【正文】 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。 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(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)。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。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?。從而大大減少了觸頭二次彈跳的幾率。 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)。 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(guó)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。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)。但對(duì)于分閘過程無(wú)弧化未能實(shí)現(xiàn)。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(hào)對(duì)閉合過程進(jìn)行動(dòng)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。 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 ...................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。對(duì)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 。 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(wàn)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。 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(guó)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(guó)家都不例外。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。采用直流電源保持的另一個(gè)好處是 在直流保持下 分?jǐn)?接觸器， 其分?jǐn)?時(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取Ｍㄟ^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。 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(wú)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(wú)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。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 。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)原理如圖 所示。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(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。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，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。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 激磁電壓對(duì)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。 （ 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。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)間最短和閉合時(shí)間盡可能短 [25]。 穩(wěn)壓直流激磁電源的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 Exc itation pow er c ontrol ac tuator princ iple diagram 智能 激磁 軟件部分 設(shè)計(jì) 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。 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 。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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。 接觸器接到合閘 信號(hào) 后，經(jīng)過信號(hào) 調(diào)理電路 調(diào)節(jié) ，觸發(fā) Atmega16L 內(nèi)部定時(shí)器 1開始進(jìn)行 計(jì)數(shù) 操作 ， 在定時(shí)器溢出中斷處理程序中對(duì)激磁電壓 觸發(fā)信號(hào) 進(jìn)行調(diào)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(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]。 檢測(cè)到交流接觸器完全閉合后，關(guān)閉激磁電源信號(hào)，此刻接入保持電壓進(jìn)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(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]。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(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。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。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。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。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(wú)弧操作。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 V1 V3V4 V2BH BHLHZC 圖 混合 開關(guān) 原理 圖 The sc hematic diagram of hybrid sw itc h 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，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)。 綜合國(guó)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)。被廣泛應(yīng)用于綜合監(jiān)控、保護(hù)和通訊系統(tǒng) IMPCC (Integrated Monitoring Protection and Control Communication System)。 作 者 簡(jiǎn) 歷 .................................................................. 錯(cuò)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(chǎn)生的電弧問題是提高交流接觸器電壽命的關(guān)鍵所在 。特別對(duì)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(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。我國(guó)每年需求量大約一億臺(tái)，產(chǎn)值約百億。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 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(guó)內(nèi)外研究人員進(jìn)行了深入的探索。 圖 為低壓直流保持控制技術(shù)示意圖。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)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(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。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 缺相保護(hù)電路三相電流信號(hào)三相電壓信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路A T M E G A 1 6 單 片機(jī)負(fù)載線圈電壓信號(hào)線圈A B CIa Ib IcUa Ub UcKMT A T B T C線圈電流信號(hào)輸入電壓信號(hào)調(diào)理電路智能激磁調(diào)理電路輸入電壓幅值檢測(cè)電路 圖 智能 保護(hù)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(chǎng)合為工頻 50Hz，相電壓 220V，線電壓380V。可動(dòng)部分在碰撞瞬間的動(dòng)能，可以根據(jù)式 ()進(jìn)行計(jì)算 : 21.,2dw m v? () 式（ ）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。故接觸器線圈中的電壓 ()ut ，電流 ()it ，磁通 ()t? 都是隨時(shí)間不斷變化的。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(70% ~ 75%) 區(qū)間內(nèi)。 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 20xx 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(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”。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(duì)接觸器線圈采用額定電壓激磁時(shí) ，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(huì)造成合閘 過程 動(dòng)鐵心 的動(dòng)能 過大 ， 既對(duì)動(dòng)、靜鐵芯的機(jī)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 。 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(dòng)情況。同樣，電網(wǎng)電壓也有其波動(dòng)范圍，這都需要考慮到激磁電源設(shè)計(jì)過程中。智能激磁控制的主要參數(shù)如下：激磁時(shí)間控制在 ，激磁頻率為 ，激磁信號(hào)周期為 256us，占空比為 %。 30V 經(jīng)升壓得到 60V 用于控制MOSFET 的通斷。 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(gè)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(jì)中，通過圖 及實(shí)驗(yàn)測(cè)試選擇 240V 穩(wěn)壓直流作為最佳激磁電壓。 合閘 按鍵在 onT 時(shí)刻給出 合閘 信號(hào) , ofT 時(shí)刻給出 激磁結(jié)束 信號(hào)。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。 2t 時(shí)間段 為激磁時(shí) 長(zhǎng) 。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(shí)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(dòng)時(shí)間為 (2~6)ms ，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 。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。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。 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。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 。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