【正文】 ............................................ 51 溫升計算算法分析 ................................................................. 52 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 本章小結(jié) ................................................................................... 54 6 結(jié)論 ................................................................................................... 55 參 考 文 獻 .................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 1 緒論 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控制設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種電網(wǎng)配電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)之中，是電氣自動化設(shè)備不可缺少的元件。特別對于 AC 4?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，不可避免的會產(chǎn)生強烈電弧侵蝕，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。普通交流接觸器分?jǐn)噙^程也會在大分?jǐn)嚯娏鞯挠绊懴庐a(chǎn)生強烈電弧影響，對交流接觸器分?jǐn)噙^程智能改造也是非常必需的，使得交流接觸器分?jǐn)噙^程基本實現(xiàn)無弧化。美國西屋公司 (westinghouse )推出的“ Advantage ”智能接觸器，額定電流有45A ， 135A， 540A 三種框架。該接觸器還具有通信功能，能夠把電動機的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸給自動控制系 統(tǒng)。我國每年需求量大約一億臺，產(chǎn)值約百億。 智能型交流接觸器一般從以下 四 個方面進行研究和發(fā)展 。德國金鐘 穆勒公司的 DILM 系列智能接觸器采用電壓反饋方案，當(dāng)線路電壓變動時，能夠?qū)崿F(xiàn)恒流控制，保證動 態(tài)吸力特性與反力特性很好的配合 [4]。缺陷是針對不同的電壓，合閘相角不同故合閘相角的準(zhǔn)確計算是個難點，而且只能實現(xiàn)接觸器微弧合閘，無法實現(xiàn)無弧合閘操作。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 交流接觸器 分閘控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 針對智能交流接觸器分閘技術(shù)，國內(nèi)外研究人員進行了深入的探索。由于工藝和機構(gòu)等原因，接觸器的分?jǐn)鄷r間不穩(wěn)定，即分?jǐn)鄷r間離散性大；，給接觸器動作機構(gòu)帶來一定困難，增加接觸器負(fù)擔(dān)； 觸器控制模塊增加難度。 首開相觸頭 圖 觸頭改造系統(tǒng)示意圖 The sc hematic diagram of elec tric c ontac t 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，運行期間由主觸頭分擔(dān)電流，分?jǐn)?過程中由電力電子器件分擔(dān)電流，實現(xiàn) 微弧或者 無弧分?jǐn)?，提高接觸器電壽命 [5,6]，具體實施方法如圖 所示。 交流接觸器閉合之后，若仍然采用交流電壓保持吸合，將會造成極大的電能浪費。 圖 為低壓直流保持控制技術(shù)示意圖。特別是頻繁地啟動和停止設(shè)備時，更易使觸點粘合或燒毀，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)重時會由于觸點飛弧或燒融而導(dǎo)致生產(chǎn)事故。主觸頭分?jǐn)鄷r，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，雙向可控硅滿足導(dǎo)通條件，進而主電路電流流經(jīng)雙向可控硅，主觸頭分?jǐn)噙^程無電弧產(chǎn)生。 第二章 主要論述了智能交流接觸器整體設(shè)計思路并詳細(xì)介紹了智能交流接觸器工作原理及其智能改進目標(biāo)，同時介紹了智能交流接觸器所具備的智能保護功能并詳細(xì) 介紹了各個模塊工作原理。通過智能激磁實驗測試發(fā)現(xiàn)，智能激磁大大 減少了接觸器觸頭回跳時間，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。 針對雙向可控硅選型及觸發(fā)模式本章也進行了詳細(xì)分析，硬件電路搭建完畢后，本文對交流接觸器分?jǐn)噙^程進行了相應(yīng)的實驗測試，實驗測試結(jié)果表明，針對交流接觸器分?jǐn)噙^程的智能改進方案有效。通過對硬件電路的設(shè)計和調(diào)試，實現(xiàn)對過載保護、過壓保護、欠壓保護和漏電保護等不同電流、電壓信號的采集和處理 。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)，對三相電流進行矢量求和后的中線電流求取有效值，通過與設(shè)定值進行比較，實現(xiàn)主線路漏電故障的保護 ，進而 完成各個功能子程序的設(shè)計與調(diào)試。 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。對于 AC3 使用類別來說，合閘過程中主觸頭需承受主回路 6 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。 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行交流勵磁勢必會引起主觸頭彈跳，這也是造成觸頭二次彈跳的主要原因。 最終達(dá)到無弧分閘的目標(biāo)。實現(xiàn)對中央處理單元、執(zhí)行單元和鍵盤及顯示單元的設(shè)計和調(diào)試。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 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)動模塊以及智能激磁控制電路組成。當(dāng)接到分閘信號時，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)信號一段時間后，斷開保持電源，使接觸器進入分閘過程。 為了給予 交流接觸器 智能分合閘 的良好環(huán)境，排除負(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)點外，還具備 智能 保護功能，具體實現(xiàn)原理如圖 所示。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 缺相保護電路三相電流信號三相電壓信號信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路A T M E G A 1 6 單 片機負(fù)載線圈電壓信號線圈A B CIa Ib IcUa Ub UcKMT A T B T C線圈電流信號輸入電壓信號調(diào)理電路智能激磁調(diào)理電路輸入電壓幅值檢測電路 圖 智能 保護原理 框圖 The bloc k diagram of fault protec tion 圖 中 KM 為普通交流接觸器，選擇工作場合為工頻 50Hz，相電壓 220V，線電壓380V。 智能交流接觸器實驗樣機 智能交流接觸器樣機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。除此之外還添加了 智能 保護功能，使交流接觸器更加趨于智能化。 直流激磁方式是近年來 國內(nèi)外針對電磁系統(tǒng)改進的熱點，直流激磁可以很好的控制激磁能量以便控制動鐵心吸合速度，減少觸頭二次彈跳幾率；同時，接觸器穩(wěn)定閉合之后采用直流小電壓便可維持運行，從而大大降低了接觸器運行功耗?？蓜硬糠衷谂鲎菜查g的動能，可以根據(jù)式 ()進行計算 : 21.,2dw m v? () 式（ ）中： m— 動觸頭的質(zhì)量； v— 動、靜觸頭碰撞瞬間動觸頭的速度。 此刻，接觸器動鐵芯繼續(xù)向下運動，而動觸頭則反向運動，同時之前壓縮彈簧產(chǎn)生的反力又減緩觸頭反向運動趨勢，在彈簧拉力的影響下，動觸頭向相反反向運動的趨勢又轉(zhuǎn)變成向下運動的趨勢，動、靜觸頭 再次 碰撞、再 次 彈開，直到彈跳停止為止。一般觸頭振動時間為 (2~6)ms ，減少 二次彈跳時間，可以降低電弧能量，從而減少 電弧 對 觸頭 的 侵蝕 影響 。 脈動直流激磁方案分析 脈動直流激磁方案采用的經(jīng)電網(wǎng)整流得來的脈動直流信號進行勵磁操作，同時采用穩(wěn)定直流信號進行運行保持操作。故接觸器線圈中的電壓 ()ut ，電流 ()it ，磁通 ()t? 都是隨時間不斷變化的。39。i 電流暫態(tài)分量； ? 合閘初相角； i? 電壓、電流之間相位差； T 電磁時間常數(shù)； 0U 直流吸持電壓； 0I 直流吸持電流；Z— 電路阻抗， 22Z R L???。激磁電流的變化造成線圈磁路中磁鏈、線圈電磁吸力、動鐵芯運行速度等參數(shù)變化規(guī)律也一直變化，這也對接觸器吸合過程造成很大影響。為了更好應(yīng)對電網(wǎng)波動影響，廠家一般會把接觸器可靠閉合控制電壓控制在(70% ~ 75%) 區(qū)間內(nèi)。 不同激磁方式對吸合過程的影響 由 和 節(jié)可知，合閘初相角和激磁電壓值都對激磁過程產(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)。 2t 時間段 為激磁時 長 。 t 1 t 2UU 采樣電壓wtt 3 t 4 圖 分段激磁控制方案示意圖 The sc hematic diagram of exc itation c ontrol method w ith fragment 圖 中， 1t 為合閘 初相角 ； 2t 為 第一次激磁回路作用 時間 ； 3t 為 停止 激磁時間 段； 4t為 第二次激磁回路作用 時間 。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 多 段 脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案 分析 多 段 脈沖穩(wěn)壓直流激磁方案原理分析 實驗研究表明，脈動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現(xiàn)線圈電磁吸力和彈簧反力之間的配合，實現(xiàn)了觸頭真正的“軟著陸”。 （ 2）為了能根據(jù)線圈控制電壓實時更改合閘初相角，電壓檢測電路需要實時檢測和計算線圈控制電壓值，一方面提高了對電壓檢測電路檢測精度的要求， 另一方面也對 微處理器數(shù)據(jù)處理能力提出更高的要求。但是在接觸器合閘操作時，短路環(huán)懸伸部分很容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。 實驗測試表明，若采用直流小電壓保持的控制策略，不僅可以降低交流接觸器運行時功耗，還可以提高交流接觸器分?jǐn)噙^程的穩(wěn)定性。圖 所示 為線圈通電后產(chǎn)生的電磁吸 力特性 )(F ?f?吸合 和彈簧反力特性)(F ?ff ? 之間的關(guān)系圖 ， 從圖中可以發(fā)現(xiàn)，若對接觸器線圈采用額定電壓激磁時 ，其 彈簧反力 Ff 遠(yuǎn)小于線圈電磁吸力 額定F ， 這種激磁方式會造成合閘 過程 動鐵心 的動能 過大 ， 既對動、靜鐵芯的機械壽命產(chǎn)生影響還造成接觸器主觸頭產(chǎn)生不必要的彈跳 。 特別對于感性負(fù)載來說 ， 合閘過程觸頭回跳現(xiàn)象會令主回路電流激增，產(chǎn)生更加強烈的電弧，對主觸頭的侵蝕影響更為嚴(yán)重 。 合閘 按鍵在 onT 時刻給出 合閘 信號 , ofT 時刻給出 激磁結(jié)束 信號。具體實施過程如下：當(dāng)智能交流接觸器接到合閘信號后 (即時刻 onT )，微處理器立即輸出激磁電壓觸發(fā)信號，接觸器在激磁電壓的作用下開始進行合閘操作，當(dāng)激磁電源加在勵磁線圈上時，動鐵芯在靜鐵芯的吸力作用下做加速運動，而后斷開激磁電源，此時動鐵芯在彈簧反力的作用下做減速運動，而后以這種勵磁方式循環(huán)勵磁直到主觸頭閉合，這種激勵方式的關(guān)鍵在于選擇合適的激磁占空比，使得觸頭閉合的瞬間速度接近于 0。 將一直流電源和負(fù)載電阻加于串聯(lián)的接觸器觸頭兩端，電阻兩端的電壓反映了在接觸器觸頭閉合的過程中觸頭的振動情況。 75 10 0 12 5 15 0 17 5 20 0 22 5 25 0 27 5 30 00102030405060708075 10 0 12 5 15 0 17 5 20 0 22 5 25 0 27 5 30 001020304050607080T/m sU/ v最佳激磁時間吸合時間 圖 最佳激磁時間與吸合時間原理圖 Optimal exc itation time and response time diagram 實驗測試按照 10V 增幅進行實驗測試，電壓測試范圍為 (90V ~ 300V)。 此外，電網(wǎng)三相線電壓并不是穩(wěn)定在 380V 不變，而是有一個跳躍范圍，一般為上下10%，而且交流接觸器線圈控制電壓吸合電壓范圍在 (85% ~ 110%)范圍，該因素的影響必須考慮在激磁電源設(shè)計中，通過圖 及實驗測試選擇 240V 穩(wěn)壓直流作為最佳激磁電壓。但是，通過實驗發(fā)現(xiàn)，如果添加低于 20V 直流電壓很容易出現(xiàn)不能閉合的情況。同樣，電網(wǎng)電壓也有其波動范圍，這都需要考慮到激磁電源設(shè)計過程中。同樣，該電路還將溫度因素影響考慮在內(nèi)，使得電路更加強壯。 30V 經(jīng)升壓得到 60V 用于控制MOSFET 的通斷。 單片機上電 復(fù)位后， I/O 口被置位為 1，光耦處于不導(dǎo)通狀態(tài)，進而 MOSFET 得不到驅(qū)動信號也處于截止?fàn)顟B(tài)，接觸器線圈得不到供電信號。智能激磁控制的主要參數(shù)如下：激磁時間控制在 ，激磁頻率為 ，激磁信號周期為 256us，占空比為 %。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 圖 激磁電源的紋波波形圖 The ripples of 240VDC exc itation pow er 圖 穩(wěn)壓保持電源紋波波形圖 The ripples of the 24VDC holding pow er 實驗樣機合閘