基本信息
- 項目名稱：
- 基于摩西效應(yīng)的新型雙流體斷路器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 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)分層次的充有導電流體和磁性流體。副體部分由磁場發(fā)生裝置和輔助裝置組成。 電路正常情況下，導電流體與固態(tài)電極連通，電路正常導通。當電路故障發(fā)生時，磁場發(fā)生裝置被觸發(fā)產(chǎn)生磁場，磁性流體在磁場中運動，從而驅(qū)動導電流體與固態(tài)電極分離，實現(xiàn)斷路作用。當故障排除后，通過遠程控制裝置可以遠程恢復電路。
- 詳細介紹：
- 本發(fā)明涉及一種利用導電流體和磁性流體的新型雙流體斷路器，其利用在外部磁場中兩種流體密度、磁化率的不同，從而實現(xiàn)通過控制外部磁場達到控制二元流體的界面形變的效果，即通過控制外部磁場實現(xiàn)對電路接通與斷開的控制。 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)分層次的充有導電流體和磁性流體，其中磁性流體在上部，導電流體在下部。副體部分由磁場發(fā)生裝置和輔助裝置（副體部分包括故障檢測裝置、磁場觸發(fā)裝置、操動裝置以及遠程控制裝置等）組成。 將本裝置的主體部分接入受控電路，電路正常情況下，導電流體與固態(tài)電極連通，電路正常導通。當電路故障發(fā)生時，磁場發(fā)生裝置被觸發(fā)產(chǎn)生梯度磁場，磁性流體在磁場中運動，從而驅(qū)動導電流體與固態(tài)電極分離，實現(xiàn)斷路作用，起到了對電氣設(shè)備的有效保護。當電路故障排除后，可以通過遠程控制裝置實現(xiàn)遠程恢復電路的功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 研究目的： 傳統(tǒng)斷路器采用機械運動部件和觸點構(gòu)成的固相接觸，此類接觸形式易導致接觸表面發(fā)生熔焊、侵蝕等問題，甚至可能造成觸點被燒死粘結(jié)，導致斷路器在電路故障發(fā)生時不跳閘，這使電力系統(tǒng)存在著嚴重的安全隱患。為解決上述問題，本作品提出一種利用導電流體與磁性流體的新型斷路器，此種斷路器采用導電流體與固態(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： 增強摩西效應(yīng)是基于二元弱磁性物質(zhì)在強磁場下產(chǎn)生明顯形變的現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)，強磁性物質(zhì)在弱磁場下也可以發(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電流體在密度、磁性等方面的差異，通過磁場有效控制磁性流體及導電流體的形狀和位置變化。當電路正常工作時，導電流體與固態(tài)電極連通。當電路發(fā)生故障時，磁場發(fā)生裝置產(chǎn)生梯度磁場，從而吸引磁性流體運動，進而使磁性流體驅(qū)動導電流體與固態(tài)電極分離，實現(xiàn)斷開故障電路的目的，起到了對電氣設(shè)備的有效保護。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.采用導電流體與固態(tài)電極的固液接觸形式，通過磁場控制磁性流體的形變從而實現(xiàn)利用磁性流體控制導電流體與固態(tài)電極的連通與斷開，進而實現(xiàn)控制電路連通與斷開的目的。 2.將本裝置合理地與遠程控制裝置組配使用，從而使本裝置具備遠程控制功能，提高了裝置的智能化程度。 主要技術(shù)指標： 1.導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.磁場發(fā)生裝置所產(chǎn)生的梯度磁場的具體參數(shù)。 3.所采用的各電路元件的具體參數(shù)。
科學性、先進性
- 科學性： 1.采用導電流體與固態(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、侵蝕等問題。 2.采用電磁場耦合自動控制技術(shù)，將增強摩西效應(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。 先進性： 1.多點分斷電路，提高了斷路的可靠性，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，能實現(xiàn)遠程控制功能； 3.對受控線路電信號反應(yīng)靈敏，分斷快速；結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，造價低廉，操作方便，可反復使用，使用壽命長，易于批量化生產(chǎn)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 暫無
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.實物產(chǎn)品；2.現(xiàn)場演示；3.圖片；4.錄像。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 將本裝置接入受控電路中，使用方法如下： 1.通過施加磁場來遠程控制該裝置，實現(xiàn)受控線路的通斷； 2.受控線路電流發(fā)生過載或短路時，觸發(fā)本裝置動作，快速切斷受控線路，實現(xiàn)過載和短路保護功能。 本裝置所用磁場的控制信號與受控線路電流信號直接聯(lián)系，通過控制磁性流體和液態(tài)金屬的形變來控制電路的開斷，具備對線路的過載和短路的實時保護功能，結(jié)構(gòu)簡單、易于操作、反應(yīng)靈敏、功耗低，對固態(tài)電極侵蝕和磨損小，使用壽命長，可實現(xiàn)遠程自動控制。 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、造價低廉、性能穩(wěn)定，使用壽命長，易于實現(xiàn)自動化控制。隨著越來越普及的各種電器設(shè)備的使用，以及對斷路器開斷性能、自動化、智能化要求的不斷提高，該裝置將顯現(xiàn)出價格和性能優(yōu)勢，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，預計會產(chǎn)生比較可觀的經(jīng)濟效益。
同類課題研究水平概述
- 近年來，電路保護裝置在電子和電氣各領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用，品種也越來越多。下面對和本發(fā)明相關(guān)的電路保護裝置的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢予以闡述。 我國目前生產(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。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關(guān)是電磁接觸器和過負荷繼電器的組合，主要有電動機開關(guān)和磁力線圈組成，磁力線圈的作用是用電磁力來操縱嚙合器和電動機開關(guān)工作的。然而，目前廣泛使用的開關(guān)主要由機械運動部件和觸點構(gòu)成，這種依賴于固相聯(lián)系的機械式開關(guān)，容易磨損，在固相接觸表面易發(fā)生侵蝕現(xiàn)象，從而導致開關(guān)或繼電器的短路，所以這類開關(guān)使用壽命不長，保護時間慢，工作可靠性不高。大量事實證明，由于電線短路導致電氣火災(zāi)事故頻發(fā)的根本原因是空氣開關(guān)不跳閘?？諝忾_關(guān)拒動的主要原因是觸點被燒死粘結(jié)或者脫扣機構(gòu)卡死。普通的電流開關(guān)在一些特定的危險環(huán)境中的應(yīng)用受到限制。而且，隨著環(huán)境污染日漸嚴重和核工業(yè)迅速發(fā)展，希望有一種能夠遠程控制、高效、能源潔凈的控制器件，用來控制危險領(lǐng)域的電流量。 利用液態(tài)金屬設(shè)計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公開了一種電氣的具有液態(tài)金屬的電流開關(guān)。該裝置所用液態(tài)金屬通過機械排擠進入接觸間隙，并通過電流的收縮效應(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，且相對來說，造價較為昂貴。CN1820338A專利公開了一種用于限流或斷路的方法和裝置，液態(tài)金屬通過介電流體驅(qū)動在不同的位置移動，從而實現(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)時間。其缺點是，此裝置的必須有嚴格的氣密性，并且分解產(chǎn)物和在驅(qū)動流體中的氣泡造成固體電極老化以及氣體噴射等問題并未得到很好的解決。 當今世界各國制造廠和研究單位除在不斷努力改進電路保護裝置的性能外，還隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，促進電力系統(tǒng)的各項設(shè)備向自動化、智能化和小型化方向邁進，以滿足我國盡快達到國際先進水平而成為世界電力大國的要求。目前，運用新的原理和方法設(shè)計出安全、易操作、性能穩(wěn)定、能長期穩(wěn)定工作，并且能實現(xiàn)遠程自動控制的電路保護裝置的開發(fā)和應(yīng)用已成為該領(lǐng)域科技工作者的研究熱點。
