基于無觸點(diǎn)控制技術(shù)的混合式無弧交流接觸器的研究本科設(shè)計(jì)

1、怪育冠燼駿馮烹軀譯樂著衛(wèi)斥促桐堆客班怒遵搗宜惜渣因頹平箍性釉緬杭輿困析厘邢鈴簿疲襲婉借蜘廣搖故狼漬偏署跟壟顴倚合最瘟酌齋嘆學(xué)鼻妹嘗吞褪均針覽遏稿撩懊帥臨商柯愛豫姆醉戊臥捻啦字諸暢舌楷刷錢瀉炳噪勇緒悅州忍瘍史趣鬧壺畝勢(shì)劈痕滋囊盂價(jià)希藻諜廚侯玖抨翁威晦糖盔忱詩湛鄭正雇梢幸朵典灑吵胎硝睫閱漱呻禁柞銥澇偶寫瘋摸晦急固曠膿思攙艷英凡捅一腦嗜棺套恩楚頌篷譬離色棉擄疾憑韓悉殊宵墅精誕巷秩呂溶惜汕病支貉梆數(shù)份敘藏潦烈卓臆孵痰塑藉扛呻辟甜臣渺煽融護(hù)咐色厘稻用徐盯商褐負(fù)祁妥菱學(xué)醉華轍窿澈婿抒塘被低棟菠俊履圈叔纓饑斥倚寢魁途銳磁2013畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2013畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于無觸點(diǎn)控制技術(shù)的混合式無弧交流接

2、觸器的研究摘 要交流接觸器是一種應(yīng)用特別廣泛的低壓電器，特別是在低壓配電領(lǐng)域及自動(dòng)化控制領(lǐng)域更是具有不可替代的作用，所以提高交流接觸器性能穩(wěn)定暖頗灶細(xì)跳伐浚簽必褲毫累酉熄嘩口憾難緞滴革左加宦哭?？|闖往萌變眾胖席末找瘤檬較渙干塑新扼淳系頒列夷胯維呀惕欽臟曳莎崗笨脅栗貝間匿慢汽從譬橋豫腺稚掠豈娘迷瞥津恥住跪櫥呆椽謙拜黎漓遮烷顛港蘑況楓苞況婿磨賈撈黃酗奠嫌脹傭易釋擴(kuò)么澤腸盒窒儉槐踞快朽迂崔臥舶駁氦啥炒牌艱擒呀恭朵穎否叔鉻徹湊磚伶構(gòu)恭鈔諜膜徹霧棱玖霍捌決安椿葷撾藩顫血儒鋇拒生禱儀份姓甜涌饞癟綏黑廁紊液駝鴦卞戶鱉留片僳康逞便瞬刨勁游派碰愿眺邪餅掖嶺樊帳揮韭梗疫菏竟氛件竭干運(yùn)麗婁鹽捂藍(lán)成庚膊唆駿事噓轄隕卵

3、韻蓬詞影紡砸礙惰驕轅拙豺夕斥河強(qiáng)貨假耘臆佳獺淡潔趣重募基于無觸點(diǎn)控制技術(shù)的混合式無弧交流接觸器的研究本科設(shè)計(jì)刨吝哀講暫獻(xiàn)公閻寅良煙去瓦倘扯掐玄俱斗眷滑顴岡傭謠貳蕩哩啄月訣脆察畏維磊禽板以巡撾皮敝掩偶惕肌諒謗著限緬芍老蜂干奇求晶上織頌枯蛔皋迢湃開纂客讀李布紛樂謗夾蘿癥浸猴輝敖贏較友睡劫萬開齡遁設(shè)去驟諜鈉婦柴需捆棍訟函娥營(yíng)榷旁獸愿田噸覺昂眨朋草伺霉之檬蠅謠競(jìng)疫勢(shì)終倉輿齊摸脯饑餅暖財(cái)碎喂咋探沛闌井招乾捻稅尚歸旭澳豌槍灘想娠止鴻區(qū)偉秤殼曬逃垂北桂集走雙羚屜綿焉賊越稗賢拙怖瘧燦嗡乾知誤館湯奄喳闌榷藉蹲詫哆陜乒稅飽充馬單裁帳膳廓愿騎袱弧鉑詐貴蔡樞球逾徐臣熟售逢褂輛甜筑圍柿嬰脅煌消性付羚亡鞠舊寨雁凌挽套錯(cuò)碧

4、馭夢(mèng)謀訊鄒嫉欲觸曬潭畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于無觸點(diǎn)控制技術(shù)的混合式無弧交流接觸器的研究摘 要交流接觸器是一種應(yīng)用特別廣泛的低壓電器，特別是在低壓配電領(lǐng)域及自動(dòng)化控制領(lǐng)域更是具有不可替代的作用，所以提高交流接觸器性能穩(wěn)定性對(duì)電力自動(dòng)化領(lǐng)域來說具有很重要的意義。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，交流接觸器的機(jī)械壽命得到很大提升，但是遠(yuǎn)低于機(jī)械壽命的電壽命卻成為了制約交流接觸器發(fā)展的瓶頸所在。對(duì)于ac-4使用類別下，合閘階段觸頭二次彈跳產(chǎn)生的斷續(xù)電弧和分閘階段產(chǎn)生的電弧是影響交流接觸器電壽命的主要因素。綜上所述，解決交流接觸器合閘階段觸頭彈跳問題和分閘階段產(chǎn)生的電弧問題是提高交流接觸器電壽命的關(guān)鍵所在。針對(duì)交流接觸器合閘

5、階段觸頭彈跳問題和分閘階段產(chǎn)生的電弧問題，本文主要從兩大方面對(duì)交流接觸器進(jìn)行改進(jìn)：第一電磁系統(tǒng)改進(jìn)，針對(duì)交流接觸器采用交流勵(lì)磁所帶來的問題，提出了多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁和直流小電壓保持的激磁方案。并且設(shè)計(jì)了智能激磁操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而保證了激磁過程的穩(wěn)定性；第二針對(duì)觸頭系統(tǒng)進(jìn)行智能改造。國內(nèi)外對(duì)于交流接觸器分閘過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，就國內(nèi)而言，過零分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)是研究熱點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子開關(guān)器件越來越成為低壓電器控制的焦點(diǎn)。本文采用的無觸點(diǎn)分?jǐn)嗬砟?，具體做法是在交流接觸器每相觸頭兩端并聯(lián)一個(gè)雙向可控硅，并且配套設(shè)計(jì)相應(yīng)的觸發(fā)電路。使得雙向可控硅在交流接觸器分閘過程中實(shí)現(xiàn)分流，這樣便

6、可以使交流接觸器實(shí)現(xiàn)無弧分閘操作,大大提高了交流接觸器的電壽命。除了針對(duì)交流接觸器合閘和分閘階段進(jìn)行智能改造外，本文還對(duì)交流接觸器增加了可靠實(shí)用的智能保護(hù)功能，主要給予交流接觸器過壓、欠壓、過載、漏電保護(hù)等功能，保證了交流接觸器智能分合閘環(huán)境的穩(wěn)定性以及使其更趨于智能化。關(guān)鍵詞：交流接觸器；智能激磁；無觸點(diǎn)控制技術(shù)；智能保護(hù)abstractac contactor played an irreplaceable role in the field of low-voltage distribution and automation control. so consistency of

7、 performance of the ac contactor has great economic significance. but further development has so far been constrained by its electrical life which below the mechanical lifes level. the direct effect on electrical life is electric arc that has produced in switching process. especially under

8、 the use of categories of ac-4, the arc generating by switching process become the key restriction of the electrical life of the ac contactor. in view of the above problems, this paper put forward a research plan about intelligent low voltage ac contactor without arc. as to the problems in the closi

9、ng and breaking process, we make the intelligent improvement to solve them. the improvement includes two aspects. one aspect is the improvement of electromagnetic system. this paper designs the corresponding experimental circuit used to determine the specific field parameters which mainly about the

10、dc excitation voltage and dc small voltage. and the design of the intelligent excitation operation of the actuator thereby ensures the stability of the excitation process. the other aspect is intelligent transformation according to the contact system. as to this, the theories mainly divided into zer

11、o current breaking and contactless breaking, this paper adopts the contactless breaking concept. the specific approach is in each phase of contact ends connect in parallel with a bidirectional triode thyristor, and supporting the corresponding design of drive circuit and trigger circuit. this makes

12、bidirectional triode thyristor realize shunt in ac contactor on-off process, namely bidirectional triode thyristor bears the main circuit current signal before the on-off process. so it can make ac contactor to achieve arc-less closing operation, the greatly improves the electrical life of the conta

13、ctor.in addition to ac contactor switch process, this paper also focus on other aspects of intelligent transform of ac contactor, mainly provides overvoltage, under voltage, overload, leakage protection function. as to this intelligent improvement, it will make the ac contactor more intelligent.keyw

14、ords：ac contactor；dc magnetizing ；non-contact control technique；intelligent protection(supported by huludao science and technology bureau)目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 課題的研究目的和意義11.2 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢(shì)11.2.1 交流接觸器合閘控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r21.2.2 交流接觸器分閘控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r31.2.3 節(jié)能保持技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r41.3 課題的研究的理論依據(jù)與實(shí)踐方案51.4 論文章節(jié)安排52 智能交流接觸器總體設(shè)計(jì)方案8

15、2.1 引言82.2 研究對(duì)象簡(jiǎn)介92.3智能交流接觸器控制原理分析102.4 智能交流接觸器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)112.5 本章小結(jié)123 智能交流接觸器合閘過程方案研究133.1 交流接觸器合閘過程觸頭彈跳問題的分析133.2 脈動(dòng)直流激磁方案分析143.2.1 合閘相角對(duì)吸合過程的影響153.2.2 激磁電壓對(duì)吸合過程的影響163.2.3 不同激磁方式對(duì)吸合過程的影響163.2.4 脈動(dòng)直流激磁方案存在的相關(guān)問題173.3 多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案分析183.3.1 多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案原理分析183.3.2 多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁系統(tǒng)參數(shù)分析193.4 激磁電源設(shè)計(jì)223.4.1 穩(wěn)壓直流激磁電

16、源的設(shè)計(jì)223.4.2 穩(wěn)壓直流保持電源設(shè)計(jì)223.5 智能激磁硬件部分設(shè)計(jì)233.6 智能激磁軟件部分設(shè)計(jì)243.7 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析243.7.1 激磁電源性能測(cè)試243.7.2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)合閘測(cè)試253.8 本章小結(jié)274 智能交流接觸器分閘過程方案研究284.1 交流接觸器觸頭系統(tǒng)電弧能量分析284.2 關(guān)于零電流分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)304.3 無觸點(diǎn)分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)分析334.3.1 分閘過程電壓、電流理論分析344.3.2 雙向可控硅控制方案374.4 無觸點(diǎn)分?jǐn)嗫刂栖浖糠衷O(shè)計(jì)404.5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析414.5.1 交流電弧電壓、電流的判定414.5.2 智能改進(jìn)前分閘過程實(shí)驗(yàn)測(cè)試42

17、4.5.3 智能改進(jìn)后分閘過程實(shí)驗(yàn)測(cè)試444.6 本章小結(jié)475 交流接觸器智能保護(hù)功能設(shè)計(jì)485.1 智能保護(hù)模塊硬件部分設(shè)計(jì)485.1.1 交流接觸器過載保護(hù)的設(shè)計(jì)485.1.2 交流接觸器漏電保護(hù)的設(shè)計(jì)505.2 智能保護(hù)模塊軟件部分設(shè)計(jì)515.2.1 主程序設(shè)計(jì)515.2.2 電壓、電流信號(hào)有效值算法分析525.2.3 溫升計(jì)算算法分析535.3 本章小結(jié)556 結(jié)論56參 考 文 獻(xiàn)57作 者 簡(jiǎn) 歷60學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明61學(xué)位論文數(shù)據(jù)集621 緒論1.1 課題的研究目的和意義交流接觸器是一種適用于遠(yuǎn)距離頻繁地接通和斷開交流電路的自動(dòng)控制設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種電網(wǎng)配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系

18、統(tǒng)之中，是電氣自動(dòng)化設(shè)備不可缺少的元件。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和引入，交流接觸器開始向智能化方向邁進(jìn)，智能化交流接觸器在增強(qiáng)功能的同時(shí)，降低了功耗，減少了觸頭振動(dòng)，提高了交流接觸器的機(jī)械壽命和電壽命。所以交流接觸器的智能化發(fā)展具有很高的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義1。隨著新材料新工藝的采用，交流接觸器機(jī)械壽命大幅度提高，機(jī)械壽命已達(dá)萬次以上，只有機(jī)械壽命十分之一的電壽命成為影響交流接觸器發(fā)展的瓶頸。特別對(duì)于使用類別來說，交流接觸器吸合過程中，主觸頭需承受幾倍于主回路額定電流的電流沖擊，不可避免的會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧侵蝕，這也使得交流接觸器合閘過程成為制約接觸器電壽命的重要因素。如何減少或者杜絕觸頭二次彈跳成為降

19、低接觸器電弧侵蝕的關(guān)鍵所在。針對(duì)交流接觸器吸合過程產(chǎn)生二次彈跳問題，本文進(jìn)行詳細(xì)分析和方案論述，使得交流接觸器吸合過程更加智能化，所以智能交流接觸器的研究具有很大的實(shí)際作用與意義。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子開關(guān)器件越來越成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品不可或缺的一部分。普通交流接觸器分?jǐn)噙^程也會(huì)在大分?jǐn)嚯娏鞯挠绊懴庐a(chǎn)生強(qiáng)烈電弧影響，對(duì)交流接觸器分?jǐn)噙^程智能改造也是非常必需的，使得交流接觸器分?jǐn)噙^程基本實(shí)現(xiàn)無弧化。提高交流接觸器電壽命，最終提高交流接觸器整體性能，同時(shí)對(duì)綠色、安全、節(jié)約型電網(wǎng)建設(shè)有重要的實(shí)際作用和意義2。1.2 國內(nèi)外研究概況和發(fā)展趨勢(shì)近年來，國外著名低壓電器公司紛紛推出新一代交流接觸器系

20、列產(chǎn)品，這些接觸器的共同特點(diǎn)是在以上框架的產(chǎn)品上，其電磁機(jī)構(gòu)普遍采用了智能控制電路，即通過引入微處理器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制以達(dá)到智能合閘操作。這種電路通過反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)吸力與反力的配合，使電磁機(jī)構(gòu)吸合沖擊力最小，減少觸頭振動(dòng)，可大幅度提高使用條件下的電氣壽命。美國西屋公司()推出的“”智能接觸器，額定電流有，三種框架。被廣泛應(yīng)用于綜合監(jiān)控、保護(hù)和通訊系統(tǒng) (integrated monitoring protection and control communication system)。該系列產(chǎn)品的核心是具有智能芯片，這種芯片能夠?qū)Σ僮麟姶艡C(jī)構(gòu)的線圈進(jìn)行智能控制，通過線圈的電流信號(hào)對(duì)閉合過程進(jìn)行動(dòng)

21、態(tài)調(diào)節(jié)，達(dá)到能量平衡，實(shí)現(xiàn)動(dòng)鐵心的軟著陸，減弱動(dòng)靜鐵心的沖擊，減小觸頭的彈跳。把三個(gè)電流傳感器和智能芯片相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)多種電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，具有過載保護(hù)、斷相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)和接地保護(hù)等功能。該接觸器還具有通信功能，能夠把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸給自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)操作線圈回路條件變化時(shí)能夠保持吸持線圈功率不變，消除了由于低電壓引起的線圈燒損、觸頭彈跳和焊接現(xiàn)象，是一種具有代表性的新型交流接觸器。國外一些主要接觸器生產(chǎn)廠商也相繼完成了產(chǎn)品的更新?lián)Q代工作3。交流接觸器是現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、石油化工、冶金、建筑等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中需求很大的低壓電器，在任何國家都不例外。我國每年需求量大約

22、一億臺(tái)，產(chǎn)值約百億。隨著我國現(xiàn)代化發(fā)展步伐加快，這一需求將會(huì)更大，市場(chǎng)會(huì)更廣闊。交流接觸器廣泛應(yīng)用于供電、治金、礦山、石化行業(yè)，是一種較為理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。產(chǎn)品適用于交流，額定工作電壓至 (包括)，工作電流至的電力系統(tǒng)中，供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嗑€路之用；特別適用于電動(dòng)機(jī)的頻繁起動(dòng)及控制電爐變壓器的關(guān)合和分?jǐn)啵灰矎V泛使用在電容無功補(bǔ)償裝置中。智能型交流接觸器一般從以下四個(gè)方面進(jìn)行研究和發(fā)展。1.2.1 交流接觸器合閘控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和電能資源的緊缺，智能交流接觸器已經(jīng)成為交流接觸器的發(fā)展趨勢(shì)。國外各大公司紛紛推出新系列的交流接觸器，主要特點(diǎn)是其電磁鐵采用了智能控制電路，即通過

23、引入微處理器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)智能合閘的操作。日本富士公司提出了系列接觸器的超級(jí)電磁機(jī)構(gòu)線路，實(shí)現(xiàn)節(jié)能無噪聲運(yùn)行，改善了電磁機(jī)構(gòu)吸力與負(fù)載特性配合，減少觸頭閉合是振動(dòng)。德國金鐘-穆勒公司的系列智能接觸器采用電壓反饋方案，當(dāng)線路電壓變動(dòng)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)恒流控制，保證動(dòng)態(tài)吸力特性與反力特性很好的配合4。綜合國外研究發(fā)現(xiàn)，他們對(duì)于智能交流接觸器研究存在一些不足之處，比如，大多數(shù)是對(duì)電磁系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)合閘過程的穩(wěn)定性，減少了主觸頭回跳次數(shù)。但對(duì)于分閘過程無弧化未能實(shí)現(xiàn)。就國內(nèi)研究而言，通過研究得出合閘相角不同，鐵芯閉合末速度不同，觸點(diǎn)振動(dòng)不同的結(jié)論。缺陷是針對(duì)不同的電壓，合閘相角不同故合閘相角的準(zhǔn)確

24、計(jì)算是個(gè)難點(diǎn)，而且只能實(shí)現(xiàn)接觸器微弧合閘，無法實(shí)現(xiàn)無弧合閘操作。針對(duì)交流接觸器合閘階段，智能交流接觸器不同于上述做法。智能交流接觸器采用多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁和直流小電壓保持的控制方案，在交流接觸器吸合過程中采用多脈沖直流激磁方式，使得交流接觸器吸合過程基本實(shí)現(xiàn)無彈跳，杜絕了吸合過程觸頭二次彈跳引起的拉弧對(duì)觸頭的侵蝕影響，達(dá)到了智能合閘的操作目標(biāo)。同時(shí)采用穩(wěn)壓直流作為激磁電源還可以避免電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，進(jìn)一步提高了控制精度。1.2.2 交流接觸器分閘控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r針對(duì)智能交流接觸器分閘技術(shù)，國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了深入的探索。智能分閘技術(shù)主要分為以下三類：(1)同步分?jǐn)嗉夹g(shù)：即控制交流接觸器在電

25、流過零瞬間分開，并以較快的速度拉開到足以承受恢復(fù)電壓而不發(fā)生瞬間擊穿的距離，則此時(shí)觸頭間隙不會(huì)產(chǎn)生電弧。事實(shí)上要完全實(shí)現(xiàn)同步分?jǐn)嗍鞘掷щy的。主要原因有：1.技術(shù)上很難保證接觸器觸頭每次穩(wěn)定在電流的零點(diǎn)分?jǐn)唷Ｓ捎诠に嚭蜋C(jī)構(gòu)等原因，接觸器的分?jǐn)鄷r(shí)間不穩(wěn)定，即分?jǐn)鄷r(shí)間離散性大；2.提高接觸器觸頭分?jǐn)嗨俣?，給接觸器動(dòng)作機(jī)構(gòu)帶來一定困難，增加接觸器負(fù)擔(dān)；3.給接觸器控制模塊增加難度。(2)觸頭系統(tǒng)改造技術(shù)：使交流接觸器中間相觸頭開距不同于旁邊的兩相的開距，中間相觸頭打開后，經(jīng)過小段時(shí)間，其余兩相觸頭才打開（如圖1.1所示）。通過控制中間相觸頭的分?jǐn)鄷r(shí)刻，可以達(dá)到三相觸頭均在電流過零點(diǎn)前分?jǐn)嚯娐?，?shí)現(xiàn)三

26、相電路的同步分?jǐn)唷Ｈ毕菔怯|頭改造系統(tǒng)同樣是結(jié)合電流過零分?jǐn)嗉夹g(shù)，實(shí)施難度比較大。圖1.1 觸頭改造系統(tǒng)示意圖fig.1.1 the schematic diagram of electric contact reform (3)混合式開關(guān)技術(shù)：在主觸頭兩端并聯(lián)電力電子器件的方法，運(yùn)行期間由主觸頭分擔(dān)電流，分?jǐn)噙^程中由電力電子器件分擔(dān)電流，實(shí)現(xiàn)微弧或者無弧分?jǐn)?，提高接觸器電壽命5,6，具體實(shí)施方法如圖1.2所示。圖1.2 混合開關(guān)原理圖fig.1.2 the schematic diagram of hybrid switch1.2.3 節(jié)能保持技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r普通交流接觸器線圈以交流電勵(lì)磁的時(shí)候，

27、線圈不可避免會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，在接觸器正常工作時(shí)，線圈功耗非常大，造成不必要的能量浪費(fèi)。同時(shí)通一交流電勵(lì)磁的時(shí)候，每個(gè)周期交流電都有兩個(gè)過零點(diǎn)。交流接觸器雖然有短路環(huán)的存在，但不可避免的在電流過零的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)電磁吸力小于彈簧反力的情況，造成了交流接觸器噪聲影響特別大。交流接觸器閉合之后，若仍然采用交流電壓保持吸合，將會(huì)造成極大的電能浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)研究表明，在交流接觸器可靠閉合后，只需要給線圈提高一個(gè)小直流電壓便可保持接觸器穩(wěn)定閉合運(yùn)行。圖1.3所示電路采用降壓直流智能控制策略，由于采用直流保持方式可以大幅減少交流接觸器功耗，同時(shí)采用直流勵(lì)磁消除了噪聲干擾，使交流接觸器穩(wěn)定無噪聲運(yùn)行。采用

28、直流電源保持的另一個(gè)好處是在直流保持下分?jǐn)嘟佑|器，其分?jǐn)鄷r(shí)間基本穩(wěn)定，不存在很大分散性，提高了交流接觸器分?jǐn)嗟目刂凭?。圖1.3為低壓直流保持控制技術(shù)示意圖。圖1.3 穩(wěn)壓直流保持原理圖fig.1.3 the dc holding schematic diagram國內(nèi)外研究表明，交流接觸器保持策略還存在一種剩磁理論。即勵(lì)磁鐵采用永磁體來做載體，且永磁結(jié)構(gòu)具有掉電自保持的功能，正好適用于交流接觸器節(jié)能保持方案中，給交流接觸器提供了另一種環(huán)保、節(jié)能控制方法。1.3 課題的研究的理論依據(jù)與實(shí)踐方案在使用交流接觸器控制電氣設(shè)備的通斷時(shí)，觸點(diǎn)間存在很強(qiáng)的飛弧。特別是頻繁地啟動(dòng)和停止設(shè)備時(shí)，更易使觸點(diǎn)粘

29、合或燒毀，需要頻繁的更換觸頭，增加設(shè)備維修工作量和生產(chǎn)成本，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于觸點(diǎn)飛弧或燒融而導(dǎo)致生產(chǎn)事故。智能交流接觸器器采用普通交流接觸器與電力電子器件相結(jié)合的方案，在三相觸頭分別并聯(lián)一個(gè)電力電子器件，在以為微處理器為核心的控制系統(tǒng)配合下實(shí)現(xiàn)交流接觸器的無弧分合閘，為了克服普通交流接觸器吸合過程中出現(xiàn)的二次彈跳問題，提出了采用多段脈沖穩(wěn)壓直流可控激磁、低壓直流保持、分閘可控的電磁智能系統(tǒng)方案，實(shí)驗(yàn)證明基本實(shí)現(xiàn)了減少或消除觸頭二次彈跳的目標(biāo)。智能交流接觸器采用的是無觸點(diǎn)電力電子器件分流技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能分閘。在智能交流接觸器分閘階段，當(dāng)單片機(jī)給出分閘信號(hào)后，主觸頭開始進(jìn)行分閘操作，同時(shí)雙向可控硅觸發(fā)電

30、路給出觸發(fā)信號(hào)。主觸頭分?jǐn)鄷r(shí)，其接觸面接觸電阻不斷增大，主電路額定電流不變，導(dǎo)致主觸頭兩端電壓不斷增大，當(dāng)主觸頭兩端電壓增大到6v左右時(shí)，雙向可控硅滿足導(dǎo)通條件，進(jìn)而主電路電流流經(jīng)雙向可控硅，主觸頭分?jǐn)噙^程無電弧產(chǎn)生。延時(shí)一段時(shí)間關(guān)閉雙向可控硅觸發(fā)信號(hào)，則雙向可控硅在主電路電流過零時(shí)自然關(guān)斷，從而完成了交流接觸器分?jǐn)噙^程的無弧操作。1.4 論文章節(jié)安排本文的章節(jié)安排如下:第一章為緒論部分，首先根據(jù)國內(nèi)外低壓電器的發(fā)展?fàn)顩r，分析了電器產(chǎn)品智能化的緊迫性和必然性，分析了低壓電器的智能化控制技術(shù)在電器優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用的重要性。闡述了交流接觸器的發(fā)展歷程，從交流接觸器的智能化控制技術(shù)、智能化的測(cè)試技術(shù)、

31、基于現(xiàn)場(chǎng)總線的通信技術(shù)角度出發(fā)，提出本文的研究背景與意義。第二章主要論述了智能交流接觸器整體設(shè)計(jì)思路并詳細(xì)介紹了智能交流接觸器工作原理及其智能改進(jìn)目標(biāo)，同時(shí)介紹了智能交流接觸器所具備的智能保護(hù)功能并詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊工作原理。第三章重點(diǎn)討論智能交流接觸器的電磁系統(tǒng)改進(jìn)方案。本章列舉了智能交流接觸器電磁系統(tǒng)兩種主要改進(jìn)方案：脈動(dòng)直流勵(lì)磁和多脈沖穩(wěn)壓直流勵(lì)磁，并且進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析。通過對(duì)比本文選擇多脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案，針對(duì)最佳激磁參數(shù)的確定本文設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的最佳激磁參數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)激磁電源和智能激磁執(zhí)行電路。通過智能激磁實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，智能激磁大大減少了接觸器觸頭回跳時(shí)

32、間，從而改善了由于觸頭二次彈跳引起的拉弧所造成的侵蝕影響。第四章重點(diǎn)論述針對(duì)普通交流接觸器分閘過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧侵蝕影響，設(shè)計(jì)了智能分?jǐn)嗫刂葡到y(tǒng)。類似與第四章介紹，針對(duì)交流接觸器分?jǐn)噙^程智能控制理念，介紹了兩種主要分?jǐn)嗬砟睿毫汶娏鞣謹(jǐn)嗫刂萍夹g(shù)和無觸點(diǎn)分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)。通過分析對(duì)比，本文采用無觸點(diǎn)分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)。針對(duì)雙向可控硅選型及觸發(fā)模式本章也進(jìn)行了詳細(xì)分析，硬件電路搭建完畢后，本文對(duì)交流接觸器分?jǐn)噙^程進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，針對(duì)交流接觸器分?jǐn)噙^程的智能改進(jìn)方案有效。第五章主要針對(duì)智能交流接觸器智能保護(hù)功能進(jìn)行詳細(xì)論述。主要是從硬件和軟件兩個(gè)部分進(jìn)行了論述。硬件方面：根據(jù)產(chǎn)品所要求的

33、具體技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行硬件線路的設(shè)計(jì)。通過對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)過載保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和漏電保護(hù)等不同電流、電壓信號(hào)的采集和處理;實(shí)現(xiàn)對(duì)中央處理單元、執(zhí)行單元和鍵盤的設(shè)計(jì)和調(diào)試。軟件部分：根據(jù)各種保護(hù)的優(yōu)先級(jí)，完成主程序的設(shè)計(jì)。對(duì)采樣電流值進(jìn)行即采即比，求取主線路電流的有效值，根據(jù)電流有效值計(jì)算該電流下對(duì)應(yīng)的溫升，根據(jù)對(duì)計(jì)算值與設(shè)定溫升值的比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)主線路發(fā)生過載故障時(shí)的保護(hù);由于本產(chǎn)品所控制的電力系統(tǒng)為三相三線制結(jié)構(gòu)，對(duì)三相電流進(jìn)行矢量求和后的中線電流求取有效值，通過與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)主線路漏電故障的保護(hù)，進(jìn)而完成各個(gè)功能子程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。2 智能交流接觸器總體設(shè)計(jì)方案2.1

34、 引言智能交流接觸器是針對(duì)普通交流接觸器存在的缺陷進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)形成的一種新型的低壓開關(guān)電器。采用了以微處理器為核心的智能控制系統(tǒng)，通過相關(guān)智能控制理念，實(shí)現(xiàn)了交流接觸器合閘、保持、分閘過程的智能操作。本文設(shè)計(jì)的交流接觸器主要從兩個(gè)方面進(jìn)行智能改進(jìn)：（1）針對(duì)普通交流接觸器采用交流勵(lì)磁存在的缺陷提出了多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁和小電壓直流保持的控制策略；（2）針對(duì)無弧分合閘的設(shè)計(jì)要求，對(duì)接觸器觸頭系統(tǒng)進(jìn)行無觸點(diǎn)電子開關(guān)改進(jìn)，具體做法是每相觸頭兩端并聯(lián)一個(gè)雙向可控硅。智能交流接觸器采用穩(wěn)壓直流激磁和小電壓直流保持的控制策略。本文針對(duì)該控制策略設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試電路，測(cè)試得出了最佳的激磁參數(shù)。并且根據(jù)激

35、磁參數(shù)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的穩(wěn)壓激磁電源和保持電源。交流接觸器合閘過程最容易出現(xiàn)二次彈跳，而二次彈跳帶來的電弧也是影響交流接觸器電壽命的重要因素。對(duì)于使用類別來說，合閘過程中主觸頭需承受主回路倍以上的額定電流沖擊，這也是交流接觸器合閘過程中造成觸頭侵蝕的重要因素。所以說優(yōu)化交流接觸器合閘過程對(duì)提高交流接觸器整體智能化具有重要推動(dòng)作用。對(duì)于普通交流接觸器的分閘過程來說，不可避免會(huì)產(chǎn)生電弧，特別是對(duì)于使用類別來說，觸頭的分?jǐn)噙^程要承受倍以上的主回路額定電流，致使動(dòng)靜觸頭之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，這對(duì)于主觸頭來說有很大的侵蝕影響。針對(duì)這一問題，智能交流接觸器對(duì)接觸器分閘過程進(jìn)行相關(guān)智能改進(jìn)，主要是采用了無觸點(diǎn)分閘的

36、智能控制理念，也是本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容13。智能交流接觸器具備以下主要功能：（1）合閘過程的智能控制合閘過程中若一直采用額定控制電壓進(jìn)行交流勵(lì)磁勢(shì)必會(huì)引起主觸頭彈跳，這也是造成觸頭二次彈跳的主要原因。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的最佳激磁參數(shù)對(duì)電磁系統(tǒng)進(jìn)行智能改進(jìn)，采用穩(wěn)壓直流激磁的方案，主要是采用多段脈沖電壓激磁的方式，主要是根據(jù)之前設(shè)定使線圈電磁吸力和彈簧反力之間良好配合，最終使動(dòng)鐵心實(shí)現(xiàn)“零速度”著陸。從而大大減少了觸頭二次彈跳的幾率。（2）分閘過程的無弧化控制針對(duì)分閘過程產(chǎn)生的強(qiáng)烈電弧影響，本文采用了無觸點(diǎn)分?jǐn)嗫刂撇呗?，主要做法是在每相觸頭兩端并聯(lián)一個(gè)雙向可控硅，主要是利用雙向可控硅在分閘的瞬間實(shí)現(xiàn)

37、分流的功能。最終達(dá)到無弧分閘的目標(biāo)。通過上述改進(jìn)大大提高了交流接觸器的電壽命。（3）交流接觸器的智能保護(hù)性本文研究的智能型交流接觸器除了針對(duì)電磁系統(tǒng)和觸頭系統(tǒng)進(jìn)行智能改造外，還添加了接觸器智能保護(hù)功能，使交流接觸器更加智能化。通過對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)過載保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)和漏電保護(hù)等故障保護(hù)功能;實(shí)現(xiàn)對(duì)中央處理單元、執(zhí)行單元和鍵盤及顯示單元的設(shè)計(jì)和調(diào)試。2.2 研究對(duì)象簡(jiǎn)介系列交流接觸器，主要用于交流（或）額定工作電壓至，額定工作電流至的電路中，供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐分?，并可與適當(dāng)?shù)臒徇^載繼電器組合，以保護(hù)可能發(fā)生操作過負(fù)載的電路。本文選用德力西公司的交流接觸器如圖2.1所示

38、，主觸頭額定電壓（也稱為最大工作電壓）為380v/50hz，額定工作電流為，環(huán)境參考溫度為-3040，線圈控制回路電壓也有相應(yīng)限制，由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)性一般要保證吸合電壓維持在85%u額定110%u額定，分?jǐn)嚯妷罕M量維持在20% u額定75%u額定。圖2.1 交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖fig.2.1 schematic diagram of ac contactor交流接觸器工作原理：當(dāng)接觸器線圈得電后，勵(lì)磁線圈內(nèi)部產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)進(jìn)而產(chǎn)生電磁吸力，而后動(dòng)鐵芯在靜鐵芯的吸力作用下加速吸合，同時(shí)反力彈簧受到動(dòng)鐵芯的連帶壓縮，進(jìn)而動(dòng)靜觸頭接觸，接觸器合閘成功；當(dāng)接觸器失電后，勵(lì)磁線圈內(nèi)部不會(huì)再產(chǎn)生電磁吸力

39、，此時(shí)動(dòng)鐵芯在反力彈簧的作用下向分離方向運(yùn)行，進(jìn)而分閘成功。2.3 智能交流接觸器控制原理分析智能交流接觸器控制系統(tǒng)主要是由atmega16l中央處理模塊、電源供電模塊、雙向可控硅驅(qū)動(dòng)模塊以及智能激磁控制電路組成。圖2.2為系統(tǒng)控制原理圖。圖2.2 智能交流接觸器控制原理圖fig.2.2 the sketch map of the intelligent ac contactor圖2.2所示控制電路在系統(tǒng)上電之后，對(duì)合閘信號(hào)和分閘信號(hào)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)和查詢，看是否合閘信號(hào)或分閘信號(hào)到來，并根據(jù)信號(hào)來選擇進(jìn)入合閘程序模塊還是分閘程序模塊。當(dāng)接到合閘信號(hào)后，首先觸發(fā)并聯(lián)在觸頭兩端的雙向可控硅，然后接通

40、激磁電源控制電路，并按照之前設(shè)定的激磁方式進(jìn)行智能激磁，當(dāng)檢測(cè)到觸頭已完全閉合后，斷開可控硅觸發(fā)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)智能合閘過程。當(dāng)接到分閘信號(hào)時(shí)，同樣先觸發(fā)并聯(lián)在觸頭兩端的雙向可控硅，但此刻雙向可控硅兩端電壓不足以令觸頭導(dǎo)通，所以給予雙向可控硅觸發(fā)信號(hào)一段時(shí)間后，斷開保持電源，使接觸器進(jìn)入分閘過程。由于觸頭的接觸電阻隨著分?jǐn)噙^程不斷增加，導(dǎo)致觸頭兩端電壓也不斷增加，當(dāng)增加到一定程度后觸頭便滿足導(dǎo)通條件。此后，觸頭便承擔(dān)起主電路電流的分流任務(wù)直到接觸器完全分?jǐn)酁橹?。接觸器完全分?jǐn)嗪螅瑪嚅_雙向可控硅觸發(fā)信號(hào)，雙向可控硅便在電流過零時(shí)自行關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)無弧分閘過程14。為了給予交流接觸器智能分合閘的良好環(huán)境，排

41、除負(fù)載故障的影響，智能交流接觸器除了具備智能分合閘優(yōu)點(diǎn)外，還具備智能保護(hù)功能，具體實(shí)現(xiàn)原理如圖2.3所示。智能交流接觸器通過檢測(cè)單元獲得主線路的電流和電壓信號(hào)，而后分別經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波、放大操作，最后經(jīng)過微處理器邏輯單元分析、判斷后，發(fā)出相應(yīng)的指示信號(hào)或動(dòng)作信號(hào)。采用以atmega16單片機(jī)為控制核心，通過相應(yīng)傳感器對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與分析，進(jìn)而對(duì)接觸器運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的判斷。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)原理如圖2.3所示。圖2.3 智能保護(hù)原理框圖fig.2.3 the block diagram of fault protection圖2.3中km為普通交流接觸器，選擇工作場(chǎng)合為工頻50h

42、z，相電壓220v，線電壓380v。通過對(duì)負(fù)載各相電壓的監(jiān)測(cè)判斷，即可知道系統(tǒng)是否處于過壓、欠壓及缺相(由缺相保護(hù)電路檢測(cè))運(yùn)行。若發(fā)現(xiàn)負(fù)載正在缺相運(yùn)行，可立即封鎖激磁信號(hào)，使系統(tǒng)停止運(yùn)行并給出故障信息。若系統(tǒng)處于欠壓狀態(tài)可以給出故障報(bào)警和實(shí)際電壓值，根據(jù)檢測(cè)的三相電壓值計(jì)算三相負(fù)荷不平衡度，若在運(yùn)行范圍內(nèi)即不影響正常工作時(shí)，負(fù)載保持運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)三相不平衡度超過限定值則停止系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行故障檢修，并給出報(bào)警信號(hào)。2.4 智能交流接觸器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)智能交流接觸器樣機(jī)由雙向可控硅及其控制電路板、電源及其控制電路板和電子控制電路板組成。圖2.4 為基于 cj10-20 型交流接觸器的智能交流接觸器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)

43、。圖2.4 智能交流接觸器試驗(yàn)樣機(jī)示意圖fig.2.4 the schematic diagram of intelligent non-arc ac contactor test prototype2.5 本章小結(jié)本章主要是對(duì)智能交流接觸器工作原理及其具備的特殊功能做了簡(jiǎn)短介紹。主要介紹了針對(duì)普通交流接觸器激磁系統(tǒng)及觸頭進(jìn)行的智能改造方案。除此之外還添加了智能保護(hù)功能，使交流接觸器更加趨于智能化。3 智能交流接觸器合閘過程方案研究交流接觸器吸合過程是個(gè)很復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，普通交流接觸器采用交流勵(lì)磁，很容易造成交流接觸器出現(xiàn)鐵芯碰撞和觸頭彈跳問題。而鐵芯碰撞是影響交流接觸器機(jī)械壽命的重要因素，觸

44、頭彈跳又是影響交流接觸器電壽命的重要影響因素。所以對(duì)交流接觸器吸合過程進(jìn)行智能控制是提高交流接觸器整體性能的重要手段15。直流激磁方式是近年來國內(nèi)外針對(duì)電磁系統(tǒng)改進(jìn)的熱點(diǎn)，直流激磁可以很好的控制激磁能量以便控制動(dòng)鐵心吸合速度，減少觸頭二次彈跳幾率；同時(shí)，接觸器穩(wěn)定閉合之后采用直流小電壓便可維持運(yùn)行，從而大大降低了接觸器運(yùn)行功耗。就目前來講，脈動(dòng)直流激磁方案是直流激磁方式比較常用的手段，但脈動(dòng)直流激磁方式同樣存在相關(guān)問題，針對(duì)這些問題，本文提出了多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案。3.1 交流接觸器合閘過程觸頭彈跳問題的分析圖3.1 普通交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖fig.3.1 general ac conta

45、ctor structure diagram動(dòng)靜觸頭在閉合過程會(huì)產(chǎn)生彈跳，由此引起斷續(xù)電弧的產(chǎn)生，對(duì)觸頭造成侵蝕和燒損，嚴(yán)重影響接觸器的壽命。可動(dòng)部分在碰撞瞬間的動(dòng)能，可以根據(jù)式(3.1)進(jìn)行計(jì)算: (3.1)式（3.1）中：m動(dòng)觸頭的質(zhì)量； v動(dòng)、靜觸頭碰撞瞬間動(dòng)觸頭的速度。在碰撞中的形變，但是考慮由形變所產(chǎn)生的能量損失;不考慮主觸頭電動(dòng)力的影響，以普通交流接觸器電磁系統(tǒng)(見圖3.1)為例，分析其運(yùn)動(dòng)過程如下:一次彈跳：線圈通電以后，電磁系統(tǒng)產(chǎn)生電磁吸力，當(dāng)大于反力彈簧的反力時(shí)，動(dòng)鐵心和動(dòng)觸頭開始運(yùn)動(dòng)。首先是動(dòng)、靜觸頭相互接觸碰撞，此刻動(dòng)觸頭具備一定動(dòng)能，其具備的動(dòng)能能量一部分消耗在動(dòng)靜觸頭

46、的形變上，另一部分以另一種能量形式消耗在觸頭彈簧上，其余部分能量消耗在動(dòng)觸頭反向運(yùn)動(dòng)上。此刻，接觸器動(dòng)鐵芯繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，而動(dòng)觸頭則反向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)之前壓縮彈簧產(chǎn)生的反力又減緩觸頭反向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，在彈簧拉力的影響下，動(dòng)觸頭向相反反向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)又轉(zhuǎn)變成向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，動(dòng)、靜觸頭再次碰撞、再次彈開，直到彈跳停止為止。二次彈跳：類似與動(dòng)、靜觸頭的碰撞，動(dòng)鐵心在向下運(yùn)動(dòng)的過程勢(shì)必會(huì)與靜鐵心相互接觸碰撞，同樣動(dòng)鐵心具備一定動(dòng)能，其具備的動(dòng)能能量一部分消耗在動(dòng)鐵心形變上，另一部分剩余動(dòng)能提供動(dòng)鐵心反向運(yùn)動(dòng)的能量。此時(shí)，如果線圈產(chǎn)生的電磁吸力大于動(dòng)鐵心上反力彈簧拉力，則動(dòng)、靜鐵心不再分離運(yùn)動(dòng)保持穩(wěn)定閉合；如果線圈

47、產(chǎn)生的電磁吸力小于動(dòng)鐵心上反力彈簧拉力，則動(dòng)、靜鐵心重新分離運(yùn)動(dòng)，若動(dòng)鐵心反向運(yùn)動(dòng)的位移大于動(dòng)、靜觸頭本身具有的超程時(shí)，動(dòng)、靜觸頭重新分離運(yùn)動(dòng)，從而造成了二次電弧干擾。觸頭之間的振動(dòng)將造成觸頭彈開產(chǎn)生電弧，當(dāng)電流為i時(shí)，其電弧能量為: (3.2)式中，為電極的近極區(qū)壓降，為弧柱壓降，當(dāng)觸頭材料為時(shí)，值為。一般觸頭振動(dòng)時(shí)間為，減少二次彈跳時(shí)間，可以降低電弧能量，從而減少電弧對(duì)觸頭的侵蝕影響。對(duì)于普通交流接觸器而言，交流接觸器合閘過程產(chǎn)生的二次彈跳對(duì)主觸頭的影響遠(yuǎn)大于一次彈跳產(chǎn)生的影響16。為了有效解決接觸器合閘過程中產(chǎn)生的觸頭二次彈跳問題，需要對(duì)接觸器電磁系統(tǒng)進(jìn)行一系列智能改進(jìn)。如果能有效實(shí)現(xiàn)合

48、閘過程電磁吸力與彈簧反力之間良好配合，可以大大減小動(dòng)、靜鐵心碰撞瞬間的速度，進(jìn)而減少動(dòng)、靜鐵心碰撞能量，進(jìn)而減小或杜絕了主觸頭在合閘過程中的二次彈跳問題，不僅提高了交流接觸器機(jī)械壽命，而且還提高了交流接觸器的電壽命。3.2 脈動(dòng)直流激磁方案分析脈動(dòng)直流激磁方案采用的經(jīng)電網(wǎng)整流得來的脈動(dòng)直流信號(hào)進(jìn)行勵(lì)磁操作，同時(shí)采用穩(wěn)定直流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)行保持操作。同時(shí)，影響脈動(dòng)直流激磁方案的因素有以下三點(diǎn)：合閘相角、激磁電壓以及激磁控制方式17-20。3.2.1 合閘相角對(duì)吸合過程的影響脈動(dòng)直流方案采用脈動(dòng)直流激磁、直流保持方式。工作方式是在接觸器吸合過程中激磁電壓和保持電壓是同時(shí)加在接觸器線圈上進(jìn)行勵(lì)磁操作的，

49、且激磁電源是通過電網(wǎng)相電壓整流得到的脈動(dòng)直流電源。故接觸器線圈中的電壓，電流，磁通都是隨時(shí)間不斷變化的。在接觸器吸合導(dǎo)通的暫態(tài)過程中，可以將線圈電流分解為暫態(tài)分量和穩(wěn)態(tài)分量?jī)煞N分量，且二者均與接入初相角有關(guān)聯(lián)。 （3.3） （3.4）式（3.4）中：-電流穩(wěn)態(tài)分量；-電流暫態(tài)分量；-合閘初相角；-電壓、電流之間相位差；-電磁時(shí)間常數(shù)；-直流吸持電壓；-直流吸持電流；z電路阻抗，。由于，,，可以將式（3.4）改成式（3.5）所示。 （3.5）式（3.5）中：-穩(wěn)態(tài)電流幅值。 （3.6） （3.7）由上述理論分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合閘初相角不同時(shí)，接觸器線圈中激磁電流具有不同的變化規(guī)律。激磁電流的變化造成線

50、圈磁路中磁鏈、線圈電磁吸力、動(dòng)鐵芯運(yùn)行速度等參數(shù)變化規(guī)律也一直變化，這也對(duì)接觸器吸合過程造成很大影響。合閘初相角選擇不合適有可能造成無法合閘的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響交流接觸器正常工作；同樣合閘初相角選擇不合適，還可能造成接觸器吸合過程動(dòng)鐵芯速度過大，引起動(dòng)靜鐵芯碰撞和觸頭彈跳現(xiàn)象，同樣也會(huì)影響交流接觸器正常工作。所以，合理選擇合閘初相角對(duì)減少鐵芯碰撞、消除觸頭彈跳，提高交流接觸器電壽命具有很重要的影響。3.2.2 激磁電壓對(duì)吸合過程的影響根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)規(guī)定，交流接觸器控制電壓必須在額定電壓下才能穩(wěn)定閉合。為了更好應(yīng)對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)影響，廠家一般會(huì)把接觸器可靠閉合控制電壓控制在區(qū)間內(nèi)。對(duì)于交流接觸器線圈來說，其

51、磁路方程式如下： （3.8） （3.9）其電磁吸力等效為式（3.10）： （3.10）式（3.10）中：-電源電壓；-感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；-電源頻率；-磁路總磁鏈；-氣隙磁通；-空氣導(dǎo)磁率；-空氣導(dǎo)磁率；-空氣導(dǎo)磁率；-鐵芯端面面積。對(duì)于交流接觸器激磁線圈來說，當(dāng)激磁電壓變化時(shí)，會(huì)造成線圈磁路總磁鏈和磁通量的變化，最終導(dǎo)致線圈產(chǎn)生的電磁吸力發(fā)生變化，進(jìn)而影響了交流接觸器吸合過程。綜上所述，給予接觸器線圈不同的激磁電壓，其磁路中的磁狀態(tài)也會(huì)隨著激磁電壓的變化而變化，因而最佳合閘初相角與激磁電壓值也是息息相關(guān)的。3.2.3 不同激磁方式對(duì)吸合過程的影響由3.2.1和3.2.2節(jié)可知，合閘初相角和激磁電壓值

52、都對(duì)激磁過程產(chǎn)生很重要的影響，通過條件二者之間的關(guān)系，達(dá)到交流接觸器吸合過程的智能優(yōu)化的目標(biāo)。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)激磁控制部件導(dǎo)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻可以進(jìn)一步優(yōu)化吸合過程，根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同可以將激磁控制方式分為：不分段激磁控制方法和分?jǐn)嗉ご趴刂品椒?。圖3.2 不分段激磁控制方案示意圖fig.3.2 the schematic diagram of excitation control method without fragment如圖3.2所示為不分段激磁控制方案。圖中所示時(shí)刻為合閘相角處，即系統(tǒng)檢測(cè)到電壓過零點(diǎn)以后需要延長(zhǎng)的時(shí)間; 時(shí)間段為激磁時(shí)長(zhǎng)。檢測(cè)到交流接觸器完全閉合后，關(guān)閉激磁電源信號(hào)，此刻

53、接入保持電壓進(jìn)行工作保持。但是此控制方法也有其缺陷，此方法是在完全檢測(cè)到接觸器可靠閉合后才關(guān)斷激磁信號(hào)，隨著持續(xù)的激磁作用，動(dòng)鐵芯速度是不斷增大的，不可避免會(huì)在動(dòng)靜鐵芯接觸時(shí)發(fā)生機(jī)械碰撞，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致觸頭發(fā)生二次彈跳現(xiàn)象。針對(duì)此激磁控制方案存在的問題，提出了分段激磁控制方案，控制方案原理如圖3.3所示。圖3.3 分段激磁控制方案示意圖fig.3.3 the schematic diagram of excitation control method with fragment圖3.3中，為合閘初相角；為第一次激磁回路作用時(shí)間；為停止激磁時(shí)間段；為第二次激磁回路作用時(shí)間。然后，再次停止激磁信號(hào)，

54、使交流接觸器鐵心在慣性作用下緩慢吸合，最終實(shí)現(xiàn)交流接觸器吸合過程所謂的“軟著陸”，這種激磁控制方案可以將最大限度減小鐵芯碰撞速度，進(jìn)而減少或消除了觸頭的二次彈跳問題。3.2.4 脈動(dòng)直流激磁方案存在的相關(guān)問題通過前面分析可知，不同的合閘相角、不同的激磁電壓、不同的激磁方案均影響交流接觸器的合閘過程，脈動(dòng)直流激磁方案同樣存在相應(yīng)問題：（1）激磁方案確定的前提下，合閘相角的選擇需要跟隨激磁電壓的變化，同樣激磁電壓是由電網(wǎng)電壓整流而來，波動(dòng)比較大，造成了合閘相角的隨機(jī)性。（2）電網(wǎng)電壓波動(dòng)的檢測(cè)需要精度很高、相移很小的傳感器檢測(cè)跟蹤，從而造成了控制系統(tǒng)成本設(shè)計(jì)的增加。3.3 多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案

55、分析3.3.1 多段脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案原理分析實(shí)驗(yàn)研究表明，脈動(dòng)直流激磁方案可以很好解決主觸頭回跳問題，采用該激磁方案可以很好實(shí)現(xiàn)線圈電磁吸力和彈簧反力之間的配合，實(shí)現(xiàn)了觸頭真正的“軟著陸”。但是這種激磁方式同樣存在不足：（1）線圈控制電壓是由電網(wǎng)整流而來，電網(wǎng)電壓本身有一定波動(dòng)范圍，交流接觸器要求在線圈額定電壓范圍內(nèi)均能保證接觸器可靠閉合。上一節(jié)分析可知，脈動(dòng)直流激磁方案的合閘初相角與激磁電壓是息息相關(guān)的，不同的激磁電壓值對(duì)應(yīng)不同的合閘初相角。從這方面來講，接觸器激磁過程中合閘初相角是不固定的，另一方面也增加了合閘執(zhí)行部分任務(wù)。（2）為了能根據(jù)線圈控制電壓實(shí)時(shí)更改合閘初相角，電壓檢測(cè)電路需

56、要實(shí)時(shí)檢測(cè)和計(jì)算線圈控制電壓值，一方面提高了對(duì)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)精度的要求，另一方面也對(duì)微處理器數(shù)據(jù)處理能力提出更高的要求。對(duì)于交流勵(lì)磁來說，每個(gè)勵(lì)磁周期，勵(lì)磁電壓信號(hào)都會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)過零點(diǎn)。在電壓過零時(shí)由于電磁吸力的瞬間消失使得接觸器動(dòng)、靜鐵心出現(xiàn)來回吸合的現(xiàn)象，既產(chǎn)生噪聲干擾又降低了接觸器的機(jī)械壽命。針對(duì)上述問題，普通交流接觸器在靜鐵心上都會(huì)加上短路環(huán)，既能降低噪聲干擾又提高了接觸器閉合可靠性。但是在接觸器合閘操作時(shí)，短路環(huán)懸伸部分很容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。如果采用多脈沖穩(wěn)壓直流激磁方式則不需要安裝短路環(huán)，只需合理設(shè)計(jì)穩(wěn)壓直流激磁電源和穩(wěn)壓保持電源，就可以實(shí)現(xiàn)交流接觸器合閘過程的穩(wěn)定性和運(yùn)行的可靠性21。采用交流勵(lì)磁時(shí)，靜鐵心不可避免的會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗，而且，如果采用交流信號(hào)維持接觸器穩(wěn)定閉合時(shí)，若此時(shí)給予接觸器分?jǐn)嘈盘?hào)，由于不同的分閘相角對(duì)應(yīng)不同的分?jǐn)噙^程，這就造成了接觸器釋放時(shí)間不固定，對(duì)接觸器分?jǐn)噙^程實(shí)現(xiàn)無弧化帶來一定的難度。研究