【正文】 的電力系統中，供遠距離接通和分斷線路之用；特別適用于電動機的頻繁起動及控制電爐變壓器的關合和分斷；也廣泛使用在電容無功補償裝置中。日本富士公司提出了 SC 系列接觸器的超級電磁機構線路，實現節(jié)能無噪聲運行，改善了電磁機構吸力與負載特性配合，減少觸頭閉合是振動。 就國內研究而言，通過研究得出合閘相角不同，鐵芯閉合末速度不同，觸點振動不同的結論。同時采用穩(wěn)壓直流作為激磁電源還可以避免電網電壓波動的影響，進一步提高了控制精度。主要原因有： 流的零點分斷。缺陷是觸頭改造系統同樣是結合電流過零分斷技術，實施難度比較大。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候，會出現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。采用直流電源保持的另一個好處是 在直流保持下 分斷 接觸器， 其分斷 時間基本穩(wěn)定， 不存在很大分散性， 提高 了交流接觸器 分斷的控制精度。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 課題的研究的理論 依據與實踐方案 在使用交流接觸器控制電氣設備的通斷時，觸點間存在很強的飛弧。在智能 交流 接觸器 分 閘階段，當單片機給出 分 閘信號后，主觸頭開始進行分閘操作，同時雙向可控硅觸發(fā)電路給出觸發(fā)信號。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、智能化的測試技術、基于現場總線的通信技術角度出發(fā)，提出本文的研究背景與意義。通過對比本文選擇多脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案 ， 針對最佳激磁參數的確定本文設計了相應的實驗電路，并根據實驗得出的最佳激磁參數設計 相應的系統激磁電源和 智能激磁 執(zhí)行電路。 通過分析對比，本文采用 無觸點分斷控制技術。硬件方面： 根據產品所要求的具體技術指標進行硬件 線路的設計。對采樣電流值進行即采即比，求取主線路電流的有效值，根據電流有效值計算該電流下對應的溫升，根據對計算值與設定溫升值的比較，實現對主線路發(fā)生過載故障時的保護 。 本文設計的 交流接觸器主要從兩個方面進行智能改進： （ 1）針對普通交流接觸器采用交流勵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） 針對無弧分合閘的設計要求，對接觸器觸頭 系統進行無觸點電子開關改進，具體做法是每相觸頭兩端并聯一個雙向可控硅。交流接觸器合閘過程最容易 出現二次彈跳，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。針對這一問題，智能交流接觸器對接觸器分閘過程進行相關智能改進，主要是采用了無觸點分 閘的智能控制理念，也是本文研究的重點內容 [13]。 （ 2）分閘過程的無弧化控制 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 針對分閘過程產生的強烈電弧影響，本文 采用了無觸點分斷控制策略，主要做法是在每相觸頭兩端并聯一個雙向可控硅，主要是利用雙向可控硅在分閘的瞬間實現分流的功能。通過對硬件電路的設計和調試，實現對過載保護、過壓保護、欠壓保護和漏電保護等 故障保護功能 。 靜觸頭反力彈簧動鐵芯靜鐵芯勵磁線圈動觸頭 圖 交流接觸器結構示意圖 Sc hematic diagram of AC c ontac t or 交流接觸器工作原理：當接觸器線圈得電后，勵磁線圈內部產生交變的磁場進而產生電磁吸力，而后動鐵芯在靜鐵芯的吸力作用下加速吸合，同時反力彈簧受到動鐵芯的連帶壓縮，進而動靜觸頭接觸，接觸器合閘成功；當接觸器失電后，勵磁線圈內部不會再產生電磁吸力，此時動鐵芯在反力彈簧的作用下向分離方向運行，進而分閘成功。當接到合閘信號后，首先觸發(fā)并聯在觸頭兩端的雙向可控硅，然后接通激磁電源控制電路，并按照之前設定的激磁方式進行智能激磁，當檢測到觸頭已完全閉合后，斷開可控硅觸發(fā)信號，實現智能 合閘過程。接觸器完全分斷后，斷開雙向可控硅觸發(fā)信號，雙向可控硅便在電流過零時自行關斷，實現無弧分閘過程 [14]。系統具體實現原理如圖 所示。若系統處于欠壓狀態(tài)可以給出故障報警和實際電壓值，根據檢測的三相電壓值計算三相負荷不平衡度，若在運行范圍內即不影響正常工作時，負載保持運行狀態(tài)；當三相不平衡度超過 限定值則停止系統運行進行故障檢修，并給出報警信號。主要介紹了針對普通交流接觸器激磁系統及觸頭進行的智能改造方案。所以對交流接觸器吸合過程進行智能控制是提高交流接觸器整體性能的重要手段 [15]。C1C2 圖 普通交流接觸器結構示意圖 General AC c ontac tor struc ture diagram 動靜觸頭在閉合過程會產生彈跳，由此引起斷續(xù)電弧的產生，對觸頭造成侵蝕和燒損，嚴重影響接觸器的壽命。 首先是動、靜觸頭相互接觸碰撞，此刻動觸頭具備一定動能，其具備的動能能量一部分消耗在動靜觸頭的形變上，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觸頭反向運動上 。 觸頭之間的振動將造成觸頭彈開產生電弧，當電流為 i 時，其電弧能量為 : 1( ). .haE u u i dt??? () 式中， au 為電極的近極區(qū)壓降， 1u 為弧柱壓降，當觸頭材料為 2Agsno 時， au 值為(9~12)V 。如果能有效實現合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、靜 鐵心 碰撞瞬間 的速度， 進而 減少 動、靜 鐵心 碰撞 能量， 進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械壽命，而且還提高了交流接觸器的電壽命 。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加在接觸器線圈上進行勵磁操作的，且激磁電源是通過電網相電壓整流得到的脈動直流電源。 39。39。 m0s in ( ) 1ti I t I e ?? ???? ? ? ? ??????? （ ） m0s in ( ) 12ttTi I t e I e ??? ?? ????? ? ? ? ??????? ?? （ ） 由上述理論分析發(fā)現，當合閘初相角 ? 不同時，接觸器線圈中激磁電流具有不同的變化規(guī)律。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 激磁電壓對吸合過程的影響 根據 20xxGB ? 標準 參數 規(guī)定， 交流接觸器控制電壓必須在 85% 額定電壓下才能穩(wěn)定閉合。 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的。圖中 所示 1t 時刻 為 合閘相角處，即 系統檢測到電壓 過 零點以后 需要延長的時間 。針對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 所示。 （ 2）電網電壓波動的檢測需要精度很高、相移很小的傳感器檢測跟蹤，從而造成了控制系統成本設計的增加。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。針對上述問題，普通交流接觸器在靜鐵心上都會加上短路環(huán)，既能降低噪聲干擾又提高了接觸器閉合可靠性。研究表明， 當交流 接觸器 完成合閘操作 后， 不需要施加很高的電壓就可以保持交流接觸器處于吸合狀態(tài) 。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 多 段 脈沖穩(wěn)壓直流 激磁系統參數分析 按照 93? 規(guī)定，交流接觸器操作電磁鐵 需 在 85% 額定電壓下 穩(wěn)定 吸合。對于 AC 4? 使用類型 來說 ，接觸器 吸合瞬間 主觸頭需 承擔大于主回路 額定電流 6 倍的電流 沖擊 ， 所以如果不能很好解決合閘過程觸頭彈跳 問題的話，觸頭彈跳產生的 斷續(xù)電弧 將會 對 主 觸頭 產生強烈的侵蝕影響 。 具體的測試方法：測試 系統 按一定規(guī)律改變 激磁電壓 及 激磁時間 兩個參數 ， 而后測量接觸器主觸頭回跳時間以及接觸器完全 吸合時間， 最后根據每組實驗給出的 激磁電壓與激磁時間 以 及 實驗得到的 回跳時間和 吸合時間 得出變量之間 的對應關系。 t(m s )U/VU 0U 1T 激磁T on T 1 T of fT 保持 圖 激磁時序圖 The exc itation sequenc e diagram 本文采用的激磁方案是多段脈沖 穩(wěn)壓直流 激磁，直流小電壓保持的智能激磁方案。在主觸頭可靠閉合的前提下，保證振動時間最短和閉合時間盡可能短 [25]。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 5V51 0 ΩGN D 圖 觸頭振動檢測原理圖 Contac t vibration measuring princ iple diagram （ 2） 激磁結果分析及激磁參數確定 最短激磁時間、吸合時間與電壓的關系如圖 所示。當然準確控制激磁電壓也是重中之重，若線圈添加的激磁電壓過大時，若激磁時間把握不好，很容易造成線圈發(fā)熱以至于燒壞；另外， 激磁電壓過大時，同樣會增加硬件設計成本和負擔。針對德力西公司的CJ10 20? 交流接觸器參數查詢，其最小保持電壓可以為 15V。 穩(wěn)壓直流激磁電源的設計 由 93? 規(guī)定及 CJ10 20? 型交流接觸器參數可知 ，接觸器線圈控制電壓必須保持在 85%以上才能使接觸器可靠吸合。差分電路的設計類似與反饋設計方法，通過輸出電壓與基準電壓的比較，按一定比例進行調節(jié)直到二者相同為止。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 1234D6B R I D G E 1C647 0 0u FC710 u FC510 u FD7I N 4 00 7D8D I O D EQ6I R F D 11 0R 162. 4K / 2 WQ890 1 3R 20 1KQ7T L 43 1C910 u FC8R 17R 18470~ 2 4 V / 5 0 H z+ 24 V 圖 24V 穩(wěn)壓保持電源原理圖 keeping 24V regulated pow er supply sc hematic diagram 220V 交流工頻電壓經降壓整流穩(wěn)壓得到 30V 直流。 智能 激磁 硬件 部分 設計 由上述激磁方案可知，準確控制激磁電源和保持電源時間是實現智能激磁的關鍵所在，本文選擇 MOSFET IRF840作為激磁執(zhí)行機構的開關管，主要用來控制 240V 激磁電源和 24V 保持電源的通斷，圖 所示電路圖為激磁電源控制執(zhí)行機構。 I R F 840U3R3510+5R5100+ 24R 16100D7+ 24 0VD9R 17680R 18100C6 FI R F 840U4R 19510+5R 20100+ 24R 21100D8+ 24 VD 10R 22680R 23100C7 F線圈P C 4P C 5 圖 激磁電源控制執(zhí)行 部分 原理圖 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 Exc itation pow er c ontrol ac tuator princ iple diagram 智能 激磁 軟件部分 設計 多脈沖穩(wěn)壓直流激磁控制方案的成功實施是在硬件部分和軟件部分相互配合下達到的，硬件是控制系統的骨骼，軟件就是控制系統的靈魂。 穩(wěn)壓保持電源紋波情況如圖 ，測試放大倍數為 ，從圖中可以發(fā) 現紋波電壓小于 ，測試未采用衰減，具體數值如圖 。 具體的軟件流程如圖 所示。當智能控制系統得到合閘信號時，Atmega16L 根據之前實驗得到的反力與吸力數據曲線圖，分析計算相應的控制方案，進而控制激磁執(zhí)行機構實現智能控制。 TL431 提供 的電壓基準，并調節(jié) MOSFET 的 GS 端電壓差，從而控制 MOSFET 通斷，調節(jié)輸出電壓使之穩(wěn)定 。 穩(wěn)壓直流保持電源設計 CJ10 20? 交流接觸器可靠閉合后，只需要加不小于 24V 的直流電壓，接觸器就可以穩(wěn)定運行，同時達到節(jié)能和分閘時間一致性高的要求。 1234D2B R I D G E 1Q1C 323 0Q2C 368 8C2C1220 uF 50 VC3R1Q3C 100 8R2R4R3D1I N 4 735D3Q4C 100 8Q5C 100 8R 10R8R5120 KR9R 15 R7R6D4I N 4 735D5 I N 4 735R 12100 KR 11R 13R 14120 KC4220 uF~ 2 2 0 V / 5 0 H z+ 2 4 0 V 圖 240V 激磁電源原理圖 The 240V exc itation pow er supply sc hematic diagram 圖 所示為 240V 激磁電源原理圖。為此，本文選擇 24V 直流電壓作為穩(wěn)壓保持電壓，不僅可以保證交流接觸器可靠閉