基本信息
- 项目名称：
- 基于摩西效应的新型双流体断路器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本装置由主体和副体两部分组成，其中主体部分包括由固态电极和封装外壳构成的密闭腔体，腔体内分层次的充有导电流体和磁性流体。副体部分由磁场发生装置和辅助装置组成。 电路正常情况下，导电流体与固态电极连通，电路正常导通。当电路故障发生时，磁场发生装置被触发产生磁场，磁性流体在磁场中运动，从而驱动导电流体与固态电极分离，实现断路作用。当故障排除后，通过远程控制装置可以远程恢复电路。
- 详细介绍：
- 本发明涉及一种利用导电流体和磁性流体的新型双流体断路器，其利用在外部磁场中两种流体密度、磁化率的不同，从而实现通过控制外部磁场达到控制二元流体的界面形变的效果，即通过控制外部磁场实现对电路接通与断开的控制。 本装置由主体和副体两部分组成，其中主体部分包括由固态电极和封装外壳构成的密闭腔体，腔体内分层次的充有导电流体和磁性流体，其中磁性流体在上部，导电流体在下部。副体部分由磁场发生装置和辅助装置（副体部分包括故障检测装置、磁场触发装置、操动装置以及远程控制装置等）组成。 将本装置的主体部分接入受控电路，电路正常情况下，导电流体与固态电极连通，电路正常导通。当电路故障发生时，磁场发生装置被触发产生梯度磁场，磁性流体在磁场中运动，从而驱动导电流体与固态电极分离，实现断路作用，起到了对电气设备的有效保护。当电路故障排除后，可以通过远程控制装置实现远程恢复电路的功能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的： 传统断路器采用机械运动部件和触点构成的固相接触，此类接触形式易导致接触表面发生熔焊、侵蚀等问题，甚至可能造成触点被烧死粘结，导致断路器在电路故障发生时不跳闸，这使电力系统存在着严重的安全隐患。为解决上述问题，本作品提出一种利用导电流体与磁性流体的新型断路器，此种断路器采用导电流体与固态电极的固液接触形式取代传统断路器中的固相接触形式。 基本思路： 增强摩西效应是基于二元弱磁性物质在强磁场下产生明显形变的现象，我们发现，强磁性物质在弱磁场下也可以发生明显的形变。本装置正是基于此原理，充分利用磁性流体和导电流体在密度、磁性等方面的差异，通过磁场有效控制磁性流体及导电流体的形状和位置变化。当电路正常工作时，导电流体与固态电极连通。当电路发生故障时，磁场发生装置产生梯度磁场，从而吸引磁性流体运动，进而使磁性流体驱动导电流体与固态电极分离，实现断开故障电路的目的，起到了对电气设备的有效保护。 技术关键： 1.采用导电流体与固态电极的固液接触形式，通过磁场控制磁性流体的形变从而实现利用磁性流体控制导电流体与固态电极的连通与断开，进而实现控制电路连通与断开的目的。 2.将本装置合理地与远程控制装置组配使用，从而使本装置具备远程控制功能，提高了装置的智能化程度。 主要技术指标： 1.导电流体与磁性流体的物性参数以及两种流体具体的体积比例安排。 2.磁场发生装置所产生的梯度磁场的具体参数。 3.所采用的各电路元件的具体参数。
科学性、先进性
- 科学性： 1.采用导电流体与固态电极的固液接触形式，取代了传统断路器中的固相接触，因此能有效地避免了触头熔焊、侵蚀等问题。 2.采用电磁场耦合自动控制技术，将增强摩西效应原理应用于电流控制领域，并将磁性流体应用于电路控制。 先进性： 1.多点分断电路，提高了断路的可靠性，而且将可能出现的电弧分割为多段，利于快速熄灭电弧； 2.适配性：易于与其他装置组配形成集成化装置，能实现远程控制功能； 3.对受控线路电信号反应灵敏，分断快速；结构简单，功耗低，造价低廉，操作方便，可反复使用，使用寿命长，易于批量化生产。
获奖情况及鉴定结果
- 暂无
作品所处阶段
- 目前已研制出产品原型，现已与相关电气公司进行本装置的共同研发，即将投入批量化生产。
技术转让方式
- 暂未定。
作品可展示的形式
- 1.实物产品；2.现场演示；3.图片；4.录像。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 将本装置接入受控电路中，使用方法如下： 1.通过施加磁场来远程控制该装置，实现受控线路的通断； 2.受控线路电流发生过载或短路时，触发本装置动作，快速切断受控线路，实现过载和短路保护功能。 本装置所用磁场的控制信号与受控线路电流信号直接联系，通过控制磁性流体和液态金属的形变来控制电路的开断，具备对线路的过载和短路的实时保护功能，结构简单、易于操作、反应灵敏、功耗低，对固态电极侵蚀和磨损小，使用寿命长，可实现远程自动控制。 本装置所控制的电流交、直流皆可，适用范围广泛。既可应用于微机电系统、家庭用电等中小电流领域，也可应用于输配电网、电解铝等存在大电流的领域。 本装置与现有相关装置相比，易于制造、造价低廉、性能稳定，使用寿命长，易于实现自动化控制。随着越来越普及的各种电器设备的使用，以及对断路器开断性能、自动化、智能化要求的不断提高，该装置将显现出价格和性能优势，可全部或部分替代现有的相关产品，适于在较大范围内推广使用，预计会产生比较可观的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 近年来，电路保护装置在电子和电气各领域也得到越来越广泛的应用，品种也越来越多。下面对和本发明相关的电路保护装置的发展现状和趋势予以阐述。 我国目前生产量最大的断路器是少油断路器。在高电弧下,变压器油容易爆炸,有火灾的危险。另外,少油断路器用油量少,油易于劣化,检修周期短,不适合频繁操作。应用较为广泛的电磁开关是电磁接触器和过负荷继电器的组合，主要有电动机开关和磁力线圈组成，磁力线圈的作用是用电磁力来操纵啮合器和电动机开关工作的。然而，目前广泛使用的开关主要由机械运动部件和触点构成，这种依赖于固相联系的机械式开关，容易磨损，在固相接触表面易发生侵蚀现象，从而导致开关或继电器的短路，所以这类开关使用寿命不长，保护时间慢，工作可靠性不高。大量事实证明，由于电线短路导致电气火灾事故频发的根本原因是空气开关不跳闸。空气开关拒动的主要原因是触点被烧死粘结或者脱扣机构卡死。普通的电流开关在一些特定的危险环境中的应用受到限制。而且，随着环境污染日渐严重和核工业迅速发展，希望有一种能够远程控制、高效、能源洁净的控制器件，用来控制危险领域的电流量。 利用液态金属设计断路和限流装置已逐渐受到本领域内相关研究人员的关注，DE2652506公开了一种电气的具有液态金属的电流开关。该装置所用液态金属通过机械排挤进入接触间隙，并通过电流的收缩效应被稳定和固定于接触间隙中。液态金属混合物可润湿固态电极，减少接触阻抗。然而该装置固体电极之间的电弧在液态金属中可造成氧化，且相对来说，造价较为昂贵。CN1820338A专利公开了一种用于限流或断路的方法和装置，液态金属通过介电流体驱动在不同的位置移动，从而实现电路的通断，该装置可以可逆的限流和断流，具备较快的反应时间。其缺点是，此装置的必须有严格的气密性，并且分解产物和在驱动流体中的气泡造成固体电极老化以及气体喷射等问题并未得到很好的解决。 当今世界各国制造厂和研究单位除在不断努力改进电路保护装置的性能外，还随着电子技术和计算机技术的飞速发展，促进电力系统的各项设备向自动化、智能化和小型化方向迈进，以满足我国尽快达到国际先进水平而成为世界电力大国的要求。目前，运用新的原理和方法设计出安全、易操作、性能稳定、能长期稳定工作，并且能实现远程自动控制的电路保护装置的开发和应用已成为该领域科技工作者的研究热点。
