电器在工作过程中涉及到电、磁、光、热、力、机械、材料、电接触、可靠性等方面的原理与技术。电、磁、光、热、力、机械等能量的转换规律大多是非线性的,许多现象是一种瞬态过程,使得低压电器的理论分析、产品设计、性能检验变得极为复杂。在分析与设计低压电器产品时,除采用低压电器传统理论基础:电接触理论、电弧理论、发热与电力理论、电磁机构理论等进行必要的理论推导、分析计算之外,还使用了大量的经验数据。因此要设计出性能优良、价格合理的低压电器产品十分困难。
低压电器是用于交流电压至1200V,直流电压至1500V的电路中起通断、控制或保护等作用的电器。低压电器按其控制对象可分为:低压控制电器和低压配电电器;根据其工作条件或使用环境条件可分为:一般工业企业通用低压电器和特殊用低压电器(包括:牵引低压电器、船用低压电器、矿用低压电器、航用低压电器、热带型低压电器、高原低压电器)。
低压电器基本上包括12类产品:即刀开关和转换开关、熔断器、断路器、控制器、接触器、起动器、控制继电器、主令电器、变阻器、调整器、电磁铁。低压电器是电器工业的重要组成部分,在机械行业中是基础配套件,在配电系统中低压成套开关设备主要由各种低压电器元件构成,低压电器元件的功能及性能对低压成套开关设备起着至关重要的作用。发电设备所发出电能的80%以上是通过低压电器分配使用的。每增加1万kW发电设备,约需4万件左右的各类低压电器元件与之配套。在工业系统中,也需要由低压电器构成的各种控制屏、控制台、控制器等。
2.低压电器的发展
低压电器技术的发展决定了低压电器产品的发展。
(1)我国低压电器产品的发展历程
近年来,我国低压电器行业出现了巨大的变化,低压电器产品发展到了一个崭新的阶段。我国低压电器产品的发展大致可分为以下三个阶段:20世纪60~70年代初,在模仿基础上设计开发的diyi代统一设计产品。以CJ10、DW10、DZ10、JR16B等产品为代表,产品结构尺寸大、材料消耗多、性能指标不理想、品种规格不齐全。20世纪70~80年代,是在更新换代和引进国外先进技术制造的第二代产品。以CJ20、DW15、DZ20、ME、AE、EWE、AH、B、3TB等产品为代表,技术指标明显提高,保护特性较完善,体积缩小,结构上适应成套装置要求,是我国低压电器的支柱产品。20世纪90年代,跟踪国外新技术新产品自行开发试制新产品,以DW40、DW45、DZ40、S、CJ40、M、F、3TF等产品为代表,产品性能优良、工作可靠、体积小、电子化、智能化、组合化、模块化、组合化、模块化、多功能化,总体技术性能达到或接近国外20世纪80年代末~90年代初水平。虽然已有技术含量较高的第三代电器产品出现,但其市场占有率仅在10%以内。为了尽快提高我国的电力系统、自动控制系统、自动监测系统的自动化水平,必须大力发展第三代电器产品,淘汰和改善老产品,使电器产品在研制、开发、生产、检测各阶段实现全面飞跃。
(2)低压电器行业发展现状
我国低压电器工业自1949年后,在一些修理、装配简单电器工厂的基础上逐步发展成能独立设计、生产的行业,到1979年共有生产企业600多家,总产量3053万台,产值12.1亿元。经过1985~1986年、1990~1991年两个发展高峰,1995年低压电器行业已有生产企业约2000家,年产值80亿元(其中机床电器约15~20亿元),年产5亿台件各类低压电器产品。资料显示:低压电器行业工业总产值为53.2亿元,工业增加值为9.1亿元,产品销售收入为48.6亿元,利润为2.5亿元,出口交货值3.4亿元。目前我国低压电器制造企业主要集中在北京、天津、辽宁、上海、江苏、浙江、广东等地,在促进国民经济发展的同时,也暴露出许多问题。主要有以下两点:企业规模偏小,且数量过多。目前我国低压电器生产企业中,年销售收入和总资产均在5亿元以上的大型企业只有2~4家,绝大多数都是中小企业,导致企业缺乏规模经济和竞争力;而且,我国低压电器生产企业由建国初期的600多家,发展到现今的2000多家,企业数量过多,导致经济资源过于分散,缺乏效率。
区域结构趋同,重复建设严重。我国低压电器行业由于盲目上项目、铺摊子,地区产业趋同化现象严重,低水平重复建设,造成产品生产过剩、能源、原材料利用率低、经济效益低下以及地区保护、恶性竞争等后果。
(3)低压电器产品的设计方法及其发展
低压电器产品的设计过程十分复杂。要设计一台性能优良、工作可靠、价格合理的低压电器开关产品,必须经过电气特性与机械特性的反复计算与研究。即使这样,设计计算参数与产品实际性能,仍然会有很大差距,必须通过反复的试验验证。因此低压电器产品开发周期长、资金投入大。低压电器的设计过程如图1所示。
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