1.1目的及意义

目前，随着我国智能电网的发展，在要求电网运行安全的前提下，急切需要控制电器智能化。当电路出现故障时，断路器会自动切断电源，排除故障后，用户的断路器并不能及时自动合闸，还需要用户或供电工作人员手动操作，给使用者带来不便，也不能适应电网智能化发展的需要。为了对应新的形势变化，现有的小型断路器上均设置有自动重合闸装置，然而，现有的小型断路器的自动重合闸的结构设计不合理，当电路出现故障时，需要断路器快速跳闸，然而断路器的手柄却受限于该自动重合闸装置的操作手柄不能快速退回，对于用户而言，就是非常严重的安全隐患，无法保障用户的用电安全，而且结构复杂，设计生产很不方便^[14]。为了响应国家智能电网的发展，断路器自动重合闸研究越来越多， 断路器能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。现有的小型断路器上均设置有自动重合闸装置，自动重合闸装置，是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置。电力系统采用自动重合闸装置，极大地提高了供电的可靠性，减少了停电损失，而且还提高了电力系统的水平，增强了线路的送电容量^[15-16]。

本文研究的目的就是针对现有的断路器自动重合闸的不足，项目提出了一种采用柔顺放大结构与形状记忆合金结合的小型断路器自动重合闸机构。与现有的自动重合闸机构相比，将具有结构简单，响应快，稳定性好，装配性好等优势。

1.2国内外基本研究情况

近几年来, 工业企业家庭对供电可靠性及电能质量的要求越来越高。电网容量和电压等级也不断扩大，电网结构也变得越来越复杂。220kV输电线路，由于其具有电能输送效率高、输送距离较适中等优点，被广泛应用到区域配电网建设中，成为区域经济生产发展的重要能源支柱。电能供电质量水平要求的进一步提高，对电网供电可靠性也提出更苛刻的要求。电力系统中通常采用继电保护装置实现纵联差动保护来快速准确的操作分支运断路器切除输电线路故障或事故分支节点，防止事故的进一步扩大。由于计算机技术的高速发展, 一些大型工业企业已实现了对其各级变电站进行远方集中控制, 企业内部的分散变电站实现了无人值班。但在实际运行过程中发现，220KV输电线路所发生的绝大部分故障均是临时或者瞬时性的，对于这类瞬时性故障而跳闸的线路, 如能在故障消失后迅速恢复送电, 则可大大提高供电的可靠性。因此，可以利用自动重合闸装置在线路发生故障通过继电保护装置跳闸后，延时操作断路器重新合闸以恢复输电线路供电，提高输电线路综合供电质量水平。这给自动重合闸装置提供了良好的发展平台。传统的自动重合闸装置由各种继电器及控制开关构成,由于连接导线繁多,继电器的寿命有限, 容易发生装置的误动和拒动, 影响电力系统的可靠性; 其定时单元由机电式或晶体管式时间继电器构成, 误差大且调整不方便,影响上下级保护装置动作时限的配合；装置的功能单一,不利于实现电力系统自动化,且体积大, 有色金属消耗多, 噪音大。

国内外对SMA智能结构的研究涉及材料、力学、机械、航天航空、自动控制等多个学科，对其研究的角度和侧重点也不尽相同^[8]。形状记忆合金( shape memory alloy,SMA) 因其独特的形状记忆效应和超弹性特性,被广泛 应用于航空航天、医疗、自动化与土木工程等领域^[1-3]。利用其形状记忆效应而设计的 SMA致动器因功率质量比大、结构简单、无需传动装置无噪声等优点,近年来在机器人和智能变形飞行器等研究领域倍受青睐^[4-6]。在SMA 板、丝、簧、 管等致动元件中,以SMA 丝的输出力最大(正应 力高达 500MPa) ,且其输出变形量也比较可观 (轴向可回复应变高达 6%以上) ,因而 SMA 丝成为高性能SMA致动器的首选元件^[10]。SMA从发明至今，共经历了形状记忆效应发展，NiTi合金发明并推广应用和全面提高发展三个阶段。尽管这些形状记忆合金引起了科学家极大的兴趣，但用于材料价格昂贵，制造困难尚不能在工程实际中得到应用。随后，成功将超弹性SMA用于医学矫正器中，开启了记忆合金医学应用的大门，此外，在汽车工业，机器人等其他领域，SMA也被设计和制造成大量商业产品^[13]。形状记忆合金(Shape Memory Alloy），简称SMA)是一种特殊的金属材料，经适当的热处理后即具有回复形状的能力，这种能力被称为形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME)^[9]。实际上，很多材料都具有SME，但能够产生较大回复应变和形状回复力的，只有少数的几种材料，如：Ni-Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)，铁基合金应用最广泛。20世纪30年代，美国哈佛大学的研究员就在CuZn合金中发现了形状记忆效应，但在当时被当做一种特殊的相变现象。50年代，张禄经和Read在Au-Cd和In-Ti合金中观察到了形状记忆效应，但也未引起功能应用的重视。1963年，美国海军军械研究室W.J．Buehler等在近等原子NiTi合金中观察到热弹性马氏体经逆相变能回复母相形状，于是命名形状记忆 。随后，相继在CuAlNi和CuZnAl中发现形状记忆效应。80年代，的FeMnSi、不锈钢等铁基形状记忆合金.90年代的高温形状记忆合金。从此，形状记忆材料逐渐得到人们的重视,成为有一个研究重点^[11-12]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1课题内容