【正文】 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)生機械碰撞，同時還會導致觸頭 發(fā)生二次彈跳現(xiàn)象。 m0sin( ) sin( ) 1ttTiii I t e I e ?? ? ? ? ????? ??? ? ? ? ? ? ??? ?????? （ ） 式（ ）中： mI 穩(wěn)態(tài)電流幅值。 為了有效解決接觸器合閘過程中產生的觸頭二次彈跳問題，需要對接觸器電磁系統(tǒng)進行一系列智能改進。而鐵芯碰撞是影響交流接觸器機械壽命的重要因素，觸頭彈跳又是影響交流接觸器電壽命的重要影響因素。此后，觸頭便承擔起主電路電流的分流任務直到接觸器完全分斷為止。從而大大減少了觸頭二次彈跳的幾率。 軟件部分 ： 根據 各種保護的優(yōu)先級，完成主程序的設計。 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，首先根據國內外低壓電器的發(fā)展狀況，分析了電器產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在電器優(yōu)化設計中應用的重要性。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。但對于分閘過程無弧化未能實現(xiàn)。該系列產品的核心是具有智能芯片 SURE ，這種芯片能夠對操作電磁機構的線圈進行智能控制，通過線圈的電流信號對閉合過程進行動態(tài)調節(jié)，達到能量平衡，實現(xiàn)動鐵心的軟著陸，減弱動靜鐵心的沖擊，減小觸頭的彈跳。 學位論文原創(chuàng)性聲明 ...................................................... 錯誤 !未定義書簽。對于 AC4 使用類別下， 合閘階段 觸頭 二次彈跳 產生的 斷續(xù)電 弧和 分閘階段產生的電弧 是影響交流接觸器 電壽命的主要因素 。 隨著新材料新工藝的采用，交流接觸器機械壽命大幅度提高，機械壽命已達 1500 萬次以上，只有機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。 交流接觸器是現(xiàn)代工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、石油化工、冶金、建筑等國民經濟各個領域中需求很大的低壓電器，在任何國家都不例外。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。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。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)的確定本文設計了相應的實驗電路，并根據實驗得出的最佳激磁參數(shù)設計 相應的系統(tǒng)激磁電源和 智能激磁 執(zhí)行電路。 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(tǒng)進行無觸點電子開關改進，具體做法是每相觸頭兩端并聯(lián)一個雙向可控硅。通過對硬件電路的設計和調試，實現(xiàn)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 。系統(tǒng)具體實現(xiàn)原理如圖 所示。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。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。 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(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。 （ 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(tǒng)成本設計的增加。 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(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。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]。 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(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。 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(tǒng)的骨骼，軟件就是控制系統(tǒng)的靈魂。 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 。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 交流接觸器可靠閉合后，需要添加穩(wěn)壓保持電 壓進行吸合保持。 接觸器接到合閘 信號 后，經過信號 調理電路 調節(jié) ，觸發(fā) Atmega16L 內部定時器 1開始進行 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 進行調節(jié) [24]。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)， 只需合理設計 穩(wěn)壓直流激磁 電源 和穩(wěn)壓保持電源，就可以實現(xiàn)交流接觸器合閘過程的穩(wěn)定性 和運行的可靠性 [21]。 檢測到交流接觸器完全閉合后，關閉激磁電源信號，此刻接入保持電壓進行工作保持。 由于 LT R? ，i Rctg L? ??,m mUI R?，可以將式（ ）改成式（ ）所示。對 于 普通交流接觸器 而言 ， 交流接觸器合閘過程產生的 二次彈跳 對主觸頭的影響遠大于 一次彈跳 產生的 影響 [16]。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 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很復雜的動態(tài)過程，普通交流接觸器采用交流勵磁，很容易造成交流接觸器出現(xiàn)鐵芯碰撞和觸頭彈跳問題。由于觸頭的接觸電阻隨著分斷過程不斷增加，導致觸頭兩端電壓也不斷增加，當增加到一定程度后觸頭便滿足導通條件。本文根據實驗測得的最佳激磁參數(shù)對電磁系統(tǒng)進行智能改進，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，主要是根據之前設定使線圈電磁吸力和彈簧反力之間良好配合，最終使動鐵心實現(xiàn)“零速度”著陸。實現(xiàn)對中央處理單元、執(zhí)行單元和鍵盤的設計和調試。延時一段時間關閉雙向可控硅觸發(fā)信號，則雙向 可控硅 在主電路電流過零時自然關斷，從而完成 了交流接觸器分斷過程的無弧操作。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 V1 V3V4 V2BH BHLHZC 圖 混合 開關 原理 圖 The sc hematic diagram of hybrid sw itc h 節(jié)能保持技術發(fā)展狀況 普通交流接觸器線圈以交流電勵磁的時候，線圈不可避免會產生渦流損耗和磁滯損耗，在接觸器正常工作時，線圈功耗非常大，造成不必要的能量浪費。 綜合國外研究發(fā)現(xiàn)，他們對于智能交流接觸器研究存在一些不足之處，比如，大多數(shù)是對電磁系統(tǒng)進行改進，實現(xiàn)合閘過程的穩(wěn)定性，減少了主觸頭回跳次數(shù)。被廣泛應用于綜合監(jiān)控、保護和通訊系統(tǒng) IMPCC (Integrated Monitoring Protection and Control Communication System)。 作 者 簡 歷 .................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 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生的電弧問題是提高交流接觸器電壽命的關鍵所在 。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。我國每年需求量大約一億臺，產值約百億。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 交流接觸器 分閘控制技術發(fā)展狀況 針對智能交流接觸器分閘技術，國內外研究人員進行了深入的探索。 圖 為低壓直流保持控制技術示意圖。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。 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。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計和調試。 20xx 畢業(yè)設計論文 20xx 畢業(yè)設計論文 缺相保護電路三相電流信號三相電壓信號信號調理電路信號調理電路A T M E G A 1 6 單 片機負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理電路智能激磁調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?？蓜硬糠衷谂鲎菜查g的動能，可以根據式 ()進行計算 : 21.,2dw m v? () 式（ ）中： m— 動觸頭的質量； v— 動、靜觸頭碰撞瞬間動觸頭的速度。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。為了更好應對電網波動影響，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。 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”。圖 所示 為線圈通電后產生的電磁吸 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生影響還造成接觸器主觸頭產生不必要的彈跳 。 將一直流電源和負載電阻加于串聯(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。同樣，電網電壓也有其波動范圍，這都需要考慮到激磁電源設計過程中。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 %。 30V 經升壓得到 60V 用于控制MOSFET 的通斷。 此外，電網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。 合閘 按鍵在 onT 時刻給出 合閘 信號 , ofT 時刻給出 激磁結束 信號。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。 2t 時間段 為激磁時 長 。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???。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 。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。當接到分閘信號時，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。 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。通過對硬件電路的設計和調試，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 。主觸頭分斷時，其接觸面接觸電阻不斷增大，主電路額定電流不變，導致主觸頭兩端電壓不斷增大，當主觸頭兩端電壓增大到 6V 左右時，雙向可控硅滿足導通條件，進而主電路電流流經雙向