面向21世纪的低压电器新技术(4)
2014-05-17 01:15
导读：计算机图形技术的发展，一种新的三维机交互式图形技术，即虚拟现实（Virtual reality）技术的出现，给计算机仿真技术的发展，开辟了新的天地，虚拟现实
计算机图形技术的发展，一种新的三维机交互式图形技术，即虚拟现实（Virtual reality）技术的出现，给计算机仿真技术的发展，开辟了新的天地，虚拟现实与传统的交互式三维图形技术不同，后者操作者是在计算机外的现实世界操作计算机的图形，而前者则可让操作者进入计算机里的虚拟世界亲临其境地进行操作，把这种技术和计算机仿真相结合就可以在计算机内设计产品，这种产品我们称为虚拟产品，设计者可以在“虚拟”环境中对产品进行仿真和优化，这是计算机仿真技术的发展方向。长期以来，我国低压电器产品往往是把各所和工厂有关技术人员集中在一处，进行联合设计，这种方式使大多数设计人员脱离本厂的环境而造成诸多不便。90年代以来出现的计算机协同设计CSCD（Computer Supported Cooperative Design）技术，可提供远程异地协同设计的环境，它是基于Internet而实现的一种群体设计的新概念，最近国外的计算机辅助设计软件如PRO/E和Internet等已新增了这方面的功能。依靠这种技术，人们可以在不同地点通过Internet共同讨论设计方案，绘制和修改设计图纸。
三、环保电器
随着工农业的，环境保护日趋严重，这对大量使用的低压电器提出新的要求。低压电器中几近80%的材料是塑料，因而对这些材料来说，一方面要保证长的寿命和电器本身的工作可靠性，还应考虑环保要求，即无污染，并且可以回收。不含CFC或卤素的阻燃的塑料已得到推广和。
长期以来由于AgCdO有较好的耐电弧侵蚀能力，因而在低压电器、特别是作为控制电器的触头材料得到广泛应用。但近年来由于AgCdO材料有毒，从环保要求出发，以AgSnO2代替AgCdO材料已经得到推广。但AgSnO2的触头温升过高，一直是一个关键技术问题。目前国际上一些触头材料生产厂都在如何通过加入添加剂来阻止触头表面SnO2膜的生成来降低触头温升。德国DegussaAG公司推出以WO3和BiO3两种材料复合作为添加剂的AgSnO2SPWIII新牌号材料，不但有与AgCdO相接近的温升，并且在抗电弧侵蚀及抗熔焊性能上较老的牌号AgSnO2材料有较大的提高。
采用真空技术与电力技术是解决环保电器的重要途径。目前真空技术在中压开关领域已具统治地位，在低压开关领域近几年也有很大的发展。真空中不存在气体，在开断故障电路时仅能产生能量较少的金属蒸汽电弧，其强度、燃弧时间和对触头的烧蚀都比空气中少，因而真空开关是不需要维护的。从环保的角度来看，真空开关的触头系统是封闭在真空管壳中，触头开断时产生的电弧不会环境，因而它可以工作在苛刻的不利的工作环境下。在低压电器领域中，尽管它的价格比一般空气中灭弧的开关电器的价格要高，但它的优良性能和环保作用已越来越引起人们的关注。原先真空接触器一般用于特殊环境下，目前由于真空技术的进展、真空技术的应用已推广至通用的接触器。最近，德国金钟–默勒公司新推出的接触器系列，其额定电流580A至820A的规格采用了真空接触器。这种接触器有非常高的电器寿命，并且由于没有飞弧，需要的安装空间少，外壳的视窗便于观察触头的磨损情况。真空技术也应用于低压断路器，西门子公司于九十年代中期首先推出了3WS1真空低压断路器，其额定电流是630A至2500A，开断能力达50KA。目前国内研究单位和工厂也正积极开发这种产品，主要目标是提高其额定电流和开断能力。
由于电力电子技术的发展，新型电子器件如GTO，GTR及IGBT等第三代大功率半导体开关器件的出现，固态无触点开关近年来也得到很大的发展。与机械式开关相比较，它是一种无电弧开关，因而它有很长的寿命，并且不需要维护，从环保角度来看，一方面因为没有电弧，不会因为电弧引起触头材料和塑料气化而污染环境，另一方面也不会因为环境污染而使触头上产生氧化膜而影响接触可靠性。由于没有触头，机械式开关因电弧的作用使触头发热现象也不存在，这样无触点开关的操作频率可达到很高，固态断路器由于工作过程中的损耗大，并且缺乏足够额定电压和电流的功率电子器件，加上体积大、价格高，因而限制了它的应用。但近十年来的研究工作使它的缺点逐步在克服，Takamu【2】提出了一种混合式固态断路器，它应用于400V的低压线路，主回路由可关断晶闸管GTO与真空开关并联组成，以保证在正常工作时由真空开关接通电路，以减少GTO的功率损耗。带灵敏继电器的固态断路器线路中应用了一种快速反应的过流保护，去降低短路电流对晶闸管GTO的过热作用，当线路发生故障时，过流继电器送出的信号同时打开真空开关和接通GTO装置，真空开关上出现的电弧电压把故障电流转移到GTO回路中。紧接着，GTO快速关断，使断路器开断故障电流，这种线路减轻GTO的负担取决于灵敏继电器的快速动作。另一线路由Brice【3】等提出，把混合式固态断路器与聚合物限流电阻PTC结合起来。PTC是一种具有正温度特性的热敏元件，其反应速度非常快，当温度上升至居里温度，它的电阻就急剧增大，以限制短路电流。带PTC的固态断路器，PTC限流电阻与GTO装置相串连，当开断故障电流时，依靠PTC的限流作用，减轻了GTO装置的负担。在以上两种固态断路器中，金属氧化物避雷器和吸收电路是用于吸收GTO通断时的过电压。
