝕和磨損小，使用壽命長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。 本裝置所控制的電流交、直流皆可，適用范圍廣泛。既可應(yīng)用于微機(jī)電系統(tǒng)、家庭用電等中小電流領(lǐng)域，也可應(yīng)用于輸配電網(wǎng)、電解鋁等存在大電流的領(lǐng)域。 本裝置與現(xiàn)有相關(guān)裝置相比，易于制造、造價(jià)低廉、性能穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。隨著越來(lái)越普及的各種電器設(shè)備的使用，以及對(duì)斷路器開(kāi)斷性能、自動(dòng)化、智能化要求的不斷提高，該裝置將顯現(xiàn)出價(jià)格和性能優(yōu)勢(shì)，可全部或部分替代現(xiàn)有的相關(guān)產(chǎn)品，適于在較大范圍內(nèi)推廣使用，預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生比較可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 近年來(lái)，電路保護(hù)裝置在電子和電氣各領(lǐng)域也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，品種也越來(lái)越多。下面對(duì)和本發(fā)明相關(guān)的電路保護(hù)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)予以闡述。 我國(guó)目前生產(chǎn)量最大的斷路器是少油斷路器。在高電弧下,變壓器油容易爆炸,有火災(zāi)的危險(xiǎn)。另外,少油斷路器用油量少,油易于劣化,檢修周期短,不適合頻繁操作。應(yīng)用較為廣泛的電磁開(kāi)關(guān)是電磁接觸器和過(guò)負(fù)荷繼電器的組合，主要有電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)和磁力線圈組成，磁力線圈的作用是用電磁力來(lái)操縱嚙合器和電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)工作的。然而，目前廣泛使用的開(kāi)關(guān)主要由機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件和觸點(diǎn)構(gòu)成，這種依賴于固相聯(lián)系的機(jī)械式開(kāi)關(guān)，容易磨損，在固相接觸表面易發(fā)生侵蝕現(xiàn)象，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)或繼電器的短路，所以這類開(kāi)關(guān)使用壽命不長(zhǎng)，保護(hù)時(shí)間慢，工作可靠性不高。大量事實(shí)證明，由于電線短路導(dǎo)致電氣火災(zāi)事故頻發(fā)的根本原因是空氣開(kāi)關(guān)不跳閘?？諝忾_(kāi)關(guān)拒動(dòng)的主要原因是觸點(diǎn)被燒死粘結(jié)或者脫扣機(jī)構(gòu)卡死。普通的電流開(kāi)關(guān)在一些特定的危險(xiǎn)環(huán)境中的應(yīng)用受到限制。而且，隨著環(huán)境污染日漸嚴(yán)重和核工業(yè)迅速發(fā)展，希望有一種能夠遠(yuǎn)程控制、高效、能源潔凈的控制器件，用來(lái)控制危險(xiǎn)領(lǐng)域的電流量。 利用液態(tài)金屬設(shè)計(jì)斷路和限流裝置已逐漸受到本領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)研究人員的關(guān)注，DE2652506公開(kāi)了一種電氣的具有液態(tài)金屬的電流開(kāi)關(guān)。該裝置所用液態(tài)金屬通過(guò)機(jī)械排擠進(jìn)入接觸間隙，并通過(guò)電流的收縮效應(yīng)被穩(wěn)定和固定于接觸間隙中。液態(tài)金屬混合物可潤(rùn)濕固態(tài)電極，減少接觸阻抗。然而該裝置固體電極之間的電弧在液態(tài)金屬中可造成氧化，且相對(duì)來(lái)說(shuō)，造價(jià)較為昂貴。CN1820338A專利公開(kāi)了一種用于限流或斷路的方法和裝置，液態(tài)金屬通過(guò)介電流體驅(qū)動(dòng)在不同的位置移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電路的通斷，該裝置可以可逆的限流和斷流，具備較快的反應(yīng)時(shí)間。其缺點(diǎn)是，此裝置的必須有嚴(yán)格的氣密性，并且分解產(chǎn)物和在驅(qū)動(dòng)流體中的氣泡造成固體電極老化以及氣體噴射等問(wèn)題并未得到很好的解決。 當(dāng)今世界各國(guó)制造廠和研究單位除在不斷努力改進(jìn)電路保護(hù)裝置的性能外，還隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，促進(jìn)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)備向自動(dòng)化、智能化和小型化方向邁進(jìn)，以滿足我國(guó)盡快達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平而成為世界電力大國(guó)的要求。目前，運(yùn)用新的原理和方法設(shè)計(jì)出安全、易操作、性能穩(wěn)定、能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，并且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的電路保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已成為該領(lǐng)域科技工作者的研究熱點(diǎn)。
