面向21世纪的低压电器新技术

ranet和Internet等通讯，其下端延伸到工业控制现场区域。这方面有西门子公司的AS接口和罗克威尔公司的Devicenet两种总线系统，这两种总线应用于低层区域，是一种低成本的通信连接，它把工业控制用的传感器和执行器，包括：限位开关、光电传感器、电动机起动器、按钮指示灯、多功能继电器等简单的控制元件作为从设备连接到网络，与作为主设备的控制计算机或可编程逻辑控制器（PLC）进行通信，传统的继电接触控制系统的触点转换信息变成二进制数字信息通过串行接口和寻址进行通信，这使传统的低压控制元件也有了革命性的变革，例如西门子AS总线系统中应用的Logo多功能继电器实际上是一个小型的PLC，它能起延时、闩锁、记数器和脉冲继电器等功能。

　　 使智能电器进一步实现信息化，是使智能电器在现场级实现Internet/Intranet功能，其技术核心是实现TCP/IP协议。把TCP/IP协议嵌入到智能电器的ROM中，使得信号的收发都以TCP/IP方式进行，进一步发展智能电器的信息化功能。利用Internet/intranet功能，不但使企业的网络授权用户，并且在任何开通了Internet的地区都可以通过浏览共享现场信息，并对现场的智能电器进行远程在线控制、编程、和组态等，这使智能化电器进入了信息电器的新时代。

　　低压电器的一个重要功能是通断能力，近年来智能电器发展的另一途径是通过微处理器的智能控制来提高电器的通断性能。一个令人关注的新动向是金钟–默勒公司开发的新一代DIL-M系列接触器，在它185A以上电流等级中采用了智能控制技术。接触器闭合时触头的磨损主要是由于触头弹跳造成的断续电弧而引起的，在AC-3工作任务下接触器要在额定电压下闭合6倍额定电流，因而它是影响触头电气寿命的主要因素。DIL-M系列智能控制接触器的电磁铁线圈由一脉冲整流电压供电，可以按照存储在微处理器中的一个与反力特性配合最佳的吸力特性曲线来调节线圈电流，在接触器吸合阶段输入宽脉冲电压，使主触头安全可靠地吸合，在保持阶段将输入窄脉冲电压，在足够保持触头闭合条件下节能。由于采用了智能控制，这种接触器在节省触头材料条件下，电气寿命可达到1.3X106次，采用了智能控制，不同规格的接触器，其电磁系统的截面等几何尺寸一致，给生产上带来了方便和节约，从而补偿了由于电子控制带来的额外支出。

　　智能化电器的发展，使电磁兼容性EMC变成越来越重要的问题。EMC要求包括两种含义，一方面要求低压电器在使用场合工作时，不受外界电磁干扰而引起误动作，而另一方面要求电器的操作产生的电磁场不干扰附近的电子设备。目前国外对智能化电器和机电一起化产品的EMC问题非常重视，因为电磁干扰会引起这类系统失灵而误动作，会造成巨大的经济损失。智能化电器和其保护、监护系统把敏感的数字电器元件处于强电流及高电压电磁场中，使这些设备的电磁抗干扰能力在设备设计和运行中已成为不可忽视的因素，因而在国外智能化电器和其系统在设计初始阶段即制定严格的电磁兼容控制与管理计划，该计划主要包括产品或系统EMC分析，制定EMC设计技术指标、设计计划、标准、实施计划与测试方法等，并把这一计划作为产品或系统设计的重要一环。EMC分析和设计是为了达到EMC技术要求的关键工作，包括分析电子线路的辐射程度及抗干扰能力以及系统集成的电磁兼容性能，EMC设计包括电磁屏蔽，接地，导线间距的确定，以及考虑印刷电路板布线之间的电磁耦合等，目前随着高频电磁场数值分析和计算机硬年的发展，采用现代仿真技术取代传统的测试方法和经验分析方法，已在EMC分析中起越来越大的作用。
二、仿真技术与虚拟电器

　　近年来国内工厂和设计院所纷纷引进如UGH、Pro/E等三维计算机辅助设计软件，这类软件能实现在三维空间内零部件和实体造型、装配和自动生成工程图纸，并且按照设计的零部件自动进行模具设计和生成数控编码。这些软件使国内低压电器设计工作上了一个新的台阶，但进一步要使产品设计满足原始技术条件的要求，达到预定的电气和机械性能，则需要采用仿真技术。

　　进行一个低压电器产品的设计，当根据给定的技术条件，确定了产品初步设计方案和尺寸后，必须进行工程分析或样机实验，来验证设计方案是否附合原订技术要求。长期以来人们用传统的工程计算方法进行特性分析，精度很差，特别是作为低压开关电器的主要特性，即开断特性无法计算，因而人们不得不依靠样机制造和实验验证来检验设计方案的可行性，这样做法要花费大量人力和物力，并使得产品开发周期拉长，影响新产品的市场竞争力。

　　为了解决上述问题，近年来计算机摸拟和仿真技术得到快速发展，依靠这种新技术，人们可以在样机制作以前就能精确掌握设计产品的性能，减少了重复样机制作和实验费用，加快了产品开发周期，并提高了产品性能，这是当前低压电器产品开发手段现代化的重要内容。

　　低压电器的基本特性包括开断能力、温升、零部件的强度、电动稳定和热稳定、绝缘性能及其它电气性能等。这就需要对设计对象的电磁场、应力场、磁场等物理场域进行仿真和分析。

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