【正文】 （ ） 式（ ）中： u 電源電壓； E 感應(yīng)電動勢； f 電源頻率； ? 磁路總磁鏈； ? 氣隙磁通； 0? 空氣導(dǎo)磁率； 0? 空氣導(dǎo)磁率； 0? 空氣導(dǎo)磁率； A 鐵芯端面面積。 檢測到交流接觸器完全閉合后，關(guān)閉激磁電源信號，此刻接入保持電壓進(jìn)行工作保持。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范圍， 交流接觸器要求在線圈額定電壓 (85% ~ 110%)范圍內(nèi)均能保證接觸器可靠閉合。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 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]。 F 額定F 吸合FδF f 圖 吸力和反力配合曲線圖 Suc tion and antiattrac tion matc hing graph 通過上述分析可知，使動、靜鐵芯碰撞時速度達(dá)到最?。词箖烧吲鲎材芰浚┳钚〖忍岣吡私涣鹘佑|器的機(jī)械壽命又改善了交流接觸器的電壽命。 接觸器接到合閘 信號 后，經(jīng)過信號 調(diào)理電路 調(diào)節(jié) ，觸發(fā) Atmega16L 內(nèi)部定時器 1開始進(jìn)行 計數(shù) 操作 ， 在定時器溢出中斷處理程序中對激磁電壓 觸發(fā)信號 進(jìn)行調(diào)節(jié) [24]。采用三個主觸頭串聯(lián)方式，可以反映交流接觸器觸頭整體振動情況。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 交流接觸器可靠閉合后，需要添加穩(wěn)壓保持電 壓進(jìn)行吸合保持。 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。 TL431 提供 的電壓基準(zhǔn)，并調(diào)節(jié) MOSFET 的 GS 端電壓差，從而控制 MOSFET 通斷，調(diào)節(jié)輸出電壓使之穩(wěn)定 。 具體的軟件流程如圖 所示。 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(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 Exc itation pow er c ontrol ac tuator princ iple diagram 智能 激磁 軟件部分 設(shè)計 多脈沖穩(wěn)壓直流激磁控制方案的成功實(shí)施是在硬件部分和軟件部分相互配合下達(dá)到的，硬件是控制系統(tǒng)的骨骼，軟件就是控制系統(tǒng)的靈魂。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)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(jīng)降壓整流穩(wěn)壓得到 30V 直流。 穩(wěn)壓直流激磁電源的設(shè)計 由 93? 規(guī)定及 CJ10 20? 型交流接觸器參數(shù)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。當(dāng)然準(zhǔn)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(shè)計成本和負(fù)擔(dān)。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]。 具體的測試方法：測試 系統(tǒng) 按一定規(guī)律改變 激磁電壓 及 激磁時間 兩個參數(shù) ， 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(jù)每組實(shí)驗(yàn)給出的 激磁電壓與激磁時間 以 及 實(shí)驗(yàn)得到的 回跳時間和 吸合時間 得出變量之間 的對應(yīng)關(guān)系。 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 激磁系統(tǒng)參數(shù)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。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。 （ 2）電網(wǎng)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(tǒng)成本設(shè)計的增加。圖中 所示 1t 時刻 為 合閘相角處，即 系統(tǒng)檢測到電壓 過 零點(diǎn)以后 需要延長的時間 。 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 激磁電壓對吸合過程的影響 根據(jù) 20xxGB ? 標(biāo)準(zhǔn) 參數(shù) 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。39。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(jìn)行勵磁操作的，且激磁電源是通過電網(wǎng)相電壓整流得到的脈動直流電源。 觸頭之間的振動將造成觸頭彈開產(chǎn)生電弧，當(dāng)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(dāng)觸頭材料為 2Agsno 時， au 值為(9~12)V 。C1C2 圖 普通交流接觸器結(jié)構(gòu)示意圖 General AC c ontac tor struc ture diagram 動靜觸頭在閉合過程會產(chǎn)生彈跳，由此引起斷續(xù)電弧的產(chǎn)生，對觸頭造成侵蝕和燒損，嚴(yán)重影響接觸器的壽命。主要介紹了針對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。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)原理如圖 所示。當(dāng)接到合閘信號后，首先觸發(fā)并聯(lián)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(shè)定的激磁方式進(jìn)行智能激磁，當(dāng)檢測到觸頭已完全閉合后，斷開可控硅觸發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)智能 合閘過程。通過對硬件電路的設(shè)計和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對過載保護(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 。針對這一問題，智能交流接觸器對接觸器分閘過程進(jìn)行相關(guān)智能改進(jìn)，主要是采用了無觸點(diǎn)分 閘的智能控制理念，也是本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容 [13]。 本文設(shè)計的 交流接觸器主要從兩個方面進(jìn)行智能改進(jìn)： （ 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(shè)計要求，對接觸器觸頭 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)一個雙向可控硅。硬件方面： 根據(jù)產(chǎn)品所要求的具體技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行硬件 線路的設(shè)計。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(shù)的確定本文設(shè)計了相應(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 相應(yīng)的系統(tǒng)激磁電源和 智能激磁 執(zhí)行電路。在智能 交流 接觸器 分 閘階段，當(dāng)單片機(jī)給出 分 閘信號后，主觸頭開始進(jìn)行分閘操作，同時雙向可控硅觸發(fā)電路給出觸發(fā)信號。采用直流電源保持的另一個好處是 在直流保持下 分?jǐn)?接觸器， 其分?jǐn)?時間基本穩(wěn)定， 不存在很大分散性， 提高 了交流接觸器 分?jǐn)嗟目刂凭?。缺陷是觸頭改造系統(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。同時采用穩(wěn)壓直流作為激磁電源還可以避免電網(wǎng)電壓波動的影響，進(jìn)一步提高了控制精度。日本富士公司提出了 SC 系列接觸器的超級電磁機(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。 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)各個領(lǐng)域中需求很大的低壓電器，在任何國家都不例外。這種電路通過反饋信號，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，可大幅度提高 AC3? 使用條件下的電氣壽命。 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) 1500 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。 除了針對交流接觸器 合閘和分閘階段 進(jìn)行智能改造外，本文還對交流接觸器 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。對于 AC4 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 。并且設(shè)計了智能激磁操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而保證了激磁過程的穩(wěn)定性；第二針對觸頭系統(tǒng)進(jìn)行智能改造。 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 ...................................................... 錯誤 !未定義書簽。針對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。該系列產(chǎn)品的核心是具有智能芯片 SURE ，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對閉合過程進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，達(dá)到能量平衡，實(shí)現(xiàn)動鐵心的軟著陸，減弱動靜鐵心的沖擊，減小觸頭的彈跳。 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。但對于分閘過程無弧化未能實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上要完全實(shí)現(xiàn)同步分?jǐn)嗍鞘掷щy的。同時通一交流電勵磁的時候，每個周期交流電都有 兩個過零點(diǎn)。即勵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。 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)計中應(yīng)用的重要性。類似與第四章介紹， 針對交流接觸器分?jǐn)噙^程智能控制理念，介紹了兩種主要分?jǐn)嗬砟睿?零電流分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)和無觸點(diǎn)分?jǐn)嗫刂萍夹g(shù)。 軟件部分 ： 根據(jù) 各種保護(hù)的優(yōu)先級，完成主程序的設(shè)計。并且根據(jù)激磁參數(shù)設(shè)計了相應(yīng)的穩(wěn)壓激磁電源和保持電源。從而大大減少了觸頭二次彈跳的幾率。 本文選用德力西公司的 CJ10 20? 交流接 觸器如圖 所示，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 20A ， 環(huán)境參考溫度為 30℃ ~40℃ ， 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 。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?。若發(fā)現(xiàn)負(fù)載正在缺相運(yùn)行，可立即封鎖激磁信號，使系統(tǒng)停止運(yùn)行并給出故障信息。而鐵芯碰撞是影響交流接觸器機(jī)械壽命的重要因素，觸頭彈跳又是影響交流接觸器電壽命的重要影響因素。不考慮主觸頭電動力的影響，以普通交流接觸器 電磁系統(tǒng) (見圖 )為例，分析其運(yùn)動過程如下 : 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計論文 一次彈跳 ： 線圈通電以后，電磁系統(tǒng)產(chǎn)生電磁吸力 xf ，當(dāng) xf 大于反力彈簧 1C 的反力 1f時，動鐵心和動觸頭開始運(yùn)動。 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，需要對接觸器電磁系統(tǒng)進(jìn)行一系列智能改進(jìn)。 0sin ( )mu U t U??? ? ? （ ） 39。 m0sin( ) sin( ) 1ttTiii I t e I e ?? ? ? ? ????? ??? ? ? ? ? ? ??? ?????? （ ） 式（ ）中： mI 穩(wěn)態(tài)電流幅值。 對于交流接觸器激磁線圈來說，當(dāng)激磁電壓變化時，會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。但是此控制方法也有其缺陷，此方法是在完全檢測到接觸器可靠閉合后才關(guān)斷激磁信號，隨著持續(xù)的激磁作用，動鐵芯速度是不斷增大的，不可避免會在動靜鐵芯接觸時發(fā)生機(jī)械